铀矿选冶（You Kuang Xuan Ye）No. 3 P. 21~28 1979
用有机解吸剂直接从饱和树脂上解吸铀（Direct Desorption of Uranium from the Saturated Resin by the organic desorbent） 杨伯和王光鹏林嗣荣郭寿海董淑琴
（Yang Bohe, Wang Guangpeng, Lin Sirong, Guo Shouhai, Dong Shuqin）
北京铀矿选冶研究所
（Beijing Research Institute of Mining and Metallurgy of Uranium）
摘要
本文提出一项铀水冶处理的新工艺，这项新工艺使用胺类或酸性磷类萃取剂的煤油溶液从饱和树脂上解吸铀，得到的合格有机相可制备高纯产品。
试验证明，采用这项新工艺后，没有造成树脂的物理和化学性能的恶化。在离子交换柱的条件下，0.15M 三脂肪胺加3%(V/V)混合醇的煤油溶液以及0.1M二(2-乙基己基)磷酸加0.05M三烷基氧膦的煤油溶 液的解吸效果都与2N硫酸解吸的结果相接近。以解吸剂铀浓度小于100mg/L为解吸终点时，解吸后树脂残留铀容量小于1 mg/g干树脂。树脂上硅的积累量超过60 mg/g干树脂时，与无机淋洗一样，将严重影响解吸效果。 用有机解吸剂直接从饱和树脂上解吸铀的过程是通过树脂的溶胀水作为中间介质实现的。通过循环试验，形成解-萃（解吸-萃取）流程，技术上是可行的，为低品位矿石的处理提供了新的途径。
前言
用有机萃取剂从饱和树脂上解吸铀是近几年来发展起来的新工艺。1958年约尼斯库[1]等人曾提出用丙酮从阳离子交换树脂上分离铀和钍，称为“有机溶剂淋洗”，在分析化学方面得到广泛应用[2][3]。六十年代在铀水冶工艺中出现用硫酸从阴离子交换树脂上淋洗铀，然后进行液-液萃取得到饱和有机相的Eluex流程。但是硫酸淋洗仍然存在一些缺点，为此1974年5月欧德利[5]等人提出了在水相（硫酸溶液）存在条件下，用有机溶剂（例如：D2EHPA）从阴离子交换树脂上淋洗铀的所谓“三相淋洗”的设想。在1975年12月华盛顿会议[6]和1977年5月萨尔茨堡会议[7]上苏联学者指出：“可以用液体离子交换剂或中性萃取剂解吸固体离子交换剂”，并认为是铀水冶工艺中出现的一种新方法。
我们在1973年10月开始进行用有机解吸剂（胺类或酸性磷类）的煤油溶液直接从饱和树脂上解吸铀的试验研究工作[10]。采用有机相与饱和树脂直接接触，把铀从树脂相转移到有机相中去。试验证明：
用胺类或酸性磷类萃取剂的煤油溶液都可以直接从饱和树脂上解吸铀，并制备高纯产品。
这种工艺的特点是把淋洗和萃取合并为一个工艺过程，在一个设备中完成，从而缩短了Eluex流程，减少了萃取设备。如果应用于老厂革新，可消除硝酸根废水。
试验的基本结果
一．有机解吸剂对离子交换树脂性能的影响
工作中应用的树脂是201×7凝胶态阴离子交换树脂，应用的萃取剂为三脂肪胺加混合醇的煤油溶液或二(2-乙基己基)磷酸加三烷基氧膦的煤油溶液。由于采用树脂与有机萃取剂直接接触，因此两者的相互作用是首先需要考虑的问题。
哈伯斯曾指出[8]，树脂在苯及煤油这一类非极性溶剂中完全不溶胀。应用的凝胶态树脂
是苯乙烯-二乙烯苯交联聚合结构，因此树脂的预先水溶胀是进行离子交换反应的必要前提，离子交换作用是通过水溶胀后的凝胶孔进行的。由于凝胶孔的大小有限（在水溶胀情况下一般小于30A°[9]），因此这种聚合物本身具有一定的空间位阻效应，同时在凝胶孔中存在的溶胀水也会对有机解吸剂进入树脂内部起阻碍作用，因此在常压条件下，有机解吸剂进入树脂内部的可能性很小。使用的有机解吸剂及其溶剂——磺化煤油，都是属于直链烷烃，其结构与树脂不同，因此树脂与有机解吸剂之间的互
溶性也是很小的。
用磺化煤油浸泡201×7树脂达一年半之久，然后对该树脂进行物理和化学性能鉴定的结果见表1。
表1 用磺化煤油浸泡一年半后的树脂性能鉴定
用各种有机解吸剂和水分别同时浸泡201×7树脂208天以后，对树脂进行机械强度测定，并且装柱进行吸附试验以了解吸附穿透点、饱和点和树脂饱和容量的变化，试验结果见表2[10]。
表2 用有机解吸剂和水浸泡208天后树脂的性能鉴定
