某铀矿酸性浸出液中离子交换树脂吸附铀的性能研究

李文杰

（南华大学资源环境与安全工程学院，湖南 衡阳 421001）

为了实现我国提出的碳中和、碳达标的目标，我国将稳妥有序推进能源生产转型。其中核电是我国能源转型的主攻方向，国家对核电的发展战略从适度发展到积极发展，在这样的背景下，对铀资源的需求量也逐渐增加。本实验是用两种D201、D630新型树脂以及目前常用的D261、201×7树脂对硫酸浸出液中的铀进行吸附性能比较，通过实验确定吸附工艺参数，用于工业生产。

1 试验材料

1.1 试验材料

选用的离子交换树脂：201×7阴离子交换树脂，凝胶型；D630阴离子交换树脂，凝胶型；D201阴离子交换树脂，凝胶型；D261阴离子交换树脂，凝胶型。

1.2 试验方法

1.2.1 动态吸附、淋洗试验

本试验所用的吸附原液是某铀矿硫酸浸出液（含铀75mg/L、SO42-10mg/L、pH值为3），溶液使用体积为30L。吸附原液从吸附柱从柱子上方进入，自上而下通过树脂床，最后由柱底流出，流出液用量筒收集，分析流出液中的铀浓度，作出吸附曲线和淋洗曲线。

1.2.2 合格液中和沉淀试验

将四种树脂淋洗合格液置于烧杯中，常温下搅拌加入20%NaOH溶液，中和至最终pH 7.3。中和沉淀完成后，静置数小时，取上清液（母液）分析铀浓度，产品浆体洗涤(洗水体积约500ml)过滤、烘干，分析铀含量、SO42-等项目。

1.2.3 吸附动力学研究

为研究对D201树脂的吸附量随时间的变化趋势，采用准一级动力学模型[见式（1）]和准二级动力学模型[见式（2）]对实验结果进行拟合。

式中，qt（mg/g）表示任意时间t处的树脂吸附量，qe为平衡时刻的吸附量。K1为准一级动力学速率常数，t为时间，k2为准二级动力学方程的速率常数。

2 试验结果及讨论

2.1 吸附试验

本试验所用的吸附原液是某铀矿硫酸浸出液（含铀75mg/L、SO42-10mg/L、pH值为3），溶液使用体积为30L。吸附液自上而下通过树脂层，接触时间10min，试验结果如图1。

图1 吸附曲线

由图1可知，当流出液中铀浓度到5μg/mL时出现了穿透点。试验表明，D201树脂吸附铀在14BV到达穿透点，穿透容量为63.6mg/g；在35BV时树脂达到饱和，饱和容量为132mg/g；D201树脂的吸附参数在四种树脂中最为出色。因此，D201树脂是吸附效果较好。工艺上确定最佳吸附条件是饱和点与穿透点之比值为2:1，D201树脂的饱和点与穿透点的比值为35/14=2.5，接近2。由于在4种树脂中饱和点与穿透点之比，D201树脂的值最接近2，因此，说明D201是最理想的树脂。

2.2 淋洗试验

将1mol/L NaCl-0.05mol/L H2SO4为解吸液以1mL/min流速从交换柱上部分别进入4种不同负载树脂床，接触时间为30min，用量筒承接流出液，分析铀浓度，试验结果如图2。

图2 淋洗曲线

由图2可知，D201树脂用最少的淋洗体积达到了洗脱的效果，而且它还有集中的淋洗高峰，说明淋洗效果很理想。综合对比可知，淋洗效果最好的树脂是D201。

2.3 中和沉淀试验

由表1可知，D630树脂的合格液用20%氢氧化钠溶液沉淀铀，所得沉淀参数较好。NaOH用量13mL；产品质量：U＞60%；产品达到一级标准要求。

表1 四种树脂沉淀试验条件及结果

2.4 吸附动力学

由图3、4可知，D201树脂对铀的吸附过程更符合准二级动力学模型。D201的树脂准二级动力学模型的拟合度更高，D201树脂的R22值=0.99930，R12值=0.99609，准二级拟合的吸附量也更接近理论上的吸附容量，能更准确地描述D201树脂吸附铀的过程。

图3 D201准一级动力学

图4 D201准二级动力学

3 结语

通过四种树脂对硫酸浸出液中铀的动态离子交换性能的研究，结果表明：

（1）D201树脂的吸附淋洗峰不但窄而且高，吸附洗脱效果好。

（2）本试验分别对四种树脂的合格液进行沉淀，D201树脂的沉淀效率最高，需要的NaOH用量的体积最少，产品的质量也是最高的，采用设计的沉淀工艺参数进行沉淀，可以得到合格的质量要求。

（3）对D201树脂吸附铀进行动力学拟合，结果表明：D201树脂对铀的吸附过程更符合准二级动力学模型，能更准确地描述D201树脂吸附铀的过程，D201吸附速率最快，是理想的树脂。