Hấp dung uran của nhựa Amberlit ira-420 và ảnh hưởng của các ion tạp chất kim loại đến hấp dung uran của nhựa

T¹p chÝ Hãa häc, T. 41, sè 2, Tr. 62 - 65, 2003<br /> <br /> <br /> <br /> hÊp dung uran cña nhùa Amberlit ira-420 vµ ¶nh<br /> h ëng cña c¸c ion t¹p chÊt kim lo¹I ®Õn hÊp dung<br /> uran cña nhùa<br /> §Õn Tßa so¹n 30-8-2002<br /> Th©n V¨n Liªn<br /> ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm, ViÖn N¨ng l*îng nguyªn tö ViÖt Nam<br /> <br /> <br /> Summary<br /> The uranium loading capacity of the resin Amberlite IRA-420, the effect of iron and<br /> vanadium on the sorption of uranium in sulphate media and the distribution of sorbented U and<br /> Fe throughout the length of an Amberlite IRA-420 have been studied. It was found that the<br /> loading capacity of the resin increasing with increasing of concentration of uranium and pH<br /> loading capacity of resin reached 88.5 gU/L wet resin when concentration of uranium = 1.5<br /> gU/L and pH =1.8. The effect of Fe on the capacity for U was small at low pH, unless the Fe3+<br /> concentration was > 5 g/L. In the presence of vanadate (V) ion (0.45 g/L the capacity was<br /> diminished by nearly 23%.<br /> <br /> <br /> I - §Æt vÊn ®Ò lDm gi¶m ®¸ng kÓ hÊp dung uran cña nhùa.<br /> ViÖc nghiªn cøu hÊp dung uran cña nhùa còng<br /> Trong c«ng nghÖ ®iÒu chÕ uran kü thuËt nh ¶nh h ëng cña c¸c t¹p chÊt ion s¾t vD<br /> ph ¬ng ph¸p trao ®æi ion th êng ® îc sö dông vana®i ®Õn hÊp dung uran cña nhùa gãp phÇn<br /> ®Ó thu håi uran tõ c¸c dung dÞch hßa t¸ch vDo viÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè thÝch hîp cho<br /> quÆng (®èi víi dung dÞch cã nång ®é uran < 1,5 qu¸ tr×nh trao ®æi ion thu håi uran tõ dung dÞch<br /> gU/L) [3]. Nhùa trao ®æi ion amberlit-420 lD hßa t¸ch quÆng. C¸c nghiªn cøu vÒ x¸c ®Þnh<br /> mét trong nh÷ng lo¹i nhùa ® îc sö dông trong hÊp dung uran cña nhùa vD ¶nh h ëng cña c¸c<br /> c«ng nghÖ ®iÒu chÕ uran kü thuËt. §©y lD lo¹i ion lªn hÊp dung uran ® îc tiÕn hDnh theo qui<br /> nhùa anionit baz¬ m¹nh chøa nhãm ho¹t tÝnh lD tr×nh cña IAEA [1].<br /> amin bËc bèn víi ®Æc ®iÓm lD chØ hÊp thô c¸c<br /> anion trong dung dÞch. Dung dÞch hßa t¸ch II - HÊp dung uran cña nhùa trao<br /> b»ng axit sulfuric chøa nhiÒu t¹p chÊt cïng ®æi ion Amberlit-420<br /> uran nh c¸c cation kim lo¹i, c¸c phøc chÊt vD<br /> c¸c anion, ®Æc biÖt lD c¸c t¹p chÊt víi l îng lín Sù phô thuéc hÊp dung uran cña nhùa<br /> nh : sulfat 25 - 40 g/L; s¾t 0,1 - 7 g/L; vana®i Amberlit-420 vDo nång ®é uran vD ®é pH cña<br /> 0,001 ®Õn 5 g/L. Trong dung dÞch axit loXng dung dÞch hßa t¸ch trong m«i tr êng axit ® îc<br /> hÇu hÕt c¸c ion kim lo¹i t¹p chÊt ®Òu tån t¹i chñ ® a ra ë b¶ng 1.