苏州科技文化艺术中心浸泡试剂类型树脂机械强度 / % 吸附穿透点
/ (V·V o-1) 吸附饱和点
/ (V·V o-1)
树脂容量
/ (mg·g干树脂-1 )
D2EHPA+TRPO 99.9 150.4 254.1 131.28 D2EHPA+TBP 99.9 149.9 253.3 138.96 TFA+混合醇 99.9 137.4 237.4 120.00 水 99.9 138.8 236.6 121.68
由表1和表2的结果可见，有机解吸剂与树脂直接接触没有造成树脂物理和化学性能的
宁夏大学图书馆恶化。
二．不同解吸剂的解吸性能比较
为了对有机解吸剂与无机淋洗剂（例如：硫酸淋洗）的解吸性能进行比较，从而了解用
有机萃取剂代替无机淋洗剂的可能性，用相同的饱和树脂装柱在同样条件下进行对比试验，
结果见表3[11]。
表3 不同解吸剂的解吸性能对比
解吸剂种类解吸终点U
/ (g·L-1) 解吸总体积
数/(V·V o-1)
总解吸
时间 / h
解吸后树脂U
/ (mg·g干树脂-1)
合格液铀浓度
/ (g·L-1)理查兹
2N H2SO4 0.076
13
52
0.079 5.95
0.15M TFA+3%混合醇 0.076 14 56 0.37 5.24
0.1M D2EHPA+0.05M TRPO 0.092 13 52 0.43 5.46
合格液体积为解吸剂总体积的1/2
由表3可见，0.15M 三脂肪胺加3%(V/V)混合醇的煤油溶液以及0.1M 二(2-乙基己基)
磷酸加0.05M 三烷基氧膦的煤油溶液的解吸效果都与2N 硫酸的淋洗结果相接近。在解吸
剂铀浓度小于100 mg/L 作为解吸终点时，解吸后树脂残留铀容量小于1 mg/g 干树脂，因此
用有机解吸剂代替硫酸溶液从饱和树脂上淋洗铀是完全可能的。
铀的典型解吸曲线见图1[12] [13]
。
10
2
5
1
0 5 10 15
有机相铀浓度 / (g ·L -1
)
有机相体积数 / (V ·V o -1
)
（1）0.15M TFA+ 3%混合醇， （2）0.1M D2EHPA+ 0.05M TRPO
图1 铀的典型解吸曲线
由图1可见，用有机解吸剂从饱和树脂上解吸铀时，从柱中流出的有机相铀浓度随着流
出有机相体积数的增加而下降。
三．影响有机解吸剂从树脂上解吸铀的几个因素
（1）温度
在不同温度下，采用静态试验的方法，测定不同接触时间解吸剂铀浓度的变化，求得铀
的静态解吸平衡时间，结果见表4
[10]
。
由表4可见，温度对解吸平衡时间有明显的影响。由于提高温度会加速离子的迁移和反
应速度，所以提高温度必然会对有机解吸剂从树脂上解吸铀的性能有明显的改善，但考虑到
有机相的挥发，温度也不宜过高。
表4 静态解吸平衡时间测定
静态解吸平衡时间 / h
解吸剂种类
树脂/解吸剂(V/V)
20℃ 33℃ 40℃
D2EHPA+TRPO 1/5
96 40 32
D2EHPA+TBP 1/5 52 48 48
TFA+混合醇 1/10 96 48 48
2N H 2SO 4 1/5 48 40 32
（2）接触时间
动态接触时间是解吸性能的重要参数，在相同的条件下选择不同的接触时间进行解吸试
验，以观察接触时间对解吸性能的影响。胺类萃取剂从树脂上解吸铀时，接触时间的影响见
表5
[11]
。
表5 接触时间对解吸性能的影响
接触时间 / min 解吸终点U
/ (g ·L -1
)
解吸总体积数
/ (V ·V o -1
)
总解吸
时间 / h
解吸后树脂U
/ (mg ·g 干树脂-1
)
合格液铀浓度
/ (g ·L -1
)
词频20 0.092 22 18.3 0.165 3.33
40 0.082 17 28.3 0.215 4.35
60 0.092 15 37.5 0.189 4.98
96 0.076 14 56.0 0.37 5.24
120 0.092 13 65.0 0.35 5.14
由表5可见，延长接触时间虽然可使合格液铀浓度增加，但同时也延长了总解吸时间；
接触时间过短，则明显地使合格液铀浓度下降，使总解吸体积数增加。
（3）有机解吸剂组成
胺类萃取剂的煤油溶液，若混合醇含量增加，会使铀的解吸率下降，因此混合醇的加入
