Vol. 40 No. 1(Sum. 175)
Feb.2021
第40卷第1期(总第175期)
2021年2月
湿法冶金
Hydrometallurgy of China
许影，刘国宏，王立民，丁 叶，邓锦勋，封宇
(核工业北京化工冶金研究院，北京10U49)
摘要：用扫描电子显微镜及能谱仪观测从中性溶液中吸附铀的中毒树脂及再生树脂的微观形貌，分析树脂中
毒原因及再生效果。结果表明：中毒树脂表面污染物较多，呈胶体包裹、颗粒及絮状沉积状态；污染物的主要 成分是Mg 、Al 、Ca 、Fe 、Si 等；用1. 0 mol/L NaOH 溶液再生可有效去除中毒树脂表面沉积物，但对孔道内部
的杂质去除效果不佳。实际生产中，需进一步优化中毒树脂的再生工艺。关键词：铀；离子交换树脂；中毒；再生；形貌 中图分类号：TL212；TF804. 3
文献标识码：A
DOI ： 10. 13355/j. cnki. sfyj. 2021. 01. 008
树脂中毒是指在离子交换过程中，树脂表面 吸附或沉积一些物质致使树脂交换容量下降的现
象。造成树脂中毒的原因既有化学因素也有物理 因素。化学中毒，是指离子交换树脂的交换基团
被亲合力更强的离子占据，用简单的解吸方式不 能实现解吸。物理中毒或机械中毒是指某种物质 吸附或沉积于树脂颗粒表面或树脂孔道内，阻碍
离子交换的进行，通过洗涤等可实现树脂再生。 树脂中毒最直观的表现是树脂容量下降，或树脂
床层板结。这不仅增大操作压力，更需要反复冲 洗树脂，造成吸附过程不稳定和不连续，也产生大 量工艺废水口〕。浸出液中的有机质也会造成树脂
中毒炉好。
树脂中毒后，采用配制的再生剂进行处理，使
其恢复吸附容量，即为树脂再生。工业应用中，常
用再生剂主要有NaOH 溶液、NaCl 溶液、醇溶
液等。
目前，对于中毒树脂表面形态、树脂中毒原 因、树脂再生缺乏直观研究。扫描电子显微镜具
有清晰度高、立体感强、对样品无损伤等优点， 可从微观上观察样品的表面形貌。试验采用扫描
电子显微镜观察某吸附铀的树脂的表观形貌，并 收稿日期:2020-07-16
文章编号：1009-2617(2021)01-0041-05
配合能谱分析仪，从微观角度分析树脂中毒原因 及再生效果。
1试验部分
1.1试验原料及仪器
D231YT 新树脂及出现中毒现象的贫树脂
(即中毒树脂，其中毒现象表现为容量降低、颜 变黑、颗粒粘连等)均取自新疆某铀矿山中性浸出
液处理车间。
主要试剂：NaOH，分析纯，国药集团化学试 剂有限公司。
主要仪器与设备：电子天平,PL2002型，梅
特勒-托利多仪器有限公司；调速振荡器，HY-8
型，常州国华电器有限公司；扫描电子显微镜，
KYKY-2800B 型，中科科仪有限公司；能谱仪，
NSS 型，美国赛默飞世尔科技公司。
1.2试验方法
中毒树脂用1. 0 mol/L NaOH 溶液进行再
生，评价再生效果。
树脂再生：取3份中毒树脂各10 mL，分别倒
入100 mL 三角瓶中，再分别加入0. 5、1.0、
战争论文
1. 5 mol/L NaOH 溶液20 mL，于振荡器上振荡
第一作者简介：许影(1985-)，女，硕士，高级工程师，主耍研究方向为铀的湿法冶金。
通信作者简介：封宇(1978—)，女，硕士，高级工程师，主要研究方向为铀的湿法冶金。E-mail ：artigpp@ 163. com. 本文引用格式：许影，刘国宏，王立民，等.从中性溶液中吸附铀的中毒树脂的再生[J].湿法冶金,2021,40(1):41-45.
