Сорбция ионов урана и тория на ионообменных материалах из растворов сложного солевого состава

• Автор: Некрасова, Наталья Анатольевна
• Шифр специальности: 02.00.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Химические свойства урана в водных растворах

1.1.1. Формы нахождения 11(У1) в водном растворе

1.1.2. Комплексообразование урана(УТ)

1.2. Получение урана из руд

1.3. Переработка отработавшего ядерного топлива

1.4. Выделение урана из растворов

1.4.1. Химическое осаждение

1.4.2. Экстракция

1.4.3. Ионный обмен
1.5. Ионообменные материалы
1.5.1. Ионный обмен
1.5.2. Типы ионитов
1.5.3. Основные критерии выбора ионообменных материалов
1.6. Сорбционное извлечение урана из растворов
1.6.1. Природные неорганические иониты
1.7.2. Синтетические неорганические иониты
1.7.3. Природные органические иониты
1.7.4. Синтетические органические иониты
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Характеристики исследуемых ионообменных материалов
2.2. Методики проведения экспериментов
2.3. Методики проведения анализа растворов
ГЛАВА 3. ИЗВЛЕЧЕНИЕ УРАНА ИЗ КАРБОНАТНЫХ РАСТВОРОВ
3.1. Сорбция 11 из модельных растворов
3.2. Сорбция и из реальных растворов
ГЛАВА 4. ИЗВЛЕЧЕНИЕ УРАНА ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ РАСТОВОРОВ
4.1. Сорбция И из модельных растворов
4.2. Сорбция Г! из реальных растворов
ГЛАВА 5. ИЗВЛЕЧЕНИЕ УРАНА ИЗ АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ
5.1. Сорбция и из модельных растворов
5.2. Сорбция и из реальных растворов
ГЛАВА 6. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ТОРИЯ (ПЛУТОНИЯ) ИЗ АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ
6.1. Сорбция ТИ (Ри) из модельных растворов
6.2. Сорбция Ри из реальных растворов
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ. Современное развитие ядерно-онергети веского комплекса РФ основывается на использовании замкнутого ядерного топливного цикла (ЯТЦ), который включает в себя как получение ядерного горючего (добыча руды, получение концентрата, получение диоксида урана, обогащение урана, изготовление тепловыделяющих элементов - ТВЭЛ), так и радиохимическую переработку облученного топлива (ценные компоненты - уран и частично плутоний — идут на стадию получения ядерного топлива). На различных стадиях ЯТЦ применяются технологии с использованием органических ионообменных материалов: при добыче и переработке урановых руд, при разделении и очистке урана и плутония; при очистке сбросных вод, образующихся на предприятиях ЯТЦ.
В настоящее время в РФ выпуск ионообменных материалов резко сократился по сравнению с 80-90-ми годами прошлого столетия. Единственный производитель в г. Кемерово выпускает ограниченный ассортимент ионообменников, что естественно привело к заполнению рынка сорбентами, производимыми иностранными компаниями. Чаще всего информация об этих материалах крайне ограничена, приводятся лишь некоторые технические характеристики и возможные области применения сорбентов. В связи с этим в настоящей работе предпринята попытка исследовать сорбционные и физико-химические характеристики целого ряда импортных ионообменников по отношению к урану при сорбции из различных сред, а также торию, как аналогу плутонияЦУ), при сорбции из азотнокислых растворов.
Конечной задачей настоящей работы является выбор наиболее эффективных ионообменников для использования в различных областях радиохимических технологий.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование сорбционных характеристик
ионообменных материалов различного типа по отношению к урану и торию

(плутонию) для определения условий их селективного выделения из растворов сложного солевого состава.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие
НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ:
1. Исследовать сорбционные свойства современных ионообменных материалов по отношению к урану из карбонатных, сернокислых и азотнокислых растворов.
2. Исследовать сорбционные свойства различных типов сорбентов по отношению к торию (плутонию) из азотнокислых растворов.
3. Определить механизм сорбции урана и тория на выбранных ионообменниках.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА:
]. Исследованы и систематизированы сорбционные и кинетические характеристики ряда ионообменников по отношению к урану и торию (плутонию) из растворов различного состава.
2. Определены оптимальные условия для извлечения урана из карбонатных и сернокислых растворов, а также урана и тория (плутония) из азотнокислых растворов с использованием современных органических ионообменников.
3. Впервые показана возможность разделения пар и(У1)-Ри(1У) и Ат(Ш)-Ри(1У) на комплексообразующем сорбенте с фосфоновыми и сульфогруппами.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.
1. Определены наиболее эффективные сорбенты для извлечения урана из карбонатных и сернокислых растворов выщелачивания урановых руд.
2. Предложен способ очистки низкоактивных отходов химикометаллургического завода ПО «Маяк» с использованием современных ионитов.

При исследовании кинетики сорбции в первую очередь определяется лимитирующая стадия процесса сорбции, которая может быть обусловлена внешней диффузией, внутренней диффузией или химической реакцией.
В большинстве случаев сорбция микрокомпонента определяется внутренней диффузией иона в гранулу сорбента. В этом случае кинетической характеристикой является значение коэффициента внутренней диффузии О.
Кинетические характеристики определяются природой сорбционного материала и формой его использования (гранулированная, мелкодисперсная, волокнистая и т.п.).
Химическая устойчивость сорбента к кислотам, щелочам, окислителям, т.е. к реагентам, а также термическая стойкость определяется как составом раствора, так и химической природой сорбента. Полимеризационные иониты химически более стойки, чем поликонденсацнонные. Катиониты более стойки к действию реагентов, чем аниониты. Среди анионитов - слабоосновные устойчивее сильноосновных к кислотам и щелочам. Органические ионообменные смолы химически устойчивы в широком диапазоне pH.
Термическая устойчивость анионитов ниже, чем устойчивость катионитов. Так, наиболее термически устойчив сульфокатионит КУ-2><8, который можно использовать при температуре до 100°С.
При использовании гранулированных сорбентов, как в статических, так и в динамических условиях важную роль играет гидромеханическая прочность (ГМП) сорбента, которая определяет потери сорбента за счет механического истирания гранул. Наиболее высокой ГМП обладают ионообменные смолы полимеризационного типа.
Основными причинами разрушения частиц сорбента являются внутреннее осмотическое давление и механическое взаимодействие сорбентов друг с другом или узлами аппаратов.
Наибольшее разрушение ионитов происходит при изменении характеристик среды, в которой они находятся. Объем зерна ионита зависит