ПОИСК ЭФФЕКТИВНЫХ ФЛОКУЛЯНТОВ, УСКОРЯЮЩИХ СЕДИМЕНТАЦИЮ СУСПЕНЗИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ОТ РАСТВОРЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ КОНЦЕНТРАТОВ ПРИРОДНОГО УРАНА Круглов С.Н., Рыбаков А.Н., Скуратова М.В., Шамин В.И., Шикерун Т.Г. ОАО «Сибирский химический комбинат», г. Северск E-mail: shk@seversk.tomsknet.ru В результате растворения концентратов урана природного происхождения растворы часто содержат тонкодисперсные взвеси веществ, сопутствующих урану в рудных образованиях – это, в основном, соединения железа, кремния, алюминия, молибдена и др. Подобные стабильные дисперсные системы создают трудности при экстракционной переработке, поскольку попадание взвесей в экстракционные аппараты приводит к нарушению гидродинамики процесса и снижению эффективности извлечения и очистки целевого компонента от этих сопутствующих примесей. Необходимость в очистке таких систем потребовала применения реагентов, способствующих удовлетворительному разделению твердой и жидкой фаз фильтрацией и/или центрифугированием. С целью интенсификации процессов разделения азотнокислых растворов уранила и тонкодисперсных твердых примесей было исследовано влияние на процесс седиментации суспензий различных флокулянтов и произведен поиск наиболее эффективных из них. Под действием коагулянтов дисперсные частицы объединяются в большие массы (микрохлопья). После дестабилизации коллоидной суспензии коагулянтами, чтобы увеличить эффективность процесса очистки, часто применяют полимерные флокулянты. Благодаря очень большой молекулярной массе (от 5 до 22 млн. и более) флокулянты эффективно образуют мостики между микрохлопьями, возникшими при коагуляции, создавая более крупные макрохлопья. Образовавшиеся макрохлопья эффективно удаляются фильтрацией и центрифугированием. Отличие коагулянтов и флокулянтов заключается лишь в разности молекулярных масс – коагулянты имеют массу до 1 млн., а флокулянты более 1 млн. Неорганические коагулянты (FeCl2, Al(OH)3, (NH4)2SO4 и др.) не работают в высокосолевых системах, таких как концентрированные растворы уранилнитрата, а полимерные коагулянты и флокулянты показали свою эффективность и обладают преимуществами: обеспечивают лучший результат при значительно меньших дозах коагулянта, работают в широких диапазонах pH, увеличивают скорость разделения жидкой и твердой фазы, минимизируют объем образуемого осадка, полностью удаляются с твердой фазой из рабочих растворов. Исследование влияния флокулянтов на процесс осаждения нерастворившихся остатков примесей в концентрированных растворах уранилнитрата проводили на двух суспензиях (суспензии № 1 и суспензии № 2), полученных растворением в азотной кислоте двух различных партий химических концентратов природного урана. Для проведения исследований готовили растворы флокулянтов с концентрацией 10 г/дм3 и вносили необходимые количества (до заданных концентраций от 0,5 до 300 мг/дм3) в суспензии, расфасованные по 10 мл в центрифужные пробирки. После добавления флокулянта суспензии перемешивали в течение 1 минуты, выдерживали 10 минут и затем отбирали верхний слой суспензии объемом 1 см3 (суспензии № 1) и 5 см3 (суспензии № 2) для определения оптической плотности. Измеряли оптическую плотность суспензий по отношению к раствору-сравнению – отфильтрованному от взвесей рабочему раствору. Полученные зависимости оптической плотности растворов от концентрации введенных флокулянтов изображены на рисунках 1-6. На рисунках 1 и 2 показаны зависимости, полученные при исследовании серии Оптическая плотность, D жидких (исходное состояние) флокулянтов: 187К, 190К, AN, S312, VZK, KWS, EF, № 8. На рисунках размещены две кривые: одна для 187К, вторая для EF, так как остальные флокулянты не оказывали действие на процесс седиментации суспензии № 1. На