gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2020-1-12-24gscience-204Research ArticleBENEFICIATION AND PROCESSING OF NATURAL AND TECHNOGENIC RAW MATERIALSОБОГАЩЕНИЕ, ПЕРЕРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯUltrasonic Intensification of Uranium Sorption from Pregnant Solutions by Ion-Exchange ResinИнтенсификация сорбции урана из продуктивных растворов на ионообменную смолу ультразвукомКононовА. В.KononovA. V.

Усть-Каменогорск.

Ust-Kamenogorsk.

ДуйсебаевБ. О.DuisebayevB. O.

Алматы.

Almaty.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. СерикбаеваКазахстанD. Serikbayev East Kazakhstan State Technical UniversityKazakhstanАО «Волковгеология»КазахстанJSC "Volkovgeologia"Kazakhstan202014052020511224Copyright © Kononov A.V., Duisebayev B.O., 20202020Кононов А.В., Дуйсебаев Б.О.Kononov A.V., Duisebayev B.O.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/204

Until now, the intensification of ion exchange processes (sorption, desorption, washing of ion exchanger) remains an urgent problem in obtaining commercial strippants. This paper presents the study of ultrasonic (US) effects on the process of uranium sorption from pregnant solutions by ion-exchange resin at operating in-situ leach recovery (“ISR”) uranium production. The study and evaluation of effectiveness of ultrasonic intensifying the ion exchange processes was implemented at one of the mines of NAC Kazatomprom JSC. Ultrasonic pulses periodically generated by emitters produced effects on the whole working space of the mass transfer apparatus. Thus, the whole mass of reagents is kept in continuous motion, and the whole surface of the anion exchanger grains is permanently purified during the ultrasonic device operation. The study findings showed that the ultrasonic intensification of the sorption process allows:

-        increasing the sorption rate by 6.4 times at uranium concentration in the pregnant solutions of 0.003 g/m3;

-        increasing the sorption rate by 1.4 times at uranium concentration in the pregnant solutions of 0.014 g/m3;

-        achieving weighted average increasing the sorption rate by 1.3 times through applying the ultrasonic treatment;

-        increasing full dynamic exchange capacity of the ion exchange resin for uranium in 1.13 times at keeping mechanical strength of the ion exchanger grains.

До сегодняшнего дня интенсификация процессов ионного обмена (сорбция, десорбция, отмывка ионита) была насущной проблемой при получении товарных десорбатов. В настоящей статье представлены материалы исследования влияния наложенного ультразвукового (УЗ) воздействия на процесс сорбции урана из продуктивных растворов на ионообменную смолу действующего рудника подземного скважинного выщелачивания (ПСВ) при производстве урана методом подземного скважинного выщелачивания. Для исследования и оценки эффективности интенсификации процессов ионного обмена наложением ультразвука в цехе переработки продуктивных растворов на одном из рудников АО «НАК «Казатомпром» были проведены работы по интенсификации процесса сорбции урана из продуктивных растворов ультразвуком. Периодически создаваемые УЗ-излучателями импульсы воздействуют на весь рабочий внутренний объем массообменного аппарата. Таким образом, вся масса реагентов находится в движении, и вся поверхность зерен анионита непрерывно очищается в процессе работы УЗ-оборудования. В результате проведенного исследования удалось установить, что УЗ-интенсификация процесса сорбции позволяет:

-        при содержании урана в маточниках сорбции 0,003 г/м3 увеличить скорость сорбции в 6,4 раза;

-        при содержании урана в маточниках сорбции 0,014 г/м3 увеличить скорость сорбции в 1,4 раза;

-        за счет применения УЗ-воздействия получить средневзвешенное увеличение скорости сорбции в 1,3 раза;

-        увеличить полную динамическую обменную емкость ионита по урану в 1,13 раза и при этом не уменьшить величину механической прочности зерен ионита.

