۱ مقدمه

یکی از بزرگترین پیشرفتها در صنعت در زمینه فراوری اورانیوم استفاده از رزینهای تبادلگر یون بود.>1@ کاربرد رزینهای تبادلگر یون بر این اصل استوار است که کمپلکسهای آنیونی اورانیوم در محلول رقیق سولفوریک اسیدی و سدیم کربناتی به صورت انتخاب پذیر بوسیله رزینهای سنتزی مناسب از محلول لیچ لیکور جذب میگردند. واکنش مبادله عکس آن با استفاده از محلول شویش مناسبی انجام میگیرد و باعث تولید یک محلول خالص و پرعیار اورانیوم میگردد که یک محلول ایدهآل برای رسوب گیری محصولی با عیار بالایی از اورانیوم است. در اولین کاربردهای رزینهای تبادلگر یون در فراوری اورانیوم محلول حاوی اورانیوم از درون ستون از رزین با بستر ثابت عبور داده میشد تا این غلظت اورانیوم موجود در محلول خروجی به مقدار ناچیزی برسد. انجام این کار به صورت پیوسته و چند مرحلهای باعث میشد تا کارایی استخراج اورانیوم افزایش یافته و رزین ظرفیت بالاتری از خود نشان دهد. در کاربردهای بعدی رزین به صورت بستر متحرک با محلول حاوی اورانیوم تماس داده میشد تا کارایی افزایش یابد.

به طور کلی رزینهایی که در صنایع فرآوری اورانیوم استفاده میشوند رزینهای آنیونی بازی قوی هستند.>2@ جایگاه فعال رزینهای آنیونی بازی قوی گروه عاملی آمین نوع چهارم است.>3@ جایگزینی گروه عاملی پیریدینیوم با برخی گروه های آمین موجود در ساختار رزین موجب تولید رزینهای اختصاصی برای صنعت بازیابی اورانیوم شده است.

۹۷۳

تمایل رزین نسبت به یونهای مختلف موجود در محلول متفاوت است و برای برخی از یونها تمایل بیشتری نسبت به سایر یونها نشان میدهد که این تمایل انتخاب پذیری رزین نامیده میشود.>4@ انتخاب پذیری رزین با افزایش بار یون افزایش یافته و برای یونهایی که بار بزرگتری نسبت به سایر یونها دارد با کاهش غلظت افزایش میابد. همچنین رزینها تمایل بیشتری به یونهای با حجم کمتر نشان میدهند.

-۲ روش کار

محلول لیچینگ مورد نیاز از لیچینگ کانسنگ اورانیوم بدست آمد و سپس با استفاده از شیرآهک در pH=1/8 تنظیم گردید که مشخصات محلول PLS مورد استفاده در جدول ۱ آورده شده است.

جدول:۱ مشخصات محلولهای صنعتی مورد استفاده

آهن وانادیوم اورانیوم دانسیته محلول پارامتر
(ppm) (ppm) (ppm) PLS
(g/ml)
10630 1313 180 1/162 مقدار
برای انجام آزمایش جذب ۷ نمونه ۱۳/۵ گرمی رزین Amberjet 4000، به صورت جداگانه، برای مدت ۱ ساعت به صورت سیستم بسته با استفاده از هیتر همزن در تماس با محلول اسیدسولفوریک %۴ قرار داده شد تا یون کلر آن با یونهای سولفات جایگزین شده و برای بارگیری اورانیوم آماده گردد. سپس هر کدام از نمونههای رزین برای بارگیری اورانیوم به ترتیب در مدت زمانهای ۳۰، ۶۰، ۹۰، ۱۲۰، ۱۵۰، ۱۸۰ و ۲۱۰ دقیقه به صورت سیستم بسته با استفاده از همزن مغناطیسی در تماس با محلول PLS با مشخصات ذکر شده قرار داده شد. در انتهای زمان تماس هر یک از نمونه رزین با استفاده از کاغذ صافی فیلتر شده و غلظت اورانیوم موجود در محلولهای باقی مانده اندازهگیری شد تا میزان جذب مشخص گردد. سپس هر نمونه رزین با استفاده از ۱۰۰ میلیلیتر محلول %۱۲ سولفوریک اسید و %۰/۵ نیتریک اسید برای مدت ۴۵ دقیقه و در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد در دو مرحله شستشو داده شد تا اورانیوم جذب شده از روی رزین واجذب گردد. محلولهای بدست آمده مورد آنالیز قرار گرفتند و غلظت یونهای آهن، وانادیوم و اورانیوم در هر یک مشخص گردید.

-۳ نتایج

-۱-۳ جذب اورانیوم به وسیله رزین

در شکل ۱ منحنی جذب اورانیوم در برابر زمان نشان رزین Amberjet 4000 از محلول PLS حاوی ppm 180 اورانیوم نشان داده شده است. مشاهده میگردد از زمان ۳۰ تا ۱۵۰ با افزایش زمان تماس مقدار بیشتری اورانیوم جذب میگردد و در زمانهای تماس بیش از ۱۵۰ دقیقه هیچ تغییری در میزان اورانیوم جذب شده نشان داده نمیشود. در زمان تماس ۱۵۰ دقیقه ظرفیت رزین معادل ۲/۹ mg U/g resin است.

۹۷۴

۱۰۰
۸۰ درصد
۶۰
جذب
۴۰

۲۰

۰
۲۴۰ ۲۱۰ ۱۸۰ ۱۵۰ ۱۲۰ ۹۰ ۶۰ ۳۰ ۰
زمان تماس(دقیقه)

شکل-۱ اثر زمان تماس بر روی جذب

-۲-۳ واجذب اورانیوم از روی رزین

پس از مرحله جذب رزینهای باردار با استفاده از محلول اسید سولفوریک %۱۲ و اسید نیتریک %۰/۵ شستشو داده شدند تا اورانیوم واجذب گردد و مقدار اورانیوم، آهن و وانادیوم در محلولهای شستشو مشخص شد. در شکل ۲ نمودار درصد واجذب اورانیوم در مرحله اول شویش در مقابل زمان جذب نشان داده شده است. همانطور که از روی شکل مشخص است درصد واجذب برای نمونههای حاصل زمان جذب ۳۰، ۹۰ و ۱۲۰ دقیقه از دیگر نمونهها بیشتر است با این حال رزینی که در مدت زمان ۳۰ دقیقه در تماس با محلول اورانیوم دار قرار گرفته است %۳ واجذب بیشتری نسبت به رزینهای با زمان تماس ۹۰ و ۱۲۰ نشان میدهد. در شکل ۲ نیز میزان کل اورانیوم بازیابی شده در مجموع دو مرحله شویش نشان داده شده است. همانطور که نمودارها نشان میدهند در اکثر نمونههای رزین اورانیوم تا حدود %۹۰ از روی رزین واجذب گردیدهاند و رزین با دو مرحله شویش تقریبا به صورت مطلوبی احیا شده و آماده بارگیری مجدد اورانیوم است. روند کلی احیا در مجموع دو مرحله نیز همانند مرحله اول احیا بوده و مجددا زمانهای جذب ۳۰، ۹۰ و ۱۲۰ مقدار واجذب بیشتری نشان میدهند.