Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Мая 2014 в 14:06, реферат
Технологический цикл добычи урана методом подземного скважинного выщелачивания включает следующие взаимосвязанные технологические процессы: собственно подземное выщелачивание урана, сорбционное извлечение урана из продуктивных растворов, десорбцию урана с насыщенного ионита, выделение десорбированного урана из товарных регенератов в виде химконцентрата.
В соответствии со сложным химическим составом продуктивных растворов и невысоким содержанием полезных компонентов наиболее приемлемый вариант их переработки – сорбционные методы, которые основаны на использовании ионного обмена.
Механическая прочность. Экономичность ионообменного процесса во многом определяется потерями ионита в результате химического и механического износа его. Химический износ обусловлен сменой сред в процессе многократной смены химической среды в цикле сорбция-десорбция урана, механический износ обусловлен истиранием ионита при перемещении его по стадиям технологического процесса с использованием транспортирующих и разделяющих устройств.
Совместно с мельчайшими частицами ионита, образующимися в процессе износа теряется и сорбированный ими уран.
Для гелевых ионитов нормированная механическая прочность ионита класса «А» в зависимости от сорта составляет 97…85%.
Для пористых анионитов механическая прочность в зависимости от марки ионита, сорта и класса составляет 97…85%.
Гранулометрический состав. Важность величины зерна для обеспечения оптимальных условий работы ионита весьма очевидна. Скорость ионного обмена, насыщение ионита по урану и связанный с ним расход химических реагентов на регенерации, величина загрузки ионита в технологический процесс, гидравлическое сопротивление в аппаратах, потери ионита при транспортировке его в технологическом процессе с использованием разделительных устройств, стоимость сорбентов разного класса и т.д. – все это важные технико-экономические показатели необходимо учитывать при выборе класса крупности ионита для конкретного производства, т.к. часть преимуществ присуща мелкому зернению сорбента, часть – крупному.
Для гелевых сорбентов размер зерен класса «А» составлял 0,63…1,6 мм в воздушно-сухом состоянии, а 0,315…1,250 мм, для класса «Б» также в воздушно-сухом состоянии. Массвоая доля рабочей фракции составляла от 96 до 85% в зависимости от марки сорбента, его сорта и класса.
Для пористых сорбентов класса «А» и «Б» размер зерен составлял 0,63…2,0 мм и 0,315…1,25 мм, соответственно, при массовой доли рабочей фракции от 95% до 80% в зависимости от марки, сорта и класса ионита.
Массовая доля влаги. Этот показатель физико-химической характеристики ионита необходим:
Для всех типов применяемых анионитов массовая доля влаги составляет 30…70%.
Удельный объем ионита (набухаемость). Полимерные иониты представляют собой аморфные полимеры с сетчатой структурой. Присутствие в макромолекулах ионогенных групп придает полимеру гидрофильность. Поскольку цепочки полимера в ионитах «сшиты» друг с другом в пространственную сетку, водный раствор вызывает только набухание ионита, величина которого определяется структурой полимера, типом и концентраций ионогенных групп и составом рабочего раствора.
По сути дела извлечение из рабочего раствора ценных ионов на ионит является реакцией ионного обмена, сопровождаемое строго эквивалентным вытеснением подвижных ионов ионитов. Скорость установления ионообменного равновесия определяется степенью ионизации ионита в данной среде и скоростью диффузии ионов в растворе и в зернах ионита. С повышением степени набухания ионита (равно как и с понижением размера зерен ионита) скорость установления обменного равновесия повышается. В набухающих и сильно ионизированных ионитах процесс замещения всех подвижных ионов длится первые секунды, что дает возможность извлекать из раствора полезные ионы динамическим методом с большой скоростью подачи исходного раствора через слой ионита при малом времени контакта ионита и исходного раствора.
Таким образом, набухаемость ионита является важным фактором кинетики сорбции урана. Кроме того, удельный объем набухшего ионита учитывается при расчете необходимого объема рабочих аппаратов.
Для гелевых ионитов удельный объем набухшего ионита составляет 3,0±0,3 см3/г, для пористых, в зависимости от марки, сорта и класса ионита 3,3…4,0 см3/г (не более).
Насыпная плотность. Насыпную плотность определяют как общую массу ионита объемом 1 см3, включающего в себя собственный объем полимера, объем пор внутри его гранул и свободный объем между ними. Этот показатель учитывается при определении величины объема, занимаемого ионитом в технологических аппаратах, при определении количества ионита, загружаемого в аппараты или перемещаемого между аппаратами в технологической цепочке.
Из статистических данных по определению насыпной плотности разных ионитов эта величина составляет 0,7…0,8 г/см3.
Емкость ионита по урану, полная обменная емкость по хлор-иону.
Обменная емкость по урану при сорбционной переработке продуктивных растворов ПСВ является одним из определяющих факторов эффективности добычи урана методом ПСВ. Обменная емкость рабочих ионитов зависит от концентрации урана в продуктивных растворах, солевого состава и кислотности растворов, аппаратурного оформления сорбционного процесса, способа десорбции урана и регенерируемости ионита, гранулометрического и химического состава рабочих ионитов и т.д. Поэтому, получаемая в практических условиях обменная емкость, не может служит стандартным мерилом качества свежего ионита, а является только относительной оценкой применимости его для переработки продуктивных растворов.
