Примеры решения типовых задач

Пример 1. Экстракция нитрата диоксоурана описывается уравнением реакции:

UO₂²⁺ (вод) + 2NO₃^- (вод) + 2ТБФ = [UO₂(NO₃)₂2ТБФ] (орг)

Определить степень извлечения урана в органическую фазу, если известно, что концентрационная константа экстракции равна К = 23, соотношение объемов фаз О:В = 1:1, равновесные концентрации UO₂²⁺, NO₃^- и ТБФ равны соответственно 0,05 моль/л, 1 моль/л и 0,3 моль/л.

Решение.

Определяем коэффициент распределения по формуле:

D = 23·1²·(0,3)² = 2,07

Степень извлечения урана в органическую фазу определим по формуле:

R,% = D·100/[D + (V_вод/V_o_рг)] = 2,07·100/(2,07 + 1) = 67,4%

Задачи для самостоятельного решения.

1. Определить полноту извлечения, массу извлеченного и неизвлеченного вещества при однократной экстракции 0,5 г уранилсульфата из 1 дм³ водной фазы амилацетатом (V_орг= 0,3 дм³). Д = 31.

2. Определить коэффициент распределения урана при его экстракции трибутилфосфатом в керосине, если соотношение фаз V_орг: V_вод= 1:6, а степень извлечения урана составляет 99%.

3. Концентрация ионов цезия в воде составляет 10^-5 моль/л. После экстракции бензолом концентрация ионов цезия в водной фазе составила 10^-6 моль/л. Определить концентрацию ионов цезия в бензоле и коэффициент распределения, если объем водной фазы 100 мл, а органической - 25 мл.

4. Экстракция нитрата диоксоурана описывается уравнением реакции:

UO₂²⁺ (вод) + 2NO₃^- (вод) + 2ТБФ = [UO₂(NO₃)₂2ТБФ] (орг)

Определить степень извлечения урана в органическую фазу, если известно, что концентрационная константа экстракции равна К = 23, соотношение объемов фаз О:В = 2:1, равновесные концентрации UO₂²⁺, NO₃^- и ТБФ равны соответственно 0,05 моль/л, 1 моль/л и 0,9 моль/л.

5. Ионы металла экстрагируют из водной фазы объемом 50 мл с концентрацией С(Ме²⁺)= 10^-6 моль/л при рН = 7 в форме хелата MeL₂. Объем экстрагента 10 мл. Концентрация органического реагента НL С(НL)_орг= 10^-4 моль/л. Рассчитать константу экстракции К_ех , если степень извлечения металла в органическую фазу составляет 40%. Экстракция металла в органическую фазу описывается уравнением:

Ме²⁺_вод + 2 НL_орг = (MeL₂)_орг + 2Н⁺

6. Рассчитать степень извлечения металла Ме²⁺из водной фазы объемом 50 мл с концентрацией С(Ме²⁺)= 10^-6 моль/л при рН = 8. В качестве экстрагента используют 20 мл дихлорэтана с концентрацией С(НL)_орг= 10^-5 моль/л. константа экстракции хелата MeL₂ равна 3,3·10^-6.

Практическое занятие №5

Расчет материального баланса процесса получения ХКПУ осаждением солями аммония

Теоретическая часть . Метод химического осаждения с получением концентратов природного урана может быть применен лишь к хорошо осветленным растворам. При выщелачивании урана из сырья получается два типа растворов: кислые и карбонатные с различным соотношением урана и примесей. При проведении осаждения стремятся к уменьшению потерь с маточными растворами, а также к освобождению от примесей.

Для шестивалентного урана характерна амфотерность, причем и кислотные и основные свойства выражены довольно слабо. Поэтому соли уранила сравнительно легко гидролизуются (при pH=3,8–6), все соли урановых кислот нерастворимы. В силу этого наиболее простым способом выделения урана из кислых растворов является щелочное осаждение. В качестве осадителей используют аммиак, едкий натр, известковое молоко.

