Thu hồi Urani từ nhựa trao đổi ion bằng các tác nhân rửa giải dung dịch muối Clorua

T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (2), Tr. 165 - 168, 2005<br /> <br /> <br /> Thu håi urani tõ nhùa trao ®æi ion<br /> b»ng t¸c nh©n röa gi¶I dung dÞch muèi clorua<br /> §Õn Tßa so¹n 16-3-2004<br /> Th©n V¨n Liªn<br /> ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm<br /> <br /> <br /> Summary<br /> Once resin has been saturated with uranium, the next step is to effect the elution of the<br /> uranium with suitable agents, to recover the uranium quantitative and economically from the<br /> eluate. Two elution systems are currently practiced, in different primarily the anions. In one,<br /> chloride is used to elute the uranium from resin and in the other, nitrate is used. The choice of<br /> eluate is matter of economic availability and individual preference.<br /> In this paper the result of the elution of uranium by chloride eluents is overviewed.<br /> <br /> <br /> I - §Æt vÊn ®Ò t¹p chÊt n;y ¶nh h ëng ®¸ng kÓ ®Õn hiÖu qu¶<br /> qu¸ tr×nh röa gi¶i thu nhËn urani.<br /> VÒ nguyªn t¾c ®Ó t¸ch urani tõ nhùa cã thÓ Röa gi¶i l; qu¸ tr×nh ng îc víi qu¸ tr×nh<br /> sö dông c¸c t¸c nh©n röa gi¶i nh axit HNO3, hÊp phô, trong ®ã urani tõ trong nhùa bÞ röa ra<br /> HCl, H2SO4 ®Ëm ®Æc hay dung dÞch muèi clorua v; ®i v;o dung dÞch röa gi¶i. Qu¸ tr×nh röa gi¶i<br /> hoÆc nitrat ®1 ® îc axit hãa. Tuy vËy, trong urani tõ dung dÞch axit ® îc biÓu diÔn theo<br /> c«ng nghiÖp s¶n xuÊt urani, ng êi ta th êng sö ph ¬ng tr×nh ph¶n øng sau:<br /> dông t¸c nh©n röa gi¶i l; dung dÞch muèi NaCl,<br /> R4[UO2(SO4)3] + 4X- 4RX + UO22+ + 3SO42-<br /> NH4NO3, NH4Cl ®1 ® îc axit hãa ®Õn ®é pH<br /> thÝch hîp. ViÖc lùa chän t¸c nh©n röa gi¶i phô RHSO4 + X- RX + HSO4-<br /> thuéc v;o gi¸ th;nh cña tõng lo¹i t¸c nh©n röa R2SO4 + 2X- 2RX + SO42-<br /> gi¶i v; ®iÒu kiÖn cô thÓ ë tõng n¬i. Trong khu«n<br /> khæ b;i b¸o n;y chóng t«i xin giíi thiÖu vÒ kÕt ë ®©y: X = Cl- hoÆc NO3-; R: gèc h÷u c¬.<br /> qu¶ nghiªn cøu qu¸ tr×nh röa gi¶i urani tõ nhùa Môc tiªu cña qu¸ tr×nh röa gi¶i l; thu håi<br /> trao ®æi ion amberlite IRA-420 b»ng t¸c nh©n ® îc tèi ®a l îng urani tõ nhùa víi viÖc sö dông<br /> muèi clorua ®1 ® îc axit hãa. thÓ tÝch dung dÞch röa gi¶i nhá nhÊt (tøc l; nång<br /> C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh ®é urani trong dung dÞch röa gi¶i cao nhÊt cã<br /> thÓ) v; chøa l îng t¹p chÊt Ýt nhÊt. Dung dÞch<br /> Trong c¸c dung dÞch axit thu nhËn ® îc sau thu ® îc sau khi röa gi¶i cã nång ®é urani cao<br /> qu¸ tr×nh hßa t¸ch quÆng b»ng axit, urani chñ h¬n nhiÒu so víi dung dÞch ®Çu v; s¹ch c¸c t¹p<br /> yÕu tån t¹i ë d¹ng phøc anion [UO2(SO4)3]4- chÊt ® îc chuyÓn sang c«ng ®o¹n kÕt tña thu<br /> hoÆc [UO2(SO4)2]2-, trong ®ã phÇn lín l; ë d¹ng s¶n phÈm urani kü thuËt.<br /> anion [UO2(SO4)3]4-. ChÝnh nh÷ng anion n;y<br /> 2. Ph ¬ng ph¸p thùc nghiÖm<br /> ® îc hÊp phô bëi nhùa trao ®æi anion. Ngo;i<br /> urani, c¸c t¹p chÊt kh¸c nh SO42-, s¾t, phot Cét nhùa b1o hßa urani ® îc röa b»ng n íc<br /> phat, …còng ® îc hÊp phô bëi nhùa. Nh÷ng ion s¹ch cã pha axit sunfuric theo tØ lÖ 1/1000 øng<br /> 165<br /> víi pH = 1,6 nh»m môc ®Ých ®uæi mét sè t¹p III - KÕt qu¶ v th¶o luËn<br /> chÊt dÝnh trªn nhùa sau qu¸ tr×nh hÊp phô. Sau<br /> ®ã, dung dÞch röa gi¶i ® îc déi qua cét theo mét 1. ¶nh h ëng cña thêi gian ®Õn hiÖu suÊt röa<br /> tèc ®é nhÊt ®Þnh. Dung dÞch ®i qua khái cét gi¶i urani<br /> ® îc thu l¹i theo tõng phÇn thÓ tÝch mét v; ph©n<br /> tÝch ®Ó x¸c ®Þnh nång ®é urani v; c¸c t¹p chÊt Thêi gian röa gi¶i l; thêi gian tiÕp xóc cña<br /> trong ®ã nh ion sunfat, s¾t, phot phat, … (mét nhùa trao ®æi ion víi dung dÞch röa gi¶i trong<br /> cét trao ®æi ion. Thêi gian röa gi¶i phô thuéc<br /> ph©n ®o¹n röa gi¶i lÊy b»ng 1 thÓ tÝch nhùa v;<br /> v;o c¸c yÕu tè nh tèc ®é ch¶y cña dung dÞch<br /> ® îc kÝ hiÖu l; BV). §Ó tiÕn h;nh thÝ nghiÖm<br /> röa gi¶i qua cét, tØ lÖ gi÷a thÓ tÝch dung dÞch röa<br /> röa gi¶i ®1 sö dông lo¹i cét cã ® êng kÝnh trong<br /> gi¶i v; thÓ tÝch nhùa, chiÒu cao cña cét nhùa<br /> 12,8 mm; chiÒu cao to;n bé cét 600 mm; l îng<br /> trao ®æi ion. ë b¶ng 1 cho thÊy ¶nh h ëng cña<br /> nhùa ®1 b1o hßa urani trong mçi cét l; 30 ml<br /> thêi gian röa gi¶i ®Õn l îng urani ® îc röa gi¶i,<br /> nhùa ít. Nhùa trao ®æi ion sau khi ® îc röa<br /> t¸c nh©n röa gi¶i l; dung dÞch muèi NaCl (1N<br /> t¸ch hÕt urani ® îc röa tiÕp b»ng n íc s¹ch v; Cl-) ® îc axit hãa ®Õn pH = 1. Trong nh÷ng thÝ<br /> ® a l¹i v;o chu kú hÊp phô urani míi. Nhùa trao nghiÖm n;y chiÒu cao cét trao ®æi ion l; mét ®¹i<br /> ®æi ion ® îc sö dông l; lo¹i nhùa Amberlite l îng kh«ng ®æi. Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm cho<br /> IRA-420. Nhùa ® îc ® a thÝ nghiÖm röa gi¶i thÊy, khi t¨ng thêi gian tiÕp xóc gi÷a nhùa v;<br /> chøa 64 mg U/ml nhùa ít; c¸c t¹p chÊt ion dung dÞch röa gi¶i, l îng urani ®i v;o dung dÞch<br /> sunfat, ion s¾t, …. T¸c nh©n röa gi¶i l; c¸c dung röa gi¶i t¨ng lªn v; víi thêi gian röa gi¶i 250<br /> dÞch muèi NaCl, NH4Cl, MgCl2 ® îc axit hãa phót ®1 cã thÓ röa ® îc 98,2% l îng urani tõ<br /> ®Õn pH = 1 b»ng c¸c lo¹i axit kh¸c nhau HCl, nhùa, nÕu tiÕp tôc kÐo d;i tíi 360 phót th× còng<br /> H2SO4. chØ röa gi¶i thªm ® îc 0,9% urani tõ nhùa.