<br /> yÕu ë d¹ng cation, do ®ã kh«ng bÞ hÊp thu vDo Tõ nh÷ng sè liÖu ë b¶ng 1 cho thÊy, theo<br /> nhùa cïng uran vD ® îc t¸ch khái uran trong quy luËt chung cña nhùa trao ®æi ion, hÊp dung<br /> qu¸ tr×nh trao ®æi ion. T¹p chÊt chñ yÕu ®i theo uran cña nhùa Amberlit IRA-420 t¨ng lªn khi<br /> uran vDo nhùa lD s¾t, vana®i, ... trong ®ã s¾t cã nång ®é uran vD ®é pH cña dung dÞch t¨ng lªn.<br /> hDm l îng lín nhÊt. ChÝnh c¸c t¹p chÊt nDy ®X HÊp dung cña nhùa amrbelit-420 ®èi víi uran lD<br /> 62<br /> t ¬ng ®èi cao vD cã thÓ sö dông nã ®Ó thu håi uran mét c¸ch thuËn lîi.<br /> <br /> B¶ng 1: HÊp dung uran cña nhùa t¹i c¸c nång ®é uran vD pH kh¸c nhau(g U/l nhùa ít)<br /> <br /> Nång ®é uran trong pH cña dung dÞch<br /> dung dÞch (gU/L) 1,2 1,4 1,6 1,8<br /> 0,14 11,5 22,0 28,4 35,4<br /> 0,30 26,2 38,1 44,0 53,5<br /> 0,50 39,5 50,4 57,0 65,5<br /> 0,70 49,4 59,2 66,0 75,0<br /> 1,00 59,2 68,1 75,1 82,5<br /> 1,4 66,1 75,2 82,3 88,5<br /> <br /> <br /> III - ¶nh h+ëng cña ion s¾t v/ bëi phøc cña uran. KÕt qu¶ kh¶o s¸t vÒ ¶nh<br /> vana®i ®Õn hÊp dung uran cña h ëng cña s¾t lªn hÊp dung uran cña nhùa ® îc<br /> tr×nh bDy ë b¶ng 2 (dung dÞch ®Çu vDo chøa<br /> nhùa amberlit-420<br /> hDm l îng uran 0,7 g U/L). KÕt qu¶ thùc<br /> nghiÖm cho thÊy ë nh÷ng gi¸ trÞ pH cña dung<br /> 1. ¶nh h ëng cña ion s¾t dÞch thÊp (pH < 1,5) vD nång ®é Fe trong dung<br /> dÞch < 5 g Fe/L th× ¶nh h ëng cña ion s¾t tíi<br /> Ion s¾t ë trong dung dÞch axit th êng tån t¹i hÊp dung uran cña nhùa kh«ng ®¸ng kÓ, nh ng<br /> ë d¹ng Fe2+ vD Fe3+. Ion Fe2+ kh«ng t¹o thDnh khi tØ lÖ Fe/U trong dung dÞch t¨ng lªn ®Õn 10 :<br /> phøc chÊt cßn ion Fe3+ t¹o thDnh phøc chÊt d¹ng 1 vD pH > 1,8 th× sù cã mÆt cña ion s¾t sÏ lDm<br /> [Fe(SO4)n]3-2n hoÆc [Fe(OH)(SO4)2]2- vD chÝnh cho hÊp dung uran cña nhùa gi¶m tíi 20%.<br /> phøc chÊt nDy ® îc hÊp thô bëi nhùa trao ®æi §iÒu kiÖn thÝch hîp cho sù hÊp thô uran cña<br /> ion. ¶nh h ëng cña ion s¾t tíi hÊp dung uran nhùa amberlit-420 khi nång ®é s¾t trong dung<br /> cña nhùa phô thuéc vDo tØ lÖ Fe/U, nång ®é Fe dÞch lín ( U 0,3 g/L; Fe 6,0 g/L) lD duy tr× gi¸<br /> vD ®é pH cña dung dÞch. Khi nång ®é ion s¾t trÞ pH cña dung dÞch 1,5. KÕt qu¶ cña thùc<br /> Fe3+ trong dung dÞch lín, ë giai ®o¹n ®Çu cña nghiÖm còng cho thÊy khi ®é axit cña dung<br /> qu¸ tr×nh hÊp thô nhùa sÏ hÊp thô b¶o hßa víi dÞch t¨ng lªn tõ 10 tíi 30 g H2SO4/L th× hÊp<br /> s¾t tr íc khi ®¹t tíi sù bXo hßa víi uran. NÕu dung uran cña nhùa thay ®æi rÊt Ýt trong khi hÊp<br /> qu¸ tr×nh hÊp thu uran cña nhùa tiÕp tôc th× dung s¾t cña nhùa l¹i gi¶m tõ 30 mg Fe/g nhùa<br /> phøc cña ion s¾t 3 trong nhùa sÏ ® îc thay thÕ xuèng 5 mg Fe/g nhùa.