ионный обменинтенсификация процессов массообменаионитионообменная смоласорбцияимплозиякавитациядиффузияУЗ-колебанияпродуктивный растворуранuraniumion exchangeintensification of mass transfer processesion exchangerion exchange resinsorptionimplosioncavitationdiffusionultrasonic vibrationspregnant solutionReferencesАгранат Б. А. Ультразвуковая технология. М.: Металлургия, 1974, 503 c.Agranat B. A. Ultrasonic Technology. Moscow: Metallurgiya Publ.; 1974. 503 p. (In Russ.).Казанцев В. Ф. Расчет ультразвуковых преобразователей для технологических установок. М.: Машиностроение, 1980.Kazantsev V. F. Calculation of ultrasonic transducers for technological. Moscow: Mashinostroenie Publ.; 1980. (In Russ.).Кардашов Г. А., Михайлов П. Е. Тепломассообменные акустические процессы и аппараты. М.: Машиностроение, 1976.Kardashov G. A., Mikhailov P.E. Heat and mass transfer acoustic processes and apparatuses. Moscow: Mashinostroenie Publ.; 1976. (In Russ.).Колесников Г. Е., Карпенко Л. А. Оптимальное проектирование в задачах химического машиностроения. М.: МИХМ, 1983.Kolesnikov G. E., Karpenko L.A. Optimal design in the problems of chemical engineering. Moscow: MIHM Publ.; 1983. (In Russ.).Ламекин Н. С. Математическая модель диспергирования с учетом кавитации // Теоретические основы химических технологий. 1987. Т. 21.Lamekin N. S. Dispergating mathematical model taking into account cavitation. Theoretical Founda-tions of Chemical Technologies; 1987. Vol. 21. (In Russ.).Маргулис М. А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. М.: Химия, 1986.Margulis M. A. Sonochemical reactions and sonoluminescence. Moscow: Khimiya Publ.; 1986 (In Russ.).Николаев В. Н., Шевцов B. C., Гогом Т. А. Исследование влияния ультразвука на процесс разделения иловой смеси // Сб. науч. тр. М.: МИСИ, 1984.Nikolaev V. N., Shevtsov B.S., Gogom T.A. Investigation of ultrasound action on the process of mixed liquor separation. MISI Proceedings. Moscow: MISI Publ.; 1984. (In Russ.).Промтов М. А. Машины и аппараты с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества. М.: Машиностроение, 2004.Promtov M. A. Equipment and apparatuses with pulsed energy actions on the substances to be treated. Moscow: Mashinostroenie Publ.; 2004. (In Russ.).Пьезокерамические преобразователи. Методы измерения и расчета параметров: Справочник / Под ред. С. И. Пугачева. Л.: Судостроение, 1984.Pugachev S. I. (ed.) Piezoceramic transducers. Methods of measurement and calculation of parameters: Handbook. Leningrad: Sudostroenie Publ.; 1984. (In Russ.).Розенберг Л. Д. Источники мощного ультразвука. Фокусирующие излучатели ультразвука. М.: Наука, 1967.Rosenberg L. D. Sources of hard ultrasound. Focusing ultrasound emitters. Moscow: Nauka Publ., 1967. (In Russ.).Тананаев И. Г. Уран: Учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во НИЯУ «МИФИ», 2011.Tananaev I. G. Uranium: manual for graduate students. Moscow: Publishing House of NRNU "MIPhI Publ."; 2011. (In Russ.).Теумин И. И. Ультразвуковые колебательные системы. М.: ГНТИ машиностр. лит., 1959.Teumin I. I. Ultrasonic oscillatory systems. Moscow: GNTI of Machine-Building Literature Publ., 1959. (In Russ.).Технологический регламент на рабочий процесс переработки растворов подземного выщелачивания с получением готовой продукции в виде оксидов природного урана на руднике ПСВ. УДК 62 (084.11):006.354. МКС 01.100, 2015.The standard operating procedure for processing ISR pregnant solutions to produce finished products in the form of natural uranium oxides at ISR mine. 2015. (In Russ.).Фридман В. М. Физико-химическое действие ультразвука на гетерогенные процессы жидкостной обработки материалов // Применение ультразвука в химико-технологических процессах. М., 1960.Friedman V. M. Physico-chemical effect of ultrasound on heterogeneous processes of hydronic treat-ment of materials. Application of ultrasound in chemical technology processes. Moscow; 1960. (In Russ.).Цыганков Ф. П., Сенин В. Н. Циклические процессы в химической технологии. Основы безотходных производств. М.: Химия, 1988.Tsygankov F. P., Senin V. N. Cyclic processes in chemical technology. Basics of non-waste production. Khimiya Publ.; 1988. (In Russ.).Datta Subhendu K.; Shah, Arvind H. Elastic Waves in Composite Media and Structures: With Applications to Ultrasonic Nondestructive Evaluation. CRC Press LLC, 2019. 321 p.Datta Subhendu K., Shah Arvind H. Elastic Waves in Composite Media and Structures: With Applica-tions to Ultrasonic Nondestructive Evaluation. CRC Press LLC; 2019. 321 p.David J., Cheeke N. Fundamentals and Applications of Ultrasonic Waves. CRC Press, 2002. 451 p.David J., Cheeke N. Fundamentals and Applications of Ultrasonic Waves. CRC Press; 2002. 451 p.Hirao M., Ogi H. Electromagnetic Acoustic Transducers: Noncontacting Ultrasonic Measurements using EMATs. Springer Japan, 2017. 382 p.Hirao M., Ogi H. Electromagnetic Acoustic Transducers: Noncontacting Ultrasonic Measurements using EMATs. Springer Japan; 2017. 382 p.Kundu T. Nonlinear Ultrasonic and Vibro-Acoustical Techniques for Nondestructive Evaluation. Springer International Publishing, 2019. 759 p.Kundu T. Nonlinear Ultrasonic and Vibro-Acoustical Techniques for Nondestructive Evaluation. Springer International Publishing; 2019. 759 p.Seak T., Leong H., Manickam S., Gregory J. O. Martin, Wu Li, Muthupandian A. Ultrasonic Production of Nano-emulsions for Bioactive Delivery in Drug and Food Applications. Springer International Publishing, 2018. 446 p.Seak T., Leong H., Manickam S., Gregory J. O. Martin, Wu Li, Muthupandian A. Ultrasonic Production of Nano-emulsions for Bioactive Delivery in Drug and Food Applications. Springer International Publishing; 2018. 446 p.Wayne W. Ultrasonic welding of lithium (Li-) ion batteries. ASME Press, 2017. 268 p.Wayne W. Ultrasonic welding of lithium (Li-) ion batteries. ASME Press; 2017. 268 p.Wilbur L. Bunch. The effect of ultrasonic sound frequencies on the viscosity of Wyoming asphalt base petroleum. Laramie, Wyoming, 1951, UMI Number: EP23601.Wilbur L. Bunch. The effect of ultrasonic sound frequencies on the viscosity of Wyoming asphalt base pe-troleum. Laramie, Wyoming; 1951. UMI Number: EP23601. 47 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.