Введение к работе
Актуальность темы. Быстрое развитие наукоемкой авиакосмической отрасли промышленности в последние десятилетия направлено на получение материалов, обладающих высокими прочностными и деформационными характеристиками в условиях повышенных температур и давления. В качестве незаменимого компонента жаропрочных сплавов конструкционного материала ответственных деталей газотурбинных двигателей, используют рений. Повышение содержания рения в суперсплавах и резко возрастающая потребность в последних определяют его высокую стоимость и спрос.
Истощение запасов рения в традиционном сырье – молибденовых и медных рудах, из которых его извлекают попутно при комплексной переработке, приводит к необходимости вовлечения в сырьевую базу дополнительных источников. В России повышенный интерес в этой связи вызывают полиметалльные урановые руды, для переработки которых используют прогрессивные методы сернокислотного подземного и кучного выщелачивания. Один из современных способов интенсификации этих методов, заключающийся во введении в растворы природного комплексона фульвокислот (ФК), сопровождается экономией выщелачивающего агента – серной кислоты, улучшением экологических условий осуществления процесса. При этом степень извлечения урана из руды увеличивается. Сведения о влиянии фульвокислот на последующее сорбционное извлечение урана ограничены, а рения – отсутствуют.
Синтезированные в последние годы в ОАО ВНИИХТ селективные к урану наноструктурированные иониты на стирольно-акрилатной основе имеют бльшую сорбционную емкость по урану, чем применяемые в промышленности аналоги. В связи с этим представляется актуальным изучение сорбционных характеристик этих ионитов при попутном извлечении рения из продуктивных и оборотных сернокислых растворов подземного выщелачивания урана отрабатываемых и перспективных месторождений, в том числе, в присутствии фульвокислот в растворах.
Цель работы – определение характеристик сорбции рения наноструктурированными анионитами из сернокислых и сернокисло-фульватных урансодержащих растворов и разработка способа его селективного сорбционного извлечения из продуктивных растворов подземного выщелачивания при комплексной переработке урановых руд.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
определение равновесных, кинетических и динамических характеристик сорбции рения из сернокислых растворов наноструктурированными азотсодержащими ионитами на стирольно-акрилатной основе;
исследование процесса разделения рения и урана при сорбции из сернокислых растворов;
исследование процесса извлечения рения из урансодержащих сернокислых растворов в присутствии фульвокислот;
проведение испытаний сорбционного извлечения рения из продуктивных растворов подземного выщелачивания (ПВ) урана наноструктурированными ионитами.
Научная новизна работы. Впервые определены равновесные, кинетические и динамические характеристики сорбции рения из сернокислых растворов, моделирующих растворы подземного выщелачивания урана, азотсодержащими наноструктурированными анионитами марки Россион - 25, 25-35, 25-65, 62, 510, 511, 610 и 611.
Показано, что изотермы сорбции рения из сернокислых растворов азотсодержащими наноструктурированными ионитами Россион-62 и Россион-510 имеют линейную форму в диапазоне равновесных концентраций рения до 20 мг/дм3 и описываются уравнением Генри.
Эффективные коэффициенты диффузии рения в наноструктурированных ионитах Россион-62 и Россион-510 имеют порядок 10-11 м2/с.
Впервые изучено влияние фульвокислот на сорбцию рения из урановых сернокислых растворов азотсодержащими ионитами различного типа и структуры. Установлено, что селективность ионитов по рению увеличивается с повышением концентрации ФК и значения рН раствора, причем наибольшие коэффициенты разделения рения и урана (~100) наблюдаются при сорбции слабоосновными макропористыми ионитами.
Практическая значимость работы.
Разработан способ повышения селективности извлечения рения из урансодержащих растворов с использованием наноструктурированных сорбентов в присутствии фульвокислот (заявка на патент РФ № 2012113973 от 11. 04. 2012).
Установлено, что наименьшее влияние фульвокислот на снижение сорбционной емкости наблюдается при сорбции урана наноструктурированными ионитами.
Испытания сорбции рения наноструктурированным ионитом Россион-62 из продуктивных растворов подземного выщелачивания урановых руд Брикетно-Желтухинского месторождения и месторождения Бельское (Русская платформа), показали, что сквозная степень его извлечения, определенная в статических условиях, составляет 56,1 и 85,0 %, соответственно.
На защиту выносятся:
1. Сорбционные характеристики наноструктурированных анионитов, полученные при извлечении рения из сернокислых урансодержащих растворов.
2. Закономерности селективной сорбции рения анионитами из сернокислых и сернокисло-фульватных урансодержащих растворов.
3. Результаты испытаний сорбции рения наноструктурированным ионитом Россион-62 из продуктивных растворов подземного выщелачивания рений-урановых руд месторождений Русской платформы.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на IX научно-практической конференции «Дни науки – 2011. Ядерно-промышленный комплекс Урала» (Озерск, 2011), Всероссийской научно-практической конференции «Редкие металлы: минерально-сырьевая база, освоение, производство, потребление» (Москва, 2011), Молодежной конференции с элементами научной школы (к 25-летию аварии на ЧАЭС) «Современные проблемы радиохимии и радиоэкологии» (Москва, 2011), Российской научно-технической конференции с международным участием «Актуальные проблемы радиохимии и радиоэкологии» (Екатеринбург, 2011), III Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии», (Краснодар, 2011), VII Международном симпозиуме по технецию и рению (Москва, 2011), VIII Российской ежегодной конференции «Физико-химия и технология неорганических материалов» (Москва, 2011), Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья – основа инновационного развития экономики России» (Москва, 2012), Седьмой Российской конференции по радиохимии "РАДИОХИМИЯ-2012" (Димитровград, 2012), Международной научно-практической конференции «Рений. Научные исследования, технологические разработки, промышленное применение» (Москва, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературы (98 наименований) и трех приложений. Диссертация изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 23 таблицы.
