Фев 12 2001

ФЛОТАЦИОННАЯ ОЧИСТКА УРАНСОДЕРЖАЩИХ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ С ПОМОЩЬЮ КАЛИЕВЫХ МЫЛ ДИАЛКИЛФОСФИНОВЫХ КИСЛОТ

Опубликовано в 10:10 в категории Вода и здоровье

ФЛОТАЦИОННАЯ ОЧИСТКА УРАНСОДЕРЖАЩИХ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ С ПОМОЩЬЮ КАЛИЕВЫХ МЫЛ ДИАЛКИЛФОСФИНОВЫХ КИСЛОТ

В.В. Менчук, Е.М. Менчук, Л.М. Солдаткина, О.В. Нилова

Государственный университет им. И.И. Мечникова, г.Одесса

Урансодержащие сточные воды отличаются высокой химической токсичностью, поэтому перед сбросом в открытые водоемы они должны быть тщательно очищены. Обычно для выделения урана из сточных вод промышленных предприятий используют методы химического осаждения, экстракции и сорбции [1,2]. К сожалению, эти методы становятся малоэффективными при концентрации урана в сточной воде менее 10-5 моль/л. Более перспективным в этом отношении представляется метод ионной флотации [3]. Однако широкое применение ионной флотации в практике сдерживается отсутствием доступных высокоэффективных собирателей урана.

Данное исследование предпринято с целью выяснения возможности использования в качестве флотационных собирателей урана калиевых мыл диалкилфосфиновых кислот типа R2POOH, где R – углеводородный радикал, содержащий в своем составе от 3 до 10 атомов углерода.

Выбор калиевых мыл диалкилфосфиновых кислот в качестве флотационных собирателей урана был обусловлен тем, что они, с одной стороны, являются типичными анионными ПАВ, а с другой – обладают большой склонностью к комплексообразованию.

Объектами исследования служили серно-, соляно- и азотнокислые растворы, концентрация урана в которых равнялась 50 мг/л.

Взаимодействие собирателей (0,03-0,08%-ных водных растворов дипропил-, дибутил-, дигептил-, диоктил- и дидецилфосфинатов калия) с ионами уранила протекало быстро и сопровождалось образованием коллоидных растворов труднорастворимых урановых мыл – сублатов (исключение составляли случаи, когда в качестве собирателей использовали дипропил- и дибутилфосфинаты калия), состав которых, по данным химического анализа, соответствовал формуле UO2(R2POO)2.

Флотационную обработку урансодержащих растворов осуществляли на установке, описанной в работе [4].

При использовании в качестве собирателя ионов уранила дипропил- и дибутилфосфинатов калия в процессе флотации на поверхности раствора образовывалась малоустойчивая влажная пена, а во всех остальных случаях – гидрофобная сухая пенка сублата, представляющая собой воскообразный однородный продукт с характерным оттенком. Как пену, так и пенку с поверхности раствора удаляли механически.

Проведенные исследования показали, что наиболее полно флотационное выделение урана происходит в области значений pH =3,0-5,0, соответствующих образованию наименее растворимого сублата. Уменьшение степени флотационного выделения урана из растворов с pH 5,0 вызвано, вероятно [5], гидролизом сублата. Последнее подтверждается и увеличением концентрации урана в ультрафильтратах коллоидных растворов сублатов.

Установлено, что оптимальный расход калиевых мыл диалкилфосфиновых кислот, взаимодействие которых с ионами уранила сопровождается образованием коллоидных растворов сублата (дигексил-, дигептил-, диоктил- и дидецилфосфинат калия), равняется 2 моля на 1 моль урана. Оптимальный расход калиевых мыл диалкилфосфиновых кислот, взаимодействие которых с ионами уранила не приводит к образованию коллоидных растворов сублата (дипропил- и дибутилфосфинат калия), составляет 3 моля на 1 моль урана.

При одинаковых условиях опытов степень флотационного выделения урана из азотно-кислых растворов заметно выше, чем из соляно-кислых, а из соляно-кислых выше, чем из серно-кислых. Это можно объяснить различием прочности образующихся в указанных растворах комплексных соединений уранила.