・42•湿法冶金2021年2月
24h，之后静置，取上层清液分析成分，取再生后树脂观察微观状态。
微观分析：新树脂、中毒树脂、再生树脂先在100C下烘干24h，用导电胶将树脂样品粘在样品杯上，用喷金溅射仪进行导电处理，喷金处理时间20s0
1.3微观分析原理
扫描电子显微镜工作原理：当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域产生二次电子、俄歇电子、特征X射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生电磁辐射。如图1所示。
图1扫描电子显微镜工作原理
KYKY-2800B型扫描电子显微镜，为二次电子采集分析。二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子获得大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成为自由电子。如果这种散射过程发生在较接近样品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。二次电子来自距离表面5—10nm的区域内，能量为0〜50eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效显示试样表面的微观形貌，可直观表征样品的表面形貌。
能谱仪的工作依托于扫描电子显微镜，其利用探头对特征X射线进行采集分析。特征X射线由Si（Li）
探测器接收后给出电脉冲讯号。由于X射线光子能量不同（对某一元素，能量为不变量〉经过放大整形后，通过显象管就可以观察按特征X射线能量展开的图谱。一定能量上的图谱表示一定元素，图谱上峰的高低反映样品中元素含量（量子的数目）。2试验结果与讨论
2.1树脂的微观形貌富迪探索者
2.1.1扫描电镜分析
树脂的扫描电镜显微形貌如图2所示。可以看出：相比于新树脂，中毒树脂表面存在大量污染物；污染物呈现2种不同形态，膜状包裹物（图2（b））及颗粒状和絮状包裹物（图2（c））。这是浸出液中的杂质或细小泥沙、以胶体形式存在的固体沉淀物在树脂表面沉积所致。
a-D231YT新树脂;b「中毒树脂表面包裹状态的污染物;
L中幸树脂表面颗粒状污染物。
图2中盖前、后树脂的扫描电镜显微形貌
2.1.2能谱分析
新树脂、中毒树脂的能谱分析结果见图3及表1O
a—新树脂;b—中毒树脂表面包裏状态污染物;
l中毒树脂表面沉积物。
图3中毒前、
后树脂的能谱分析照片
第40卷第1期许影，等：从中性溶液中吸附铀的中毒树脂的再生・43・
表1新树脂、中毒树脂的能谱分析结果
sb/%
元素
新树脂中
中毒树脂中
区域1区域2
C7&8744.0915.27 O 4.3337.2147.64 Na0.000.35 2.95 Mg0.000.25 2.12
表2中毒树脂的洗涤再生
NaOH浓度/
(mol•L-1)
洗涤液中p(有机质)/
(mg•L-1)
洗涤液中p(硅)/
(mg・L_i)
0.549.0275.0
1.053.3333.0
1.553.5324.0
Al0.05 1.85 5.05
Si0.0011.17 6.69
Cl16.66 3.31 3.63
Ca0.00 1.3311.23
Fe0.000.37 4.34两个铁球同时着地教学设计
由表1看出：新树脂为氯型树脂，以c、o、ci 元素为主；中毒树脂表面杂质元素较多，出现Mg、Al、Si、Ca、Fe等元素；区域1中除含O元素外,C、Si 占比较高；区域2中，各元素组成与黏土矿物类似。
在中性浸出液中，树脂的二氧化硅中毒属于物理中毒，即二氧化硅进入树脂网眼中，并不占据树脂的活性基团位置》幻。铀矿石浸出液中含有不同形式的硅，并多以单聚物或二聚物，即低聚合物形式存在。这些低聚合物是可溶的，在可溶性二氧化硅质量浓度大于2g/L时，其中一部分会较快地转化成胶体二氧化硅。非聚合状态的二氧化硅用常用的淋洗方法就可以从强碱性树脂上淋洗下来，但聚合状态的二氧化硅则很难被淋洗，它会堵塞树脂孔道，使树脂的吸附和淋洗动力学减慢，造成树脂容量降低。