При обработке кислых растворов аммиаком значительная его часть расходуется на нейтрализацию остаточной кислотности:

H₂SO₄ + 2NH₄OH→(NH₄)₂SO₄ + 2H₂O .

При достижении рН=3,8 начинается гидролиз уранилсульфата:

UO₂SO₄ + 2H₂O→UO₂(OH)₂ ↓ + H₂SO₄ .

В дальнейшем гидроксид уранила взаимодействует с аммиаком с образованием полиуранатов аммония:

2UO₂(OH)₂ + 2NH₄OH → (NH₄)₂U₂O₇ ↓ + 3H₂O .

Суммарное уравнение осаждение диураната аммония можно представить в виде:

2UO₂SO₄ + 6NH₄OH → (NH₄)₂U₂O₇↓ + 2(NH₄)₂SO₄ + 3H₂O

Состав осадка переменный, он зависит от вида кислот, концентрации урана. При осаждении урана из разбавленных сернокислых растворов состав осадка близок к диуранату (M₂O · 2UO₃), из азотнокислых растворов осаждается тетрауранат аммония [(NH₄)₂U₄O₁₃]. При осаждении из концентрированных сернокислых растворов получаются осадки сложного состава, например:

(NH₄)₂[(UO₂)₂SO₄(OH)₄]· 4H₂O.

Аммонийдиуранат как и полиуранат аммония является исходным продуктом для получения керамических топливных таблеток UO₂ для АЭС путем прокаливания, которое проводят в горизонтальных вращающихся печах при температуре 690-730^оС.

:3(NH₄)₂U₂O₇ → 2U₃O₈ + 6NH₃ + О₂ + 3H₂O.

(NH₄)₂U₄O₁₃ → U₃O₈ + NH₃ + N₂ + H₂O.

Количественное осаждение урана наблюдается при рН=6. Поэтому аммиак добавляют до рН=6–7. При этом одновременно с ураном осаждается значительная часть примесей в соответствии со значениями произведений растворимости гидроксидов и связанных с ними значениями рН осаждения (таблица).

Как следует из данных, приведенных в таблице, не осаждаются гидроксиды кальция, магния, марганца, двухвалентного железа, никеля, кобальта. Частично осаждаются гидроксиды редкоземельных элементов (рН осаждения = 7–8). Осаждаются вместе с ураном фосфор и ванадий. В присутствии ионов Fe³⁺осаждается фосфат железа (рН осаждения = 1,5–1,9):

Fe₂(SO₄)₃ + 2H₃PO₄ →2Fe(PO)₄ ↓ +3H₂SO₄ .

С ванадием образуется двойной ванадат аммония и уранила:

Двойные фосфаты и ванадаты осаждаются при рН=1,9–2,5.

Вследствие того, что вместе с ураном осаждается большая часть примесей, степень обогащения мала (1,5–2 раза), концентрат получается бедным (5–8% урана в пересчете на сухой осадок). Основное достоинство щелочного осаждения – освобождение от большого объема растворителя (воды). Осадок отделяется от раствора фильтрованием. Гидроксидные осадки получаются вязкими, труднофильтруемыми. Остаточное содержание урана в маточнике при отсутствии комплексообразователей (F⁻ , СО₃^2-, С₂О₄^2-, органики) составляет 1–2 мг/л (иногда до 5 мг/л).

Решение типовых задач.

Пример 1. Определить теоретический расходный коэффициент по аммиаку (25%-ный водный раствор) при осаждении урана из сернокислотного раствора состава (г/л): Са²⁺ – 0,065; Mn²⁺ – 0,043; Al³⁺ – 0,210; Fe³⁺ – 1,200; UO₂²⁺ – 0,100. Остаточная кислотность раствора 15 г/л H₂SO₄. Расчет произвести на 1 м³.

Практическое занятие №6

Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 307; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!