Герасимова1 Л.Г., Маслова1 М.В., Алексеев2 А.И.

1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, Апатиты, Россия

2 ОАО «Апатит», Кировск, Россия

It is found that the crucial factors in the process of sorbent structure formation, limiting its sorptional capacity, are conditions and sequence of operations during the synthesis of the titano-phosphate precursor. Observing the process parameters guarantees the production of sorbent in the H and Na forms with desired selectivity.

Для оптимизации условий получения композиционного сорбента в лаборатории проведены исследования по выделению и последующей обработке гидратированного титанофосфатного прекурсора из технологических растворов, полученных при сернокислотном разложении измельчённого сфенового концентрата на ОПУ «Пигмент». Такие растворы содержали 80-105г/л TiO2 и 400-480 г/л H2SO4.

Рис. Изменение емкость композиционного ионита от концентрации титана(IV) при различном расходе фосфорной кислоты Мольное отношение TiO2:SiO2=1:0.25

При исследовании условий получения композиционного ионита на основе фосфата титана найдена зависимость между исходной концентрацией титана(IV) в растворе, расходом фосфорной кислоты, взятом для осаждения прекурсора, и сорбционной емкостью ионита по катиону Sr2+. Показано, что все кривые практически параллельны оси изменения СTiO2, т.е. в выбранном интервале 0.9-1,3моль/л по TiO2 состав и структура прекурсора и соответственно емкость ионита заметно не изменяются. Однако повышение концентрации титана(IV) более 1.1-1.2 моль/л по TiO2 сопровождается при синтезе заметным увеличением вязкости суспензии, что затрудняет дальнейшие операции, связанные с доведением прекурсора до сорбента. При повышении количества осадителя более 1.5 моля по Р2О5 на 1 моль TiO2 наблюдается увеличение степени кристалличности прекурсора, что снижает эффект формирования из него корпускулярной (пористой) структуры и, тем самым, приводит к уменьшению сорбционной ёмкости ионита, а также к снижению его устойчивости к воздействию среды (рис).

Показано, что наиболее оптимальными являются следующие условия:

- содержание TiO2-85-90 г/л, H2SO4-420-430 г/л;

- расход кремнесодержащего компонента (жидкое стекло с содержанием SiO2-20,3%), который вводится вначале синтеза, в молях по отношению к титану соответствует - TiO2:SiO2=1:0.2-0.25;

- нагревание смеси до 70-80оС с последующей постепенной добавкой 60%-ной фосфорной кислоты из расчёта мольного отношения TiO2:Р2O5=1:1;

- продолжительность синтеза (при перемешивании и термовыдержке) - 2-4 ч, вызревание осадка (титанофосфатный прекурсор) - 20-24 ч.

Отмечено, что последовательность и условия проведения стадий промывки, гранулирования и термообработки титанофосфатного прекурсора играет решающую роль в процессе формирования структуры частиц сорбента и соответственно лимитирует их сорбционную активность. Разработана методика промывки композиционного прекурсора, снижающая его гидролиз, что способствует сохранению в структуре активных функциональных групп, обеспечивающих обменный процесс при сорбции. Соблюдение найденных параметров промывки гарантирует получение сорбента с заданной селективностью по отношению к катионам Cs+, Sr2+, Cо2+, Ni2+,Cr3+ в Н и Na-форме.

В таблицах 1 и 2. приведены условия экспериментов, состав полученных продуктов и их сорбционные свойства к катионам цезия и стронция. Полученные порошки сорбентов использовали для сорбции катионов Cs и Sr. Исходные растворы для сорбции содержали соответственно 0.5 и 0.7 г/л по металлу.

Таблица 1
Условия опытов и сорбционные свойства конечных продуктов

С использованием результатов лабораторных исследований на ОПУ «Пигмент» была получена укрупнённая партия гранулированного сорбента (лабораторный гранулятор), которая испытана на реальных солевых растворах, содержащих радионуклиды. Испытания проводились в спецлаборатории С-Пб Технического университета и в лаборатории ФГПУ «Атомфлот». Гранулирование методом выдавливания пасты обеспечивает получение достаточно устойчивых к разрушению гранул, которые способны длительное время выдерживать динамическое воздействие жидкости - примерно 1000 колоночных объёмов.

Получена опытная партия титанофосфатного прекурсора с влажностью 65-70%, которая направлена в фирму, выпускающую промышленные грануляторы. Стендовые испытания, проведённые специалистами фирмы, позволили оптимизировать исходные характеристики материала для гранулирования, в частности, было установлено, что влажность его не должна превышать 45%. Промышленный образец гранулятора, предполагается использовать в технологической схеме получения сорбента. С учётом результатов исследований по всей технологической схеме получения сорбента, был разработан разовый технологический регламент для реализации способа на установке, смонтированной на ОПУ «Пигмент», а также составлен проект Технических условий на конечный продукт, включающий основные показатели его сорбционных и технических свойств. Выход установки на устойчивый режим работы позволит уточнить регламентируемые параметры технологии и показатели качества конечного продукта.

Таблица 2
Содержание основных компонентов

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья