6 Бақылау сұрақтары

1	Ион алмасу шайырлерінің сіңірілу дәрежесі мен сыйымдылығы неге тәуелді?
2	Ерітінділерден (күкірт қышқылдық, карбонаттық) уранды ион алмасулық сорбциялау кезіндегі аниониттердін бәсекелестік әрекеттерін түсіндіріңдер.
3	Уранның ерітінділерден ион алмасулық сорбциясына негізгі факторлардың әсерін атаңыз.
4	Уранкендік ерітінділерді сорбциялық әдіспен қайта өңдеу кезіндегі негізгі қоспалардын сипатын түсіндіріңіз.
5	Уранды бөліп алудың, ион алмасулық үрдістерінің аппаратуралық жабдықталуына мысал келтіріңіз.
6	«Сорбциялық шаймалау» дегеніміз не? Олардын мәнін және үрдістің техника-экономикалық көрсеткіштеріне әсерін түсіндіріңіз.
7	Уранның қоймалжыннан үздіксіз сорбциялық әдіспен бөліп алынуын сипаттаңыз.

7 Уранды экстракциялаудың физика- химиялық негіздері

7.1 Экстракцияның жалпы сипаттамасы

Экстракция – қандай да бір затты бір фазадан екінші фазаға бөліп алу (латын сөзі «extrago» тартып алу, бөліп алуды білдіреді). Біз қолданатын мағынада, ол сұйықтық экстракция немесе металл қосылыстарын (және қышқылдарды) сулы ерітінділерден (онда олар бейорганикалық қышқылдардың тұздары түрінде кездеседі) органикалық фазаға бөліп алу үрдісі. Уран технологиясының механизміне тәуелсіз, барлық мүмкін жағдайдағы экстракцияны осы жалпы түсінік арқылы біріктіруге болады.

Қазіргі кезде сұйықтық экстракцияны аналитикалық химияда; физика- химиялық зерттеулерде; радиоактивтік және тұрақты нуклидтердің препараттық химиясында; арнайы мақсатта радиоактивті нуклидтерді бөліп алуда; кеннен уран мен торийді бөліп алып, оларды аффинаждауда; сәулеленген ядорлық отынның технологиясында; түсті және сирек металдарды тазалау және бөліп алу технологиясында; бейорганикалық және органикалық заттардың химиялық технологиясында кеңінен қолданады.

Атомдық өнеркәсіптегі, ядорлық отынның химиясы мен технологиясындағы көптеген қиындықтарды шешу - экстракциялық технологияны ендіру негізінде жүзеге асты. Экстракциялық әдістерді қолдану арқылы комплексті уран кендерін өңдеудің, физикалық химиялық қасиеттері ұқсас элементтерді бөлудің, жоғары сапалы конструкциялық материалдар мен қосылыстарды алудың, сонымен қатар жасанды радиоактивтік элементтердің жаңа технологияларын жасаудың күрделі қиындықтары тиімді шешілді. Уран өндірісінде экстракциялық технологияны 20 жылдай қолданып келді. Осы уақыт ішінде көптеген миллион кубометр уран ерітінділері өңделген және мыңдаған тонна металдар алынған.

Сорбциялық технологиямен салыстырғанда экстракцияның көптеген артықшылықтары бар. Экстракциялық технологияның күрделі еместігі, жоғары тиімділігі оның өнеркәсіпке тез енгізілуін және қолданылуын қамтамасыз етеді.

Заттарды экстракциялық бөліп алу әдісінің маңызы - белгілі жағдайларда кейбір элементтердің тұздары, мысалы уранның (VI), плутонийдің (VI), торийдің және т.б. сулы ерітінділерден сумен араласпайтын органикалық ерітінділерге айтарлықтай мөлшерде өтуі мүмкін, бұл кезде басқа элементтердің қосылыстарының негізгі массасы сулы қабатта қала береді.