<br /> <br /> B¶ng 1: ¶nh h ëng cña thêi gian röa gi¶i ®Õn hiÖu suÊt röa gi¶i urani<br /> Thêi gian röa gi¶i, phót 45 60 75 90 210 250 360<br /> L îng urani ® îc röa gi¶i trªn<br /> 80,1 88,1 91,7 92,4 95,1 98,2 99,3<br /> ml nhùa, %<br /> <br /> 2. ¶nh h ëng cña nång ®é clo (Cl-) tíi hiÖu C¸c dung dÞch tõ c¸c muèi clorua kh¸c nhau<br /> suÊt röa gi¶i nh NH4Cl, NaCl, MgCl2 ®1 axit hãa ® îc dïng<br /> l;m t¸c nh©n röa gi¶i. ë b¶ng 2 cho thÊy ¶nh<br /> Trong gi¶i nång ®é tõ 0,1 ®Õn 1,5 N Cl- ®1<br /> h ëng cña c¸c cation v; ion sunfat ®Õn hiÖu suÊt<br /> ® îc kh¶o s¸t cho thÊy khi nång ®é clorua (Cl-)<br /> röa gi¶i. Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm cho thÊy ®Ó röa<br /> trong dung dÞch röa gi¶i t¨ng tõ 0,1 ®Õn 1,5 N<br /> gi¶i ® îc mét l îng urani nh nhau tõ nhùa, khi<br /> cßn nång ®é axit kh«ng ®æi l îng urani ® îc<br /> sö dông dung dÞch röa gi¶i víi cation NH+4 ®ßi<br /> röa gi¶i t¨ng tõ 85,2% cho ®Õn 99,75% víi thêi<br /> hái thÓ tÝch nhá nhÊt ®ång thêi Ýt bÞ ¶nh h ëng<br /> gian röa gi¶i l; 250 phót. Khi nång ®é Cl- > 1,5<br /> bëi ion sunfat; cßn dung dÞch röa gi¶i víi cation<br /> N hiÖu suÊt röa gi¶i gi¶m. §iÒu n;y cã thÓ ® îc<br /> Mg2+ ®ßi hái thÓ tÝch lín nhÊt v; bÞ ¶nh h ëng<br /> gi¶i thÝch nh sau: ë ®iÒu kiÖn n;y (Cl- > 1,5 N)<br /> nhiÒu nhÊt bëi ion sunfat; dung dÞch röa gi¶i víi<br /> phøc uranyl sunfat sÏ biÕn ®æi th;nh phøc<br /> cation Na+ cho gi¸ trÞ trung b×nh gi÷a 2 t¸c nh©n<br /> uranyl clorua d¹ng UO2Cl42-, do ®ã l;m cho tèc<br /> võa nªu trªn.<br /> ®é röa gi¶i gi¶m xuèng. Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm<br /> cho phÐp kÕt luËn r»ng ®èi víi dung dÞch röa 4. § êng cong röa gi¶i cña urani v* mét sè<br /> gi¶i clorua hçn hîp dung dÞch röa gi¶i hiÖu qu¶ t¹p chÊt chñ yÕu<br /> nhÊt l; 0,9 M NH4Cl + 0,1 M HCl.<br /> T¹p chÊt chñ yÕu ® îc hÊp phô bëi nhùa l;<br /> 3. ¶nh h ëng cña c¸c cation v* ion sunfat ion sunfat v; ion s¾t ba. Còng t ¬ng tù nh<br /> ®Õn hiÖu suÊt röa gi¶i urani, c¸c t¹p chÊt Fe+3, SO42-, … ® îc röa gi¶i<br /> 166<br />  B¶ng 2: ¶nh h ëng cña c¸c cation v; ion sunfat ®Õn hiÖu suÊt röa gi¶i<br /> Cation NH4+ Na+ Mg2+<br /> [SO42-], mol/l 0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 2,0 0,5 1,0 2,0<br /> ThÓ tÝch dung dÞch röa gi¶i cÇn thiÕt<br /> ®Ó röa ® îc 98,5% l îng urani tõ 13,5 11,2 10,5 17 16 16 19 20 28<br /> nhùa, BV<br /> <br /> khái nhùa. Trªn h×nh 1 l; ® êng cong röa gi¶i thÓ tÝch röa gi¶i thø nhÊt cã thÓ ® îc quay vßng<br /> cña U v; SO42- trong dung dÞch röa gi¶i 0,9 M trë l¹i qu¸ tr×nh röa gi¶i.<br /> NH4Cl + 0,1 M HCl.<br /> 120<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> L îng urani v; s¾t ® îc röa<br /> 18<br /> Nång ®é U v; ion sunfat, g/L<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 100<br /> 16<br /> 80<br /> 14 Uranium Urani<br /> 60 Ion Fe ba<br /> 12 Sulfat<br /> 40<br /> 10<br /> 8 20<br /> <br /> 6 0<br /> 0 5 10 15<br /> 4 -20<br /> <br /> 2 ThÓ tÝch dung dÞch, BV<br /> 0 H×nh 2: § êng cong röa gi¶i tÝch tô urani v;<br /> 0 5 10 s¾t víi t¸c nh©n röa gi¶i dung dÞch<br /> ThÓ tÝch dung dÞch röa gi¶i, BV 0,9 M NH4Cl + 0,1 M HCl<br /> H×nh 1: § êng cong röa gi¶i cña urani v; ion C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm còng cho thÊy ®èi<br /> sunfat víi t¸c nh©n röa gi¶i 0,9 M NH4Cl + 0,1 M HCl<br /> trong 10 thÓ tÝch röa gi¶i ®Çu tiªn ®1 cho hiÖu<br /> Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm cho thÊy, ® êng<br /> suÊt röa gi¶i 98,5% cßn 10 thÓ tÝch röa gi¶i tiÕp<br /> cong röa gi¶i cña t¹p chÊt SO42- còng biÕn thiªn<br /> theo chØ röa nèt ® îc 1,45% l îng urani cßn l¹i<br /> t ¬ng tù nh urani, chØ cã ®iÒu ë thÓ tÝch röa<br /> trong cét. Cßn ®èi víi t¸c nh©n röa gi¶i 1,0 M<br /> gi¶i thø nhÊt l îng ion sunfat ® îc röa gi¶i rÊt<br /> NaCl + 0,1 M HCl trong 10 thÓ tÝch röa gi¶i ®Çu<br /> lín, trong khi l îng urani röa gi¶i vÉn cßn bÐ.<br /> tiªn ®1 cho hiÖu suÊt röa gi¶i 96,7%; 10 thÓ tÝch<br /> §iÒu n;y cã ý nghÜa thùc tiÔn cho môc ®Ých thu<br /> tiÕp theo chØ röa ® îc h¬n 3% l îng l îng urani<br /> håi dung dÞch röa gi¶i cã nång ®é urani cao v;<br /> cßn l¹i trong cét. Do ®ã ®Ó tiÕt kiÖm ® îc dung<br /> t¹p chÊt ion sunfat thÊp.<br /> dÞch röa gi¶i, ®ång thêi ®¹t ® îc nång ®é urani<br /> H×nh 2 chØ ra ® êng cong röa gi¶i tÝch tô trong dung dÞch röa gi¶i cao ®1 tiÕn h;nh röa<br /> urani v; s¾t víi t¸c nh©n röa gi¶i l; dung dÞch theo 2 bËc. Dung dÞch röa gi¶i thø nhÊt ® îc<br /> 0,9 M NH4Cl + 0,1 M HCl. t¸ch ra, dung dÞch röa gi¶i thø 2 ®Õn thø 10 cã<br /> Tõ c¸c sè liÖu vÒ röa gi¶i urani thu ® îc cho nång ®é urani cao ® îc thu l¹i chuyÓn sang<br /> thÊy b»ng t¸c nh©n röa gi¶i clorua (0,9 M NH4Cl c«ng ®o¹n kÕt tña. Giai ®o¹n 2 röa tiÕp cét b»ng<br /> + 0,1 M HCl), ë thÓ tÝch röa gi¶i thø nhÊt ®1 10 thÓ tÝch dung dÞch ®Ó t¸ch hÕt urani khái cét.