浸出液中的有机质被树脂吸附，会以胶体形式包裹树脂导致树脂颗粒粘连而中毒。树脂有机质中毒很普遍⑴一⑷，直接导致树脂容量下降。有机质在树脂上的累积也使树脂变且交换动力学变差。
浸出液中的Mg2+,Ca2+与碳酸根离子结合，以及Fe、Al的水解，均会使溶液中的离子以沉淀物形式析
出并沉积于树脂颗粒表面使树脂中毒。
中毒树脂表面以包裹形式附着的污染物大多是浸出液中胶体形式的硅和有机质，以颗粒状或絮状形式存在的沉积物则是浸出液中的细小泥沙或Mg、Al、Ca、Fe等析出物。这些污染物会影响树脂的吸附性能，造成树脂中毒。
2.2中毒树脂再生
分别用浓度为0.5,1.0丄5mol/L的NaOH 溶液对中毒树脂进行洗涤再生，主要考察树脂上的硅及有机质的去除效果。试验结果见表2。
由表2看出：用NaOH溶液洗涤树脂，可以有效去除其中的有机质和硅杂质。比较而言，
1.0mol/L NaOH溶液对杂质去除效果更好。
2.3再生树脂的微观形貌
2.3.1扫描电镜分析
硬件看门狗
用不同浓度NaOH溶液再生后的树脂的扫描电镜分析结果如图4〜6所示。
a—放大50倍;b—放大150倍.
图4用0.5mol/L NaOH溶液再生树脂的
扫描电镜显微形貌
a—放大50倍；b—放大150倍.
图5用1.0mol/L NaOH溶液再生树脂的
扫描电镜显微形貌
a—放大50倍;b—放大150倍。
图6用1.5mol/L NaOH溶液再生树脂的
扫描电镜显微形貌
•44•湿法冶金2021年2月
由图6看出：与未经再生处理的中毒树脂相比，用不同浓度NaOH溶液再生处理后的树脂表面孔隙或裂痕处虽仍有部分颗粒物残留，但表面胶状物、沉积物均明显减少，说明树脂再生效果较好;NaOH溶液浓度越高，残留物越少，即提高NaOH溶液浓度，对树脂再生更有利。
三字格成语
2.3.2再生树脂的能谱分析
用不同浓度NaOH溶液再生处理后的中毒树脂的能谱分析结果见图7及表3。图7中点1为树脂表面，点2为树脂孔道。可以看出：再生处理后，树脂表面杂质元素明显减少；但树脂孔道或表面裂痕处的杂质仍存在，即所用树脂再生剂对于树脂表面杂质的溶出有效，而对于进入树脂孔道内部的杂质溶出效果不佳。因此，在树脂再生操作中，要通过延长清洗时间或选择其他再生剂进一步去除孔道内部的杂质，提高中毒树脂的再生效果。
a—0.5mol/L NaOH溶液再生;b—1.0mol/L NaOH溶液再生;
5mol/L NaOH溶液再生"
图7NaOH溶液再生处理后的树脂的能谱分析照片
表3NaOH溶液再生处理后的树脂的能谱分析结果％
NaOH浓度/
(mol•L-1)
位置C0Mg Al Si C1Ca Fe
0.5点161.5431.520.170.160.58 4.640.780.05点251.6127・830.57 1.054・238.0397 1.43
1.0点163.1629.600.280・320,335・420・420・00点255.1929.34 1.921・29 3.27 6.041・220.51
1.5点168.4427.060.820.590.70 1.390.540.00点243.9637・43 1.41 1.86 3.07 1.914・71 1.53
3结论
从中性浸出液中吸附铀时导致树脂中毒的原因有两方面：一是浸出液中存在的细小泥沙颗粒在树脂表面沉积或进入树脂孔道内部；二是由浸出液中存在的以胶体形式存在的硅或有机质溶出物附着在树脂球表面。
用NaOH溶液洗涤处理中毒树脂，可去除树脂颗粒表面的大部分沉积物或胶体物质，但树脂孔道内部
的沉积物仍有残留。
实际生产中，可通过延长树脂洗涤时间或筛选其他洗涤剂进一步去除树脂球孔道内沉积物。
参考文献：
office 97口]张傭，许根福.离子交换及铀的提取[M].北京；中国原子能出版社,1991:241.