Степень флотационного выделения урана, собранного из его разбавленных кислых растворов с помощью калиевых мыл диалкилфосфиновых кислот, увеличивается с увеличением длины углеводородного радикала собирателя, поскольку с увеличением длины углеводородного радикала собирателя уменьшается растворимость сублата (Cост) и возрастает сродство собирателя к коллигенду (∆Gобр).

О сродстве собирателя к коллигенду судили [6] по величине свободной энергии образования сублата

∆Gобр = RTln4 + 3 RTlnC,       (1)

где С – растворимость сублата.

Уравнение, связывающее остаточную концентрацию ионов уранила в растворе (Cост) с числом атомов углерода в углеродном радикале собирателя (n1) имеет вид

                              (2)

где А – постоянная, величина которой определяется природой гомологического ряда ПАВ, используемого в качестве собирателя; В – постоянная, величина которой не зависит от природы гомологического ряда ПАВ (собирателя).

Для сублатов, образующихся при взаимодействии ионов уранила (UO2 2+) и одновалентных поверхностно-активных ионов R2POO- при 25°С

,                    (3)

где  - изменение свободной энергии системы в процессе образования сублата, приходящееся на одну метиленовую группу углеводородного радикала, равное разности свободных энергий образования сублатов с помощью двух соседних членов гомологического ряда ПАВ, используемых в качестве собирателей (согласно литературным данным [7],  = -3,34 × 106 Дж/кмоль).

Минимальная длина углеводородной цепи собирателя, обеспечивающего требуемую степень флотационного выделения ионов уранила из раствора

,          (4)

где Снач – начальная концентрация урана в растворе.

Зависимости между величинами n1 от lg Cост, а также n2 от lg (100-α) найдены экспериментально и приведены в таблице (значения Сост или, что то же самое, растворимости сублата, определили нефелометрически).

Способ флотационного выделения урана с помощью мыл диалкилфосфиновых кислот был испытан нами на растворах, имитирующих кислые (pH=2-5) сточные воды [1]. Собирателями ионов уранила служили диоктил- и додецилфосфинат калия. Испытания показали, что в условиях опытов уран, в зависимости от используемого собирателя, выделяется из раствора с помощью флотации на 95-99%. Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования калиевых мыл диалкилфосфиновых кислот в качестве флотационных собирателей урана из его разбавленных кислых растворов.

Таблица. Зависимости между величинами n и lg Cост, n и lg (100-α) для процесса флотационного выделения ионов уранила, собранных из азотно-кислых растворов с помощью калиевых мыл диалкилфосфиновых кислот

n

12

13

16

20

lg Cост

-4,13

-4,53

-4,90

-5,6

lg (100-α)

0,50

0,88

1,26

1.92

Литература

1. Громов В.В. Введение в химическую технологию урана. – М.: Атомиздат, 1979. – 336 с.

2. Накипелов В.В., Чернов А.Г. Урановая промышленность в СССР // Атомная энергия. – 1990. – т.68, №4. – с.227-229.

3. Гольман А.М. Ионная флотация. – М.: Недра, 1982. – 144с.

4. Менчук В.В. Физико-химические закономерности флотационного выделения уран- и торийсодержащих анионов из разбавленных карбонатных и сернокислых растворов с помощью катионных поверхностно-активных веществ: автореф. дис. … канд. хим. Наук. – М., 1984. – 19с.

5. Назаренко В.А., Антонович В.И., Невская Е.М. Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах. – М.: Атомиздат, 1979. – 192с.

6. Скрылев Л.Д., Сазонова В.Ф., Скрылева Т.Л. Термодинамические основы выбора для ионной флотации собирателей с оптимальной длиной углеводородного радикала // Изв. вузов. Цветная металлургия. – 1983. - №3. – с.60-64.

7. Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии // Под ред. Миттела К.Л. –М.: Мир, 1980. – 597с.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.