Реэкстракция урана из органических растворов
Назначение реэкстракции – извлечение урана из органической фазы с последующим возращением регенерированного экстрагента в экстракционный цикл для экстракций новых порций исходного водного раствора урана.
Обычно экстракта (органическая фаза насыщенная ураном) перед реэкстракцией промывают слабо подкисленной водой, которая обеспечивает как удаление примесей, имеющих меньшие коэффициенты распределения, чем уран, так и удаление эмульсий рафината, обычно остающимся в экстракте после экстракции.
При такой промывки (объем промывочной жидкости составляет 10-15% от объема исходного раствора) удаляется до 80% примесей при сравнительно небольшом переходе в нее урана, что не играет особой роли, так как промывной раствор направляется в оборот на предыдущие степени экстракции (противотоком).
Реэкстракция- это процесс обратный экстракции, т.е. для него присущи все закономерности экстракции, но с обратным знаком. Общее правило – чем эффективнее экстрагент по отношению к урану и чем больше коэффициент распределения при экстракции, тем сложнее и труднее протекает реэкстракция.
Из органических фаз, содержащих экстрагенты 1-ой группы, например ТБФ, реэкстракция урана происходит сравнительно легко, так сольваты не очень стойкие и сравнительно легко отдают уран. Поэтому в качестве реэкстрагентов применяют слабую азотную кислоту. Намного сложнее осуществить реэкстракцию в присутствии экстрагентов второй группы, т.к. кислые алкилфосфаты дают очень устойчивые соли. Здесь применяют 10М НCl или 8 – 10 М HF, также возможно использование соды или карбоната аммония, потому что образующиеся карбонатные комплексы значительно устойчивее органических комплексов.
Аппаратурное оформление экстракционных процессов
Экстракция - это диффузионный процесс массопередачи в гетерогенной системе жидкость – жидкость, в которой массопередача протекает на поверхности контакта двух фаз. Экстрагируемое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями.
Движущей силой этого процесса является разность между концентрациями распределяемого вещества в данный момент и в состоянии равновесия. Количество вещества определяется D, поскольку равновесие при экстракции устанавливается очень быстро. Определить теоретически ход изотермы экстракции в каждом конкретном случае невозможно из-за отсутствия данных о коэффициентах активности всех компонентов, входящих в систему. Поэтому для практических целей данные о коэффициенте распределения и характере его зависимости от различных факторов определяют экспериментально. Исследуются извлечение веществ при определенной температуре и разных концентрациях и строят изотермы – это линия равновесия, отвечающая уравнению C орг = f (С водн). Время, требующееся для установления равновесия зависит от скорости диффузии из одной фазы в другую, а также от скорости протекания химических реакций (образования сольватов и т.п.). Обычно это время составляет от нескольких секунд до нескольких минут.
Аппараты для экстракции – экстракторы – должны удовлетворять следующим требования:
- ускорять обмен между фазами, т.е. обеспечивать хороший контакт между органической и водной фазами;
облегчать осуществление противотока двух фаз, одной по отношению к другой, с минимальным взаимным захватом;
быть механически надежными и удобными для работы, обслуживания и ремонта;
быть компактными, высокопроизводительными
изготовлены из стойких материалов.
Экстракторы классифицируют:
в зависимости от вида контакта между фазами на ступенчатые (где изменение состава фаз происходит скачкообразно, от ступени к ступени, из которых состоит аппарат) и дифференциально-контактные (в которых изменение состава фаз приближается к непрерывному);
Обычно в экстрактора для создания максимальной площади контакта фаз одна из жидкостей (дисперсная фаза) распределяется в другой в виде капель (сплошная фаза).сплошная фаза занимает все сечение аппарата, а дисперсионная распределяется в колонне в виде капель или струи. Движение потоков обусловлено различием в плотностях жидкостей. В зависимости от источника энергии используемой для диспергирования одной фазы в другой и перемешивания фаз, экстракторы подразделяются на: аппараты, в которых диспергирование осуществляется за счет собственной энергии потоков (без введения дополнительной энергии извне); и аппараты с введением внешней энергии во взаимодействующие жидкости. Эта энергия подводится посредством мешалок, сообщения колебаний определенной частоты пульсаций и другими способами. К этой группе относятся: аппараты с механическими мешалками, пульсационные колонны, роторно-дисковые экстракторы, горизонтальные смесители-отстойники ящечного типа. А к первой группе относятся различные колонны: тарельчатые, насадочные, инжекторные.
в зависимости от рода сил, под действием которых осуществляется разделение фаз различают экстракторы с разделением фаз в поле силы тяжести (гравитационные) и экстракторы с разделением фаз в поле центробежных сил (центробежные).
по принципу организации процесса все экстракторы разделяют на периодически действующие и непрерывно действующие
экстракторы типа смесителей-отстойников ящечного типа
и
сх.
р-р экстрагент
экстракт
рафинат
зона смешивания зона отстаивания зона расслаивания
Камеры смешения отделены от отстойных полупроницаемой перегородкой, которые уменьшают обратное перемешивание и турбулизацию потоком до минимума при переходе от смешения к отстаиванию.
В настоящее время экстракцию осуществляют как непрерывный многоступенчатый противоточный процесс ; процесс производят в каскаде ступеней. Экстрагент и подлежащий разделению раствор поступают с противоположных концов каскада, причем экстракты и рафинаты каждой ступени движутся противотоком друг к другу:
И
сходный
раствор оборотная органическая
фаза
экстракт
оборотная
органическая
фаза
Рафинат
Схема состоит из нескольких индивидуальных смесителей и отстойников, установленных каскадом и соединенных внешними трубопроводами. Одна из фаз от ступени к ступени движется самотеком, а другая перекачивается насосами. Перемешивание жидкостей в смесителях при этом обычно ведется с помощью механических мешалок. В аппарате легкая фаза движется противотоком к тяжелой. Тяжелая фаза удаляется через гидравлический затвор из нижней части отстойника в следующий смеситель, а легкая фаза переливается через порог и отводится из верхней части отстойника. Поток тяжелой фазы вызывается действием мешалок, а поток легкой фазы в противоположном направлении – постепенным понижением уровня в верхних отделениях смесительных камер.