[2]梅里特RC.铀的提取冶金学[M].北京：科学出版社，
1978:130-131.
[3]阮志龙，成弘，原渊，等.CO2+O2地浸矿山固定床树脂清
洗解韋一体化工艺研究[叮.铀矿冶，2019,38(4):263-266.
[4]温永忠，魏巧生.浅析离子交换树脂中奉现象及解决对策
[J].过滤与分离，2014,24(4)；26-2&
[5]ZHU X B.WANG Z S.WANG Z S.Interaction mechanism
of organic matter with gel type polystyrene strougly basic anion exchange resin and regeneration of the organism fouled resin：I:the interreaction mechanism between strongly basic anion exchange res[J].Chinese Journal of Reactive Polymers,1995,4(sl)：71-81.
[6]苗青，许家鸾，王京厦.D101吸附树脂再生工艺实验研究：
I：再生液酸、碱、醇浓度及浸泡时间对再生效果的影响□0.中国现代应用药学,2004,21(2).152-154.
[7]赵会义，王岩，駱广生，等.强碱性离子交换树脂再生新工艺
的研究[J].化工环保,2003,23(1):5-9.
[8]韩永生，李成银，黄君札.电镀废水处理过程中强破性阴离
子交换树脂再生的研究[叮.黑龙江矿业学院学报，2000,10
(4),33-36.
[9]詹约章，余建飞.离子交换树脂再生时酸碱耗高的原因分析
及解决对策[J].工业水处理,2010,30(5)；81-83.
[10]崔增利，姚明义，张远柱.一项再生度高的阴树脂再生工艺
[J].工业水处理,2009,29(1)；90-92.
[11]徐俊辉，苏志俊，崔耀星，
等.阳离子树脂再生剂中添加剂
第40卷第1期许影，等：从中性溶液中吸附铀的中毒树脂的再生•45•
的研究［J］.中国井矿盐,2019,50（3）:38-42.
口2］许影，姜岩，宋振江，等.扫描电镜在铀矿石酸化前后面体特征分析［C］//中国核学会.中国核学会2011年学术年会
论文集：第2册.北京：中国原子能出版社,2011:101-104.［13］邓锦勋，许影，张掰，等.超滤法去除铀矿山碱性浸出液有机质的试验研究［J］.中国矿业,2019,28（2）:107-111.［14］张文生，王宏霞，叶家元•水化硅酸钙的结构及其变化［J］.
硅酸盐学报,2005,33（1）:63-65.
Regeneration of Poisoned Resin for Adsorbing Uranium From Neutral Leaching Solution XU Ying,LIU Guohong,WANG Limin?DING Ye,DENG Jinxun,FENG Yu
{Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy,
CNNC,Beijing101149, China)
Abstract：The micromorphology of poisoned resin and regenerated resin for adsorbing uranium from a neutral leaching solution of uranium ore was analyzed by scanning electron microscope and energy spectrometer.The poisoning cause and regeneration effect of the resin were discussed.The results show that some pollutants>such as colloidal,fine solid or other deposits?exist on the poisoned resin surface,and the pollutants are composed of Mg,Al,Ca,Fe,Si and so on.By using NaOH solution (1.0mol/L)to regenerate the poisoned resin,the pollutants on the resin surface can be removed effectively.However,the pollutants inside poisoned resin can not be completely removed.During actual production, further optimizing the regeneration process or selecting another regenerant is necessary. Key words:uranium；ion-exchange resin；poisoning；regeneration；regeneration；micromorphology
本刊声明
本刊已加入《中国期刊全文数据库》（中国知网）、《中文科技期刊数据库》（维普网）、《中国核心期刊（遴选）数据库》（万方网）、《超星期刊数据库》（超星移动“域出版”平台）、EBSCO数据
库（EBSCO Information Services），许可在其网站及其系列数据库产品中以数字化方式复制、发行、信息网络传播本刊全文。本刊所付稿酬包括上述各项目。作者向本刊投稿即视为同意我刊上述声明，如有异议者请在投稿时声明。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议