Применяемая на практике стандартная оценка емкости сорбента из растворов с содержанием урана 1,0 г/л является также относительной. Необходимо разработать стандарт на продуктивный раствор ПСВ (концентрация урана, солевой состав, кислотность, рН и пр.), на котором и определять обменную емкость по урану (статическую и динамическую) свежепоставляемых сорбентов с целью определения их практической применимости.
До этого единственным нормированным мерилом сорбционных свойств свежепоставляемых ионитов может служить полная обменная емкость по хлор-иону, определяемая содержанием всех активных групп.
Для гелевых ионитов полная обменная емкость (ПОЭ) по хлор-иону составляет не менее 3,0…3,1 мг-экв/г. Для пористых, в зависимости от марки, сорта и класса сорбента, 2,7…4,8 мг-экв/г. (не менее).
Термостойкость. Скорость ионного обмена в меньшей мере зависит от температуры, чем скорость химической реакции. Поэтому, как правило. Ионообменные процессы проходят при температуре окружающей среды, исключая минусовую. Однако, надо знать, что превышение допустимой предельной температуры может привести к ускоренному разрушению ионитов. Для сильноосновных монофункциональных анионитов типа АВ-17, Дауэкс-1, Дауэкс-2, Пермутит S, Амберлит А-400, Дайайон SA-100 температурный предел использования составляет 40…700С. Для слабоосновных анионитов Вофатит М, Амберлайт, IRA-400. Вофатит N и др. температурный предел составляет 60…900С. Эти данные необходимо учитывать при поступлении свежих ионитов.
Химическая устойчивость анионитов. Применяемые в промышленной практике высокомолекулярные синтетические сорбенты должны обладать высокой химической устойчивостью в разных технологических средах – кислотность, щелочность, окислительная среда. В большей части смол в процессе синтеза образуются некоторые количества низкополимерных веществ, обладающих меньшей химической устойчивостью. Поэтому в перечень нормированных показателей качества сорбентов введен показатель «убыль в массе». Убыль в массе, в основном, происходит в начальный период использования сорбента в процессе. Так, по литературным данным начальная растворимость анионита IR-4В в хлор-форме составляет 0,06…0,08%, конечная –0,04%; начальная растворимость анионита IRA-400 в хлор-форме составляет 0,02%, конечная –0,0;.
Проверяемая по стандартной методике убыль в массе анионита ВП-1Ап в 10% растворе серной кислоты достигает 12%. Поэтому весьма важна проверка данного показателя при оценке качества поступающего свежего ионита.
Особенностью сорбционного процесса являются простота аппаратурного оформления и компактность, заключающаяся в проведении нескольких основных технологических операций:
Сорбционный процесс может осуществляться как в периодическом, так и в непрерывном противоточном режиме, достаточно легко автоматизируется, позволяет использовать высокопроизводительное и эффективное сорбционное и десорбционное оборудование.
Эффективность сорбционного извлечения ценного компонента (или ценных компонентов при переработке комплексного сырья) определяется степенью его извлечения из технологических сред на ионит, степенью концентрирования и очистки от сопутствующих примесных элементов после элюирования в раствор.
Отсюда вытекает основное требование к процессу – подбор и использование ионита, имеющего максимальную емкость и селективность по извлекаемому компоненту из данных реальных технологических сред при хороших кинетических показателях сорбции и десорбции.
При разработке технологической и аппаратурной схем сорбционного извлечения конкретного ценного компонента из конкретной технологической среды необходимо проведение исследований по определению основных параметров сорбции и условий, влияющих на эффективность сорбционного процесса. А именно:
Исходя из этого, подбор соответствующего ионита (анионит, катионит, амфолит), использование которого обеспечит наиболее эффективное извлечение ценного компонента из данной конкретной среды либо без корректировки её по величине рН, кислотности или карбонатности, либо с достаточной малой допустимой корректировкой.
Уран, как химический элемент, по своим свойствам является весьма «удобным» ценным элементом для широкого использования ионообменных процессов в технологии его извлечения, концентрирования и аффинирования, благодаря его способности образовывать в широком диапазоне кислотности и карбонатности достаточно легко диссоциирующие анионные и катионные комплексы.
В карбонатной среде превалируют уранилтрикарбонатные анионы [UO2(CO3)3}4-, в сернокислых средах уран находится в виде катионов UO22+ и анионов [UO2(SO4)2}2-, [UO2(SO4)3}4-, причем, при очень низкой кислотности (рН»2,5) вследствие гидролиза образуются комплексные аниониты [U2O5(SO4)3]4- и [U2O5(SO4)2]2-. Кроме того, в пределах величины рН=0…1,2 отмечается наличие катионов уранила общей формулой UO2(OUO2)n2+.
Нахождение урана в различных технологических средах в виде анионов и катионов дает возможность в конкретных условиях использовать с большой эффективностью как аниониты, так и катиониты.