Поиск эффективных флокулянтов, ускоряющих седиментацию

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.