<br /> B¶ng 2: HÊp dung uran cña nhùa t¹i nh÷ng nång ®é s¾t vD gi¸ trÞ pH kh¸c nhau<br /> <br /> Nång ®é s¾t trong HÊp dung uran cña nhùa, g U/L<br /> dung dÞch, g Fe/L pH = 1,2 pH = 1,4 pH = 1,8<br /> 0,001 49,4 59,2 75,0<br /> 0,6 49,2 59,1 74,8<br /> 1,2 48,5 58,7 74,5<br /> 2,5 47,0 58,1 73,0<br /> 5,0 45,3 55,3 66,2<br /> 7,0 44,6 51,2 60,1<br /> <br /> 63<br /> 2. ¶nh h ëng cña ion vana®i kÕt qu¶ thùc nghiÖm mD chóng t«i ®X tiÕn hDnh<br /> cho thÊy, khi nång ®é vana®i trong dung dÞch<br /> Vana®i hãa trÞ V ë trong dung dÞch axit bÐ h¬n 0,05 gV/L th× sù cã mÆt cña vana®i<br /> ® îc hÊp thô bëi nhùa amberlit. B¶ng 3 cho kh«ng ¶nh h ëng ®¸ng kÓ tíi hÊp dung uran<br /> thÊy, hÊp dung uran vD vana®i t¹i c¸c gi¸ trÞ pH cña nhùa. Nh ng khi nång ®é vana®i trong<br /> kh¸c nhau ®èi víi dung dÞch chøa 0,5 gU/L vD dung dÞch lªn tíi 0,4 g/L th× hÊp dung cña nhùa<br /> 0,05 gV/L. Nh vËy, t¹i c¸c gi¸ trÞ pH = 0,7 vD ®èi víi uran gi¶m xuèng kho¶ng 23 - 25% vD<br /> pH = 2,5 hÊp dung vana®i cña nhùa t ¬ng øng khi nång ®é vana®i lín h¬n 1,0 gV/L kh«ng<br /> lD 5 mg/L vD 13 mg/L. B¶ng 4 cho thÊy, hÊp nh÷ng lDm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp thu uran cña<br /> dung uran vD vana®i t¹i gi¸ trÞ pH = 1,6 ®èi víi nhùa mD cßn g©y khã kh¨n cho c«ng ®o¹n röa<br /> dung dÞch chøa 1,4 gU/L vD 0,4 gV/L. Tõ c¸c gi¶i uran sau nDy.<br /> <br /> B¶ng 3: HÊp dung uran vD vana®i cña nhùa ®èi víi dung dÞch chøa 0,5 gU/L vD 0,05 gV/L<br /> t¹i c¸c gi¸ trÞ pH kh¸c nhau<br /> <br /> HÊp dung cña pH cña dung dÞch<br /> nhùa 0,7 1,2 1,4 1,6 1,8 2,5<br /> U(g/L WSR) 30,2 39,1 49,3 56,5 64,4 67,2<br /> V(mg/L WSR) 5,0 6,7 8,1 9,4 11,3 13,0<br /> <br /> B¶ng 4: HÊp dung uran vD vana®i cña nhùa ®èi víi dung dÞch chøa 1,4 gU/L vD 0,4 gV/L<br /> t¹i c¸c gi¸ trÞ pH kh¸c nhau<br /> <br /> HÊp dung cña pH cña dung dÞch<br /> nhùa 0,7 1,2 1,4 1,6 1,8 2,5<br /> U(g/L WSR) 23,3 30,3 37,7 43,1 48,0 50,4<br /> V(mg/L WSR) 16,0 23,5 25,1 27,2 29,1 31,0<br /> <br /> IV - X¸c ®Þnh sù ph©n bè cña uran tr×nh bDy trªn h×nh 1. Qua kÕt qu¶ thùc nghiÖm<br /> v/ s¾t theo chiÒu cao cña cét cho thÊy hÊp dung s¾t cña nhùa kh«ng thay ®æi<br /> theo toDn bé chiÒu dDi cña cét. Trong khi ®ã<br /> nhùa trao ®æi ion (tÝnh tõ trªn xuèng)<br /> hÊp dung uran cña nhùa ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt chØ<br /> §Ó x¸c ®Þnh sù ph©n bè cña l îng uran vD ë phÇn phÝa trªn cña cét nhùa (67 ®Õn 71 g U/L<br /> s¾t ® îc nhùa hÊp thô theo chiÒu dDi cña cét WSR), vD l îng uran gi¶m dÇn theo chiÒu dDi<br /> nhùa ®X tiÕn hDnh thÝ nghiÖm nh sau: cho tíi ®¸y cét.