рисунках 3 и 4 показаны зависимости, полученные при исследовании серии твердых (исходное состояние) флокулянтов: № 1-7. На рисунках 5 и 6 изображены зависимости, полученные при исследовании серии положительно заряженных, катионных (исходное состояние порошкообразное) флокулянтов: FO4140, FO4240, FO4115, FO4190, анионных: FA920, FA905, AN913, AN923, AN945, AN910, C3812. Рассмотрев ход зависимостей, полученных для всех исследованных флокулянтов, выбрали наиболее эффективные из них: FO4190, FO4240, ускоряющих седиментацию обеих суспензий. Далее исследовали влияние температуры на эффективность седиментации суспензий при введении в них отобранных флокулянтов: FO4240 до концентрации 1,0 мг/дм3 и FO4190 до концентрации 10,0 мг/дм3. Концентрированные растворы уранилнитрата нагревали до заданной температуры, вводили флокулянты и перемешивали в течение 1 минуты. Растворы выдерживали в течение 5 минут при заданной температуре и после охлаждения до 25 С (для этого центрифужную пробирку на 5 минут помещали в стакан с водой, имеющей температуру 25 С) отбирали верхний слой суспензии для определения ее оптической плотности. 0,4 0,3 0,2 0,1 0 50 100 150 200 250 300 Концентрация флокулянта, г/дм3 ◊ – 187К; ೦ – EF Рисунок 1 – Зависимость оптической плотности суспензии № 1 от концентрации флокулянтов Оптическая плотность, D 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0 50 100 150 200 250 300 Концентрация флокулянта, мг/дм3 187К 190К AN S312 VZK KWS EF №8 Рисунок 2 – Зависимость оптической плотности суспензии № 2 от концентрации флокулянтов 0,7 0,7 0,6 0,6 Оптическая плотность, D Оптическая плотность, D 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 10 20 30 40 Концентрация флокулянта, мг/дм №1 №2 №3 №4 0 50 №1 №5 №6 №7 30 40 50 №2 №3 №4 №5 №6 3 №7 Рисунок 4 – Зависимость оптической плотности суспензии № 2 от концентрации флокулянтов 0,4 Оптическая плотность, D 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 0,2 0,1 0 0,2 10 20 30 40 50 3 Концентрация флокулянта, мг/дм FO4140 FA920 AN945 0,1 0 20 Концентрация флокулянта, мг/дм Рисунок 3 – Зависимость оптической плотности суспензии № 1 от концентрации флокулянтов Оптическая плотность, D 10 3 10 20 30 40 50 3 Концентрация флокулянта, мг/дм FO4140 FO4240 FO4115 FO4190 FA920 FA905 AN913 AN923 AN945 AN910 Рисунок 5 – Зависимость оптической плотности суспензии № 1 от концентрации флокулянтов FO4240 FA905 AN910 FO4115 AN913 FO4190 AN923 Рисунок 6 – Зависимость оптической плотности суспензии № 2 от концентрации флокулянтов 0,1 Оптическая плотность, D 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0 FO4240 20 40 60 80 Температура, С FO4190 100 СFO4190 = 10 мг/дм3 СFO4240 = 1 мг/дм3 Рисунок 7 – Зависимость оптической плотности суспензии № 2 от температуры На рисунке 7, где показана температурная зависимость оптической плотности, видно, что наибольшее ускорение седиментации под действием обоих флокулянтов наблюдается в интервале температур 50…70 С. Выводы 1 Проведен поиск доступных на рынке органических флокулянтов с молекулярными массами 5…22 млн., ускоряющих седиментацию суспензий, полученных растворением в азотной кислоте двух разных партий химических концентратов природного урана. 2 По результатам исследования 26 флокулянтов различных типов отобрано два катионных флокулянта: FO4240 и FO4190, наиболее эффективно ускоряющих седиментацию суспензий. 3 Показано, что наибольшее ускорение седиментации суспензий происходит при введении флокулянтов: FO4240 до концентрации 1,0 мг/дм3 и FO4190 до концентрации 10,0 мг/дм3. 4 Исследовано влияние температуры на эффективность седиментации суспензий при введении в раствор флокулянтов FO4240 и FO4190. Показано, что наибольшее ускорение седиментации под действием обоих флокулянтов наблюдается в интервале температур 50…70 С.