<br /> chøa tíi 12 - 14 g/l SO42-, v; l îng s¾t trong thÓ M êi thÓ tÝch dung dÞch n;y cïng víi víi thÓ<br /> tÝch n;y ®1 lªn tíi gÇn 40% l îng s¾t ® îc röa tÝch dung dÞch röa gi¶i ®Çu tiªn ® îc tuÇn ho;n<br /> gi¶i, trong khi ®ã nång ®é urani vÉn cßn thÊp l¹i röa gi¶i cho cét nhùa míi. B»ng kü thuËt n;y<br /> (< 0,1 g/l). V× vËy l îng dung dÞch röa gi¶i ë ®1 thu ® îc dung dÞch röa gi¶i cã nång ®é urani<br /> <br /> 167<br /> cao v; h¹n chÕ ® îc l îng t¹p chÊt ion sunfat v; M NH4Cl + 0,1 M HCl. Trong sè t¸c nh©n röa<br /> s¾t trong ®ã. gi¶i ®1 nghiªn cøu th× t¸c nh©n röa gi¶i 0,9 M<br /> NH4Cl + 0,1 M HCl cho hiÖu qu¶ nhÊt.<br /> 5. ¶nh h ëng cña ion sunfat<br /> - Dïng t¸c nh©n röa gi¶i l; dung dÞch muèi<br /> Khi t¨ng nång ®é cña ion sunfat trong dung NaCl, NH4Cl, NH4NO3 axit hãa b»ng HCl ®ßi<br /> dÞch röa gi¶i sÏ gi¶m hiÖu suÊt röa gi¶i v; ®ßi hái thêi gian röa gi¶i v; l îng dung dÞch röa<br /> hái mét l îng dung dÞch röa gi¶i lín h¬n. Khi gi¶i Ýt h¬n kh«ng ®¸ng kÓ so víi viÖc sö dông<br /> nång ®é sunfat trong dung dÞch röa gi¶i t¨ng tõ axit H2SO4 ®Ó axit hãa.<br /> 35 g/l lªn ®Õn 60 g/l th× ®Ó röa gi¶i ® îc 99,6%<br /> - Sù cã mÆt cña ion sunfat víi h;m l îng<br /> urani khái nhùa ®ßi hái ph¶i t¨ng dung dÞch röa<br /> cao trong dung dÞch röa gi¶i sÏ ¶nh h ëng ®¸ng<br /> gi¶i tõ 10 BV lªn ®Õn 15 BV, tøc l; ph¶i t¨ng<br /> kÓ ®Õn hiÖu suÊt röa gi¶i. Khi h;m l îng sunfat<br /> thÓ tÝch dung dÞch röa gi¶i lªn ®Õn 1,5 lÇn. §Ó<br /> trong dung dÞch röa gi¶i cao cã thÓ h¹ thÊp<br /> kh¾c phôc hiÖn t îng n;y, cã thÓ sö dông<br /> xuèng 10 - 20 g/l b»ng c¸ch thªm mét l îng<br /> ph ¬ng ph¸p kÕt tña víi s÷a v«i Ca(OH)2. Cã<br /> Ca(OH)2 thÝch hîp v;o. §iÒu n;y cã t¸c dông<br /> thÓ gi¶m nång ®é ion sunfat trong dung dÞch röa<br /> n©ng cao hiÖu qu¶ cña dung dÞch röa gi¶i.<br /> gi¶i xuèng 10 ®Õn 25 g SO42-/l b»ng c¸ch thªm<br /> mét l îng Ca(OH)2 thÝch hîp.<br /> T i liÖu tham kh¶o<br /> IV - KÕt luËn<br /> 1. Manual on Laboratory tesing for uranium<br /> ore processing. Technical Report Series, No.<br /> - §1 tiÕn h;nh kh¶o s¸t ¶nh h ëng cña c¸c<br /> 313. International Atomic Energy Agency<br /> th«ng sè thêi gian röa gi¶i, nång ®é ion clo, c¸c<br /> (1990).<br /> cation, l îng dung dÞch röa gi¶i, ion sunfat v;<br /> ion s¾t lªn hiÖu suÊt thu håi urani tõ nhùa trao 2. Uranium Extraction Technology. Technical<br /> ®æi ion Amberlite IRA-420 b»ng t¸c nh©n röa Report Series, No. 313. International<br /> gi¶i dung dÞch muèi clorua ®1 ® îc axit hãa. Atomic Enery Agency (1993).<br /> KÕt qu¶ cho thÊy c¸c dung dÞch röa gi¶i urani 3. Th©n V¨n Liªn. T¹p chÝ Hãa häc, T. 41, sè<br /> cho hiÖu qu¶ l; 1,0 M NaCl + 0,1 M HCl; 0,9 2, Tr. 62 - 65 (2003).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 168<br />