Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ ПОДЗЕМНОЙ УРАНСОДЕРЖАЩЕЙ ВОДЫ

Изобретение относится к галургии урана и может быть использовано при его извлечении из гидроминерального сырья.

Урановая промышленность потребляет руды следующих сортов [1]: сорт I (очень богатая руда, содержащая более 1% масс. урана), сорт II (богатая руда, содержащая 1÷0,5% масс. урана), сорт III (средняя руда, содержащая 0,5÷0,25% масс. урана), сорт IV (рядовая руда, содержащая 0,25÷0,09% масс. урана), сорт V (бедная руда, содержащая от 0,09% масс. урана до нижнего промышленного предела).

Известен способ [2] извлечения урана из гидроминерального сырья (подземной воды, содержащей 246 мкг/дм³ урана) с применением шунгита.

В данном способе, принятом за аналог, сорбцию урана из подземной воды шунгитом крупностью - 0,1 мм проводят в статических условиях. Для этого навеску шунгита массой 1 г помещают в стеклянную колбу с подземной водой объемом 52 см³, шунгит с водой периодически встряхивают в течение 4 ч, далее содержимое колбы фильтруют через фильтр «синяя лента», фильтрат анализируют на содержание урана, сорбент (насыщенный ураном) дважды промывают на фильтре дистиллированной водой, а фильтраты промывок анализируют на содержание урана.

В способе-аналоге расчетное содержание урана в сорбенте (без учета сорбированных примесей) - 0,00018% масс.

Недостатком способа-аналога [2] является низкое содержание урана в сорбенте, полученном после сорбции.

Наиболее близким к заявляемому способу, принятом за прототип, является способ сорбции урана из подземной воды в динамических условиях [3].

По способу-прототипу используют подземную воду с концентрацией урана 246 мкг/дм³ и сорбент, представляющий собой гранулированный методом экструзии порошкообразный шунгит. При получении гранул шунгита в качестве связующего материала используют порошкообразный фосфорсодержащий гипс CaSO₄⋅2H₂O (отвальный продукт производства фосфорной кислоты) и воду.

Процесс получения гранулированной композиции «фосфогипс-шунгит» состоит в следующем. Для удаления кристаллогидратной воды из порошкообразного фосфогипса его предварительно прокаливают в муфельной печи при 300°С в течение 1 ч. Затем шунгит и фосфогипс отдельно механоактивируют на вибрационном измельчителе до крупности -0,02 мм для создания дефектов в их кристаллических решетках и повышения, тем самым, сорбционной емкости получаемого сорбента. Далее механоактивированные фофогипс и шунгит смешивают с водой в массовом соотношении фосфогипс : шунгит : вода, равном 1:1:1. Затем пастообразную смесь гранулируют методом экструзии с получением гранул крупностью ~3 мм, которые сушат при 100°С до постоянной массы.

В способе-прототипе полученные гранулы используют для сорбции урана из подземной воды объемом 0,5 дм³. Для осуществления способа-прототипа используют сорбционную колонку, на дне которой укладывают слой ваты и размещают на ней навеску полученных фосфогипс-шунгитовых гранул (масса навески 1 г). Подземную воду пропускают через слой сорбента со скоростью 7 мл/мин.

В способе-прототипе расчетное содержание урана в сорбенте (без учета сорбированных примесей) составляет 0,01% масс., что в десятки раз больше, чем в способе-аналоге. Тем не менее, указанное содержание урана в сорбенте ниже содержания урана в урансодержащей руде сорта V[1].

Таким образом, недостатком способа-прототипа [3] является недостаточно высокое содержание урана в сорбенте, полученном после сорбции.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа получения сорбента для извлечения урана из подземной воды с получением урансодержащего сорбента, содержащего уран в количестве сопоставимом с его содержанием в урановой руде, потребляемой промышленностью [1].

Технический результат от использования заявляемого изобретения достигается за счет применения сорбента с повышенной сорбционной емкостью по урану.

Сущность заявляемого способа извлечения урана из подземной урансодержащей воды, включающего проведение динамической сорбции урана на гранулируемом сорбенте, содержащем фосфогипс и шунгит, заключается в том, что используют подземную урансодержащую воду с концентрацией урана 632,1 мкг/дм³, в качестве гранулируемого сорбента используют сорбент, полученный путем прокаливания фосфогипса, последующей активации порошкообразных фосфогипса и шунгита на вибрационном измельчителе до крупности - 0,02 мм, смешивания механоактивированных фосфогипса и шунгита с раствором сульфата цинка с концентрацией цинка 31,42 г/дм³ при массовом соотношении фосфогипс : шунгит : раствор сульфата цинка, равном 1:1:1, гранулирования полученной смеси с получением гранул крупностью 3 мм и их сушки при 100°С, а извлечение осуществляют пропусканием подземной воды через сорбент со скоростью 2 мл/мин и при расходе 1 г гранул сорбента на 30 л воды».

Пример осуществления способа.

Для осуществления заявляемого способа используют подземную воду (с концентрацией урана 803 мкг/дм³) после ее разбавления водой, свободной от урана, до концентрации 632,1 мкг/дм³ по урану. Процесс получения гранулированного сорбента состоит в следующем. Для удаления кристаллогидратной воды из порошкообразного фосфогипса его предварительно прокаливают. Затем порошкообразные шунгит и фосфогипс отдельно механоактивируют на вибрационном измельчителе до крупности - 0,02 мм для создания дефектов в их кристаллических решетках и повышения, тем самым, сорбционной емкости получаемого сорбента. Далее механоактивированные фофогипс и шунгит смешивают с раствором сульфата цинка (с концентрацией цинка 31,42 г/дм³) при массовом соотношении фосфогипс: шунгит: раствор сульфата цинка, равном 1:1:1. Указанную смесь гранулируют методом экструзии с получением гранул крупностью ~3 мм. Полученные гранулы сушат при 100°С до постоянной массы и используют для сорбции урана в динамических условиях из подземной воды при расходе гранул 1 г на 30 л воды.

Заявляемый способ с применением указанного сорбента выполняют с использованием колонки диаметром 1,5 см и высотой 33 см. Дно колонки застилают медицинской ватой, сверху помещают 1 г сухого сорбента. Через слой сорбента пропускают урансодержащую подземную воду со скоростью 2 мл/мин.

Результаты осуществления заявленного способа представлены в таблице (пример 1), в которой, для сравнения, представлены результаты реализации способа-прототипа (пример 2).

Как следует из данных, представленных в таблице (пример 1), расчетное содержание урана в сорбенте (без учета сорбированных примесей) при реализации заявленного способа составляет 0,2% масс., тогда как при осуществлении способа-прототипа (пример 2) - 0,01% масс.

Таким образом, заявляемый способ по сравнению со способом-прототипом позволяет повысить содержание урана в сорбенте (без учета сорбированных примесей) в 20 раз.

Согласно [1], полученный с использованием заявленного способа урансодержащий сорбент имеет содержание урана отвечающее содержанию урана в урансодержащей руде сорта IV (рядовая руда).

Литература

1. Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана. Учебник для вузов. - М.: Атомиздат, 1978. - 336 с.

2. Садуакасова А.Т., Самойлов В.И., Зеленин В.И., Куленова Н.А. Способы сорбционной очистки подземной воды от урана. Журнал прикладной химии, 2016. Т. 89. Вып. 4.

3. Садуакасова А.Т, Самойлов В.И., Зеленин В.И., Куленова Н.А. Исследование процесса сорбции урана из подземной воды с использованием шунгита, фосфогипса и продуктов их модификации // Комплексное использование минерального сырья. №2. 2016. С 51-56.