<br /> dung dÞch ban ®Çu (víi nång ®é uran lD 1,2 vD<br /> 1,5 gU/l; s¾t 3,0 g/l; ®é pH cña dung dÞch pH = V - KÕt luËn<br /> 1,5) ®i qua cét trao ®æi ion (® êng kÝnh trong<br /> 12,8 mm; chiÒu cao cét 600 mm; chiÒu cao líp - §X x¸c ®Þnh ® îc hÊp dung uran cña nhùa<br /> nhùa bªn trong cét 250 mm) cho ®Õn khi nång amberlit t¹i c¸c nång ®é uran vD ®é pH cña<br /> ®é uran ë dung dÞch röa gi¶i ®¹t gi¸ trÞ t ¬ng dung dÞch kh¸c nhau.<br /> øng lD 0,3 vD 0,7 g U/L; sau ®ã röa vD c¾t cét ra - Sù cã mÆt cña c¸c ion kim lo¹i s¾t vD<br /> c¸c ph©n ®o¹n ®Ó x¸c ®Þnh l îng uran vD s¾t ®X vana®i trong dung dÞch ®X lDm gi¶m sù hÊp<br /> ® îc hÊp thô. dung uran cña nh ¹. Khi tØ lÖ Fe/U lD 10 : 1 hÊp<br /> Trong ®ã, dung dÞch uran chuyÓn ®éng theo dung uran cña nhùa gi¶m tíi 20% cßn khi<br /> chiÒu tõ trªn xuèng d íi. Sù ph©n bè cña uran l îng vana®i trong dung dÞch lín h¬n 0,4 g V/L<br /> vD s¾t theo chiÒu dDi cña cét trao ®æi ion ® îc hÊp dung uran cña nhùa gi¶m tíi 23 - 25%. V×<br /> 64<br />  H×nh 1: Sù ph©n bè cña uran vD s¾t theo chiÒu dDi cña cét trao ®æi ion<br /> <br /> vËy ®èi víi dung dÞch chøa nhiÒu t¹p chÊt s¾t vD T/I liÖu tham kh¶o<br /> vana®i cÇn ph¶i t¸ch chóng ra khái dung dÞch<br /> tr íc khi tiÕn hDnh qu¸ tr×nh trao ®æi ion ®Ó thu 1. Manual on Laboratorry testing for uranium<br /> håi uran. ore Processing. Technical Repots Series,<br /> - Khi ®é pH cña dung dÞch thÊp (pH < 1,5) No. 313. Intern. Atomic Energy Agency<br /> vD nång ®é s¾t trong dung dÞch < 5 g/L th× ¶nh (1990).<br /> h ëng cña s¾t ®Õn hÊp dung uran cña nhùa lD 2. Uranium Extrraction Technology.<br /> kh«ng ®¸ng kÓ. Technical Reports Series, No. 3590. Intern.<br /> - §X x¸c ®Þnh ® îc sù ph©n bè cña uran vD Atomic Energy Agency (1993).<br /> s¾t theo chiÒu dDi cña cét trao ®æi ion (tÝnh tõ 3. Th¸i B¸ CÇu, Th©n V¨n Liªn. T¹p chÝ Hãa<br /> trªn xuèng) trong tr êng hîp dung dÞch uran häc, T. 35, sè 1 (1997).<br /> chuyÓn ®éng theo chiÒu tõ trªn xuèng d íi. Sù<br /> 4. Th©n v¨n Liªn, §oDn ThÞ M¬, §ç Quý S¬n.<br /> ph©n bè cña uran ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i t¹i phÇn<br /> T¹p chÝ Hãa häc, T. 35, sè 3 (1997).<br /> trªn cña cét nhùa vD sau ®ã gi¶m dÇn theo<br /> chiÒu xuèng phÝa ®¸y cét, cßn s¾t ph©n bè 5. Cao Hïng Th¸i, Th©n V¨n Liªn. T¹p chÝ<br /> ®ång ®Òu theo toDn bé chiÒu dDi cña cét. Hãa häc, T. 38, sè 2 (2000).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 65<br />