Экстракция қарапайым тілде айтқанда былай болады. Бастапқы ерітіндіні органикалық еріткішпен араластырады. Фазалар арасында тез тепе-теңдік орнығады, содан кейін фазалар қабаттарға бөлінеді. Заттың белгілі мөлшері сулы ерітіндіден органикалық қабатқа өтеді, ал қалған қоспалар сулы ерітіндіде қалады. Өнеркәсіпте күрделі аппараттардың қолданылуына қарамастан, үрдіс өте қарапайым болып көрінеді. Бірақ, шындығында экстракция – көпкомпонентті екіфазалы жүйеде комплекс түзілетін аса күрделі физика-химиялық үрдіс. Осы кезге дейін экстракциялық үрдістердің толық теориясы жоқ.

Экстракциялық үрдістер, бір-бірімен араласпайтын екі заттың, көбінесе сулы және органикалық фаза арасындағы заттардың таралуына негізделген. Суда еріген бейорганикалық заттардың көбісі диссоциацияланған және түзілетін иондар гидратталған болады. Полярланбаған немесе полярланған органикалық сұйықта (диэлектрлік өткізгіштің төменгі мәні полярланбағанға бейім болады) еріген заттардың диссоциациясы қатты бәсеңделінген немесе жоқ болады. Судан органикалық фазаға иондардың өтуі энергетикалық тұрғыдан тиімсіз, сондықтан қосылыстарды бөліп алу үшін берік иондық жұптың болғаны жеткілікті немесе зарядталмаған электрбейтарапты молекулалар (алдын ала немесе экстракция үрдісінде экстрагентпен реакцияға түскеннен кейін) түзілуі керек. Басқа маңызды шарты – бөліп алынатын элементтің гидрат қабыршағынан «босатылуы» (толық немесе жартылай) және гидрофобтық қосылыстардың түзілуі.

Толық дегидратация – міндетті шарт емес. Кейбір жағдайда су экстракцияланатын комплекстің қажетті бөлшегі болып табылады. (мысалы, уранил-нитраттың диэтил эфирмен сольват UO₂(NO₃)₂·2(C₂H₅)₂O·4H₂O тура экстракциясы). Қандай болмасын әдіспен түзілген ірі зарядталмаған молекула немесе иондық жұп, толық немесе жартылай гидраттық қабыршықтан және басқа гидрофильдік топтан айырылған және өзінің құрамында органикалық бөлшегі бар, сутек байланыстарының түзілуі нәтижесінде қатарласқан су құрылысын бұзады.

7.1 – сурет. Экстракцияның принциптік нобайы

Қосылыстардың сумен әрекеттесуін азайту үшін және де координациялық орынды босатып, гидрофобтың (органикалық) лигандаларының қосылуына экстракцияланатын қосылыстардың дегидратациясының үлкен маңызы бар.

Егерде экстракцияланатын молекуланың органикалық бөлігі қосымша органикалық еріткіштен әрекеттесе (мысалы, сутекті қосылыстар түзілуімен), бұл экстракцияның жүруіне одан әрі ықпал жасайды. Айтылған мәселе, экстракцияның механизмін түсіндіру үшін химиялық әрекеттесудің маңызды рөлін және координациялық қосылыстардың химиясының үлкен маңызын нақтылап түсіндіреді. Сондықтан, нақты жағдайда экстракцияны, бөлінетін заттар, экстрагент және су арасындағы химиялық әрекеттесу үрдісі ретінде қарастырады.

Экстракциялық тәжірибеде келесі терминология қабылданған. Сулы фазадан металдарды, оның қосылыстарын немесе қышқылдарды өзіне тартып алу қасиеті бар органикалық қосылыстарды экстрагенттер дейді. Оларды таза күйінде немесе қазіргі кезде басқа органикалық сұйықтармен бірге қолданады. Бастапқы тұздарды өздігінен экстракцияламайтын, бірақ экстрагенттермен экстракциялағанда, қоспа болып табылатын органикалық сұйықтарды сұйылтқыш деп атайды. Алынған тұзбен қаныққан органикалық ерітінді- экстракт, құрамынан заттарды бөліп алатын сулы ерітінді - рафинат деп аталады.