量以保证三脂肪胺溶解于煤油为限，不宜多加
[11]
。
不同三脂肪胺浓度对从饱和树脂上解吸铀的影响见表6。
表6 三脂肪胺浓度对解吸的影响
胺类萃取剂组成
解吸终点U
/ (g ·L -1
)
解吸总体积数
/ (V ·V o -1
)
总解吸
时间 / h
合格液铀浓度
/ (g ·L -1
)
合格液有机相饱和度* / %
0.10M TFA+3%混合醇 0.100
17
68
3.71
62.4
0.15M TFA+3%混合醇 0.076
16
56 5.24 58.7 0.20M TFA+5%混合醇 0.100
13
52 6.15 51.7 0.30M TFA+5%混合醇 0.100
10
40
7.45
41.7 0.40M TFA+10%混合醇 0.060
9
36
7.43
31.2 0.50M TFA+10%混合醇 0.080
8
32 8.90 29.9 *合格液有机相饱和度 = ×100%
合格液操作铀浓度
有机相饱和铀浓度
由表6可见，提高三脂肪胺的浓度可以使解吸剂总体积数大大减少，但在离子交换柱的
条件下，有机相的饱和度也相应下降，因此三脂肪胺的浓度不宜过高。
四．树脂上硅含量对解吸铀的影响
由小型试验发现，与无机淋洗一样，随着树脂上硅含量的增加，会引起解吸性能的逐步
变差，试验结果见表7。
表7 树脂上硅含量对解吸的影响
树脂上硅含量 / (mg ·g 干树脂-1
)
29.6 57.6 76.0 1.8*
解吸终点U / (g ·L -1
)
道门秘术
0.110 0.322 0.69 0.099
解吸总体积数 / (V ·V o -1
)
15.89 16.53 17.56 16.17
合格液铀浓度 / (g ·L -1
)
4.27 4.0 2.02 4.6
*已用40 g/L NaOH 除硅
由于树脂上的硅主要存在于树脂的凝胶孔中，它对硫酸铀酰离子的扩散有一定的阻碍作
用。当树脂中硅积累较多时，便阻塞树脂的空隙，阻碍离子的扩散，因此对离子交换反应（吸
附或淋洗）发生严重的影响。
由表7可见，随树脂上硅含量的增加，对有机解吸剂从饱和树脂上解吸铀的性能有影响。
当树脂上硅含量超过60 mg/g 干树脂时影响更为明显，即合格液铀浓度明显下降，解吸剂总
体积数明显增加；或在解吸剂总体积数相近的情况下，解吸终点铀浓度明显提高。
在树脂发生硅中毒的情况下，一般采用氢氧化钠除硅的措施，使树脂的离子交换性能得
到恢复。在树脂上硅含量超过60 mg/g 干树脂时，用40 g/L 氢氧化钠除硅的结果，也列于表
7，可见有机解吸剂从饱和树脂上解吸铀的性能得到恢复。
工作中还曾发现，硅对树脂的离子交换性能的影响，不仅与树脂上硅的含量有关，而且
与树脂上硅的存在形态有关
[13]
。在树脂上的硅含量较多的情况下，经过适当处理，虽然树
脂上硅含量仍然超过60 mg/g 干树脂，但是用有机解吸剂从饱和树脂上解吸铀的性能可得到
武警8674部队
改善。
基 本 原 理 探 讨
树脂的溶胀是它能进行离子交换反应的一个必要的前提。树脂水溶胀的过程是介电常数
DK = 81的水，通过其分子的偶极矩的静电力作用，使树脂骨架的碳链拉长，造成树脂凝胶
孔的增大，表观上也就是造成树脂体积的膨胀。进入树脂的水，一部分以静电力与树脂骨架
相联系，可以称为“水合水”；另一部分存在于凝胶孔中，可以称为“孔隙水”。由于静电力
和范氏力的作用，进入树脂的水必然是受束缚的，成为树脂相内不能自由移动的内部溶液。
这样树脂相就可以看成存在着微观的两相：树脂骨架和溶胀水（包括：水合水和孔隙水）。
当树脂处于有机溶剂体系中则形成一个三相的模型，在相与相之间存在两个界面，我们把树
脂骨架与溶胀水之间的相界面称为“内界面”，把溶胀水与有机溶剂之间的相界面称为“外
界面”，这个模型也可称为“双界面模型”
[10]
。
有机相铀浓度 / (g ·L -1
)
树脂相铀含量 / (mg ·g 干树脂-1
)
树脂的溶胀水 / %
（1）0.15M TFA+ 3%混合醇，（2）0.1M D2EHPA+ 0.05M TRPO
图2 树脂溶胀水对有机解吸剂解吸铀的影响
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议