阴离子交换树脂法回收细菌浸出液中的铀.pdf

4 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年1 期 阴离子交换树脂法回收细菌浸出液中的铀 刘金辉1 ，陈功新1 ，田娟2 1 ．东华理工大学，江西抚州3 4 4 0 0 0 ；2 ．河海大学，江苏南京，2 1 0 0 9 8 摘要以相山铀矿田细菌浸铀为例，运用7 1 7 8 强碱阴离子交换树脂回收细菌浸出液中的铀．采用静态 法对p H 、浸出液铀浓度、振荡时间等对树脂吸附容量的影响进行了研究；用动态法研究了树脂的饱和吸 附容量，及分离和提取铀时，铁作为一种杂质的影响。研究表明该树脂对铀吸附性能好，铀回收率高， 每克干树脂吸附铀容量可达6 2 ．2r a g ，单位体积湿树脂吸附容量为1 4 5 ．7m g ／m L ． 关键词铀；细菌浸出液；离子交换；阴离子交换树脂；铁 中图分类号T L 2 1 2 ．3文献标识码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 1 0 1 0 0 4 2 一0 4 R e c o v e r i n gU r a n i u mf r o mB a c i l l u sL e a c h i n g S o l u t i o nw i t hA n i o n E x c h a n g eR e s i n L I UJ i n - h u i l ，C H E NG o n g - x i n l ，T I A NJ u a n 2 1 ．E a s tC h i n aI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y 。F u z h o u3 4 4 0 0 0 。C h i n a ；2 ．H e h a iU n i v e r s i t y ，N a n j i n g2 1 0 0 9 8 。C h i n a A b s t r a c t T h eu r a n i u mi sr e c o v e r e df r o mb a c i l l u sl e a c h i n gs o l u t i o nw i t ha n i o n - e x c h a n g er e s i n7 1 7 ．T h e e f f e c t o fd i f f e r e n tp a r a m e t e r ss u c ha sp H ，t h ec o n c e n t r a t i o no fu r a n i u m ，t h et i m eo fs u r g i n go nt h ea b s o r b i n gp r o p e r t yo fr e s i na res t u d i e du s i n gs t a t i cm e t h o d ．T h ea b s o r b i n gc a p a c i t yo fs a t u r a t i n gr e s i na n da f f e c t o fi r o no ns e p a r a t i n ga n dd i s t i l l i n gu r a n i u marea l s os t u d i e du s i n gd y n a m i cm e t h o d ．T h er e s u l t ss h o wt h a t t h ea d s o r b i n gc a p a b i l i t yo ft h er e s i ni sg o o d ，1gd r yr e s i nc a na d s o r b6 2 ．2m gu r a n i u m ，1m Lr e s i nc a na d s o r b1 4 5 ．7m gu r a n i u m ． K e y w o r d s U r a n i u m ；B a c i l l u sl i x i v i u m ；I o n - e x c h a n g e ；A n i o n e x c h a n g er e s i n ；I r o n 从铀矿石浸出液中提取铀，最初主要采用化学 沉淀法[ 1 ] 。该法存在生产操作复杂、试剂消耗量大、 铀回收率低等缺点。而阴离子交换树脂研制成功并 证实它对铀的吸附选择性后，马上引起了人们的极 大注意。阴离子交换树脂法操作简单、经济实用、铀 回收率高，因此被广泛应用于铀工业中。本文以相 山铀矿田细菌浸铀为例，运用国产7 1 7 8 强碱性阴离 子交换树脂回收细菌浸出液中的铀。 在氧化铀矿用硫酸酸化和氧化亚铁硫杆菌浸出 的过程中，铀通常以铀酰离子 U O 2 的形式进入 溶液，与硫酸根作用形成二 四 硫酸盐络合物 U 0 2 外 z s o , 2 一一U 0 2 S 0 4 { 一 1 U 0 2 2 3 S O r U 0 2 S 0 4 ；一 2 作者简介刘金辉 1 9 6 1 一 ，男，教授，博士 当强碱阴离子交换树脂从浸出液中吸附铀时， 硫酸铀酰络合物与树脂R 。S O 。的活性基团会发生 离子交换作用，被树脂吸附了。其反应如下 2 R z S O 。 U 0 2 S 0 4 ；一一R 。U 0 2 S O ‘ 3 2 S O 一 3 R 2 S O ‘ U 0 2 S O 。 ；一 R 2 U 0 2 S O 。 2 S 0 i 一 4 在酸性介质中，该树脂在吸附铀的同时也吸附 了一定量的F e 3 十，实验研究表明该树脂对F e 3 的吸 附在2 0 ％左右，但随着吸附次数的增加，吸附的量 也越来越少，而且对铀的吸附影响很小。这样F e 3 即作为一种杂质与铀共存于树脂上，会影响铀的分 离和提取。有资料表明二价铁与硫酸根形成不了络 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年1 期 4 3 阴离子[ 2 1 ，因此可以通过加入某种还原剂来改变共 存离 F e 3 的价态，从而达到分离的目的‘3 。。因为 细菌浸出液中含有大量的F e ”，如果直接加还原剂 还原，成本将会增加，所以采用间接还原树脂上吸附 的F e 3 的方法更加合理。本实验在洗脱铀前先用 抗坏血酸把F e 3 还原成低价从树脂上解析下来，再 选择淋洗液解析铀，达到了分次分离的目的。 1实验部分 1 ．1 主要仪器及试剂 7 8 1 磁力加热搅拌器；3 2 0 Sp H 计；A E l 0 0 分析天平；有机玻璃交换柱 柱长8c m ，内径约 1c m ，出液毛细管约0 ．2c m ；矾酸铵；E D T E ；1 ％抗 坏血酸；1m o l ／L 硝酸铵；0 ．0 5g ／L 硫酸。 1 ．2 试验方法 1 ．2 ．1 静态试验 吸附原液是用氧化亚铁硫杆菌浸泡相山铀矿田 的铀矿石后的浸出液。称取一定量的干树脂于5 0 m L 小烧杯中，在一定酸度条件下，加入一定量经过 菌液浸泡铀矿石的细菌浸出液，放人搅拌子，置于磁 力加热搅拌器上振荡，振荡一定的时间后过滤，测定 滤液中残存铀量，然后按下式计算树脂的吸附容量 Q Q C o C v ／W 5 式中C o 为浸出液中铀的初始浓度 g ／L ；C 为 振荡一定时间后的残留铀浓度 g ／L ；V 为吸附浸 出液的体积 L ；W 为干树脂的质量 g 。 1 ．2 ．2 动态吸附、淋洗试验 用相山铀矿田的细菌浸出液作为吸附原液，吸 附原液、淋洗剂从上向下通过树脂床层。分析流出 液的铀浓度，作出吸附曲线和淋洗曲线。 1 ．2 ．3 分析方法 E D T A 滴定法测细菌浸出液的铁，矾酸氨滴定 法测铀。 2 试验结果及讨论 2 ．1 静态试验 2 ．1 ．1 铀浓度对树脂吸附容量的影响 在振荡时间，p H 相同的条件，当吸附原液的铀 浓度分别为 g ／L 0 ．3 1 5 3 、0 ．4 8 0 9 、0 ．8 8 5 6 、1 ．2 0 4 9 时，每克干树脂的吸附容量分别为 r a g ；4 5 ．6 、 4 7 ．5 2 、5 0 ．1 、6 2 ．2 。可以看出，随着铀浓度的增加， 树脂的吸附容量越大，树脂的饱和容量也越大。因 为铀浓度的增加有利于U O z S 0 1 z 2 一的形成，因而 大大提高了树脂的吸附容量。 2 ．1 ．2 振荡时间对树脂吸附容量的影响 用铀浓度为1 ．2 0 4 9g ／L 的细菌浸出液作为吸 附原液，振荡时间分别是 m i n 1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 时，尾液中的铀浓度分别为 g ／L 0 ．3 8 3 6 、0 ．2 6 1 9 、 0 ．2 2 4 5 、0 ．1 8 5 2 、0 ．1 6 2 8 。表明随着振荡时间的增 长，吸附尾液中铀浓度明显降低。可见随着振荡时 间的增长，树脂与浸出液中的阴离子交换越充分，树 脂对离子的吸附量越大。 2 ．1 ．3 p H 值对树脂吸附容量的影响 用初始p H - - - - 1 ．5 5 、铀浓度为2 4 1 ．4m g ／L 的细 菌浸出液，调p H 分别为1 ．4 5 ，1 ．3 8 ，1 ．2 5 ，称取一 定的干树脂放入已调p H 的4 份浸出液中，放到磁 力加热搅拌器上振荡相同的时间 1 0 m i n 后，测定 每克树脂对铀的吸附量分别为 m g 2 6 ．1 ，3 1 ．8 、 3 3 ．7 、1 2 ．1 。可见，p H 1 ．4 0 左右，树脂对铀的吸 附效果较好，p H 过高或过低都会降低树脂的吸附 量。 由以上静态实验结果可以看出，要提高该树脂 对铀的吸附容量，需要选择最佳的实验条件吸附原 液的铀浓度尽量高；细菌浸出液的p H 调至1 ．4 左 右；吸附原液与树脂的接触时间在允许条件下尽可 能长些。 2 ．2 动态吸附 柱吸附原液组分 g ／L U1 ．2 、F e 3 2 ．3 6 、全 F e2 ．3 6 、F 一0 ．5 4 、S O t2 2 9 ．5 4 、M 9 2 0 ．4 1 5 、C a 2 0 ．8 1 2 。吸附液自上而下通过树脂层，柱床体积为5 m L ，接触时间5m i n ，试验结果如图1 。 ， j 3 S 图l 吸附曲线 F i g ．1A d s o r p t i v ec u r v e 由图1 可见，7 1 7 型强碱性阴离子交换树脂对 细菌浸出液中铀的吸附性能很好，单位体积 毫升 湿树脂约吸附铀1 4 5 ．7m g 时，树脂即达到饱和，饱 和时柱床体积倍数为2 0 6 。表明该树脂对铀有很高 的吸附性能，因而被广泛应用于铀的水冶中。 2 ．3 淋洗 加入1 ％的抗坏血酸淋洗柱子，把F e 3 还原成 万方数据 4 4 ．有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年I 期 F e z 十，F e 2 随淋洗液一起出柱；然后选择1m o l ／L N H ．N O 。 5g ／LH S O 。为淋洗剂自上而下淋洗柱 子，达到分离铁而洗脱铀的目的。 2 ．3 ．1 铁的洗脱 ， ■ 望 魁 甏 负载树脂的三价铁容量为1 4 ．1m g l m L 柱床 体积为5m L 。用1 ％的抗坏血酸淋洗柱子，试验 结果如图2 。 吸附液体积／柱床体积 图2F e 3 的淋洗曲线 F i g ．2T h ew a s h i n gc u r v eo fF e 3 由图2 可以看出抗坏血酸对F e 3 有很强的还淋洗率基本达1 0 0 ％。由此可见，用硝酸盐和硫酸 原性，把F e 3 还原成F e 2 ，然后随淋洗液一起流出，溶液淋洗负载一定铀的7 1 7 强碱阴离子树脂效果 而铀则不被还原，仍然留在柱子上。洗脱峰值约为明显。 2g ／L ，淋洗1 4 倍树脂床体积时，淋洗液F e 2 为0 ．1 g ／L 左右，基本淋洗彻底。 2 ．3 ．2 铀的洗脱 负载树脂的铀含量为1 6 5 ．4r a g 柱床体积为5 m L 。用1m o l ／LN H ‘N 0 3 5g ／LH 2 S 0 4 淋洗柱 子，试验结果见图3 。 ， 吸附液体积／桂床体积 图3 铀的淋洗曲线 、、F i g ．3 T h ew a s h i n gC U r v eo fU 由图3 可看出，淋洗液峰值U 约3 ．6 5g ／L ，淋 洗1 8 倍树脂床体积时，流出液中铀浓度基本为0 ， 3结论 1 细菌浸出液中铀浓度越大，振荡时间越长， 树脂对铀的吸附量越大； 2 细菌浸出液p H 1 ．4 0 左右，树脂对铀的吸 附效果较好，p H 值过高或过低都会降低树脂的吸 附量； 3 7 1 7 8 强碱阴离子交换树脂对铀具有很高的 吸附性能。树脂从U 1 ．2g ／L 的细菌浸出液中吸 附铀，单位体积 毫升 湿树脂约吸附1 4 5 ．7m g 的 铀，饱和时柱床体积倍数为2 0 6 ； 5 抗坏血酸作为洗脱剂，可有效的洗脱铁； 6 硝酸盐和硫酸的淋洗液能够有效的把铀从 柱子上解析下来，洗脱效果明显． 参考文献 亡1 ] 张镛，徐根福．离子交换及铀的提取[ M ] ．北京原子能 出版社出版．1 9 9 1 ． [ 2 3 张燮．工业分析化学[ M ] ．江西东华理工学院应用化 学系，2 0 0 2 ． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年I 期 4 5 [ 3 ] 董灵英．铀的分析化学[ M ] ．北京原子能出版社， 1 9 8 2 ． [ 4 ] 牛玉清，韩青涛，王肇国．用阴离子交换树脂从含氯离子 较高的硫酸浸出液中回收铀 一 [ J ] ．铀矿冶，2 0 0 3 ，2 5 8 4 8 7 ． I s ] 李尚远．铀、金、铜矿石堆浸原理与实践[ M ] ．北京原 子能出版社，1 9 9 7 1 4 6 1 5 8 ． [ 6 ] 罗明标，张燮，黄立祥．二苯甲酰甲烷萃淋树脂的合成及 其对铀吸附性能的研究[ J ] ．华东地质学院院报．1 9 9 5 ，3 1 7 7 8 1 ． 入网通知 本刊已于1 9 9 7 年全文人编中国学术期刊 光盘版 ，1 9 9 9 年加入“中 国期刊网”和“万方数据网”，作者稿酬已于本刊印刷版一次付清。不同意 文章上网者，请在来稿上附带声明，以便本刊做适当处理。“中国期刊网“ 网址h t t p ／／w w w ．c h i n a j o u r a l ．n e LC l L “万方数据网“ 网址；h t t p I I W W W ．c h i n a j o u r a l ．g o v ．c n ／p e r i o d i c a l - 本刊网址h t t p ／／p e r i o d i c a l ．w a n f a n g d a t a ．c o m ．c n ／p e r i o d i c a l ／y s j s y l ／i n d e x ．h t m 。以及h t t p ／／m e t e ．c h i n a j o u r n a l ．n e t ．c n o 本刊已开通网上投稿。请作者将文章压缩后以附件形式发送，本刊E - m a i l 地址为y s y l 堍血m 咖o 万方数据