Реферат: Математическое моделирование процесса каталитического получения четырехвалентного урана в азотнокислых растворах в присутствии гидразина на платинированном ионите вп-1АП

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЧЕТЫРЕХВАЛЕНТНОГО УРАНА В АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРАХ В ПРИСУТСТВИИ ГИДРАЗИНА НА ПЛАТИНИРОВАННОМ ИОНИТЕ ВП-1АП


Теровский В.С., Матюха В.А., Шилов В.П., Балахонов В.Г., Тинин В.В., Буров Ю.В.

ОАО «Сибирский химический комбинат», г. Северск


В последние два десятилетия наиболее перспективным способом получения растворов четырехвалентного урана является каталитический с использованием гетерогенных платиновых катализаторов. Актуальной задачей при этом становится прогнозирование протекания каталитических процессов с использованием методов математического моделирования.

Целью настоящей работы явилось разработка математического описания процесса восстановления урана (VI) до урана (IV) в азотнокислых растворах в присутствии гидразина на высокодисперсной платине, нанесенной на ионит ВП-1АП.


2UO2(NO3)2 + N2H4×HNO3 + 3HNO3 = 2U(NO3)4 + N2 + 4H2O. (1)


В качестве исходных данных для построения математической модели каталитического процесса восстановления урана (VI) до четырехвалентного состояния гидразином в азотнокислых растворах в присутствии платинированного катализатора на основе винилпиридинового ионита ВП-1Ап были использованы результаты лабораторных исследований на модельных растворах.

Кинетические опыты по восстановлению урана (VI) проводили в статических условиях при постоянной температуре (62±2) °С. Исходные концентрации компонентов варьировали в следующих диапазонах: уран (VI) – 0,42…1,05 моль/дм3, азотная кислота 1,0…2,5 моль/дм3, гидразин – 0,31…1,6 моль/дм3, содержание платины в катализаторе 0,8…4,0 % мас. Отношение фаз (Т:Ж) в опытах составляло 1:2,5 г/мл. За протеканием реакции следили по накоплению в растворе урана (IV), через определенные промежутки времени отбирали пробы водной фазы, в которых анализировалось содержание урана (IV).

Обработку кинетических данных проводили на ПЭВМ методом наименьших квадратов с помощью пакета MathCAD.

Результаты исследований показали, что скорость реакции восстановления урана (VI) до урана (IV) в азотнокислых растворах в присутствии гидразина на высокодисперсной платине, нанесенной на ионит ВП-1А, удовлетворительно описывается кинетическим уравнением:


, (2)


где k – константа скорости химической реакции; [Pt] – содержание платины в катализаторе, % мас.; [HNO3] – концентрация азотной кислоты, моль/дм3; [N2H4] – концентрация гидразина, моль/дм3; [U (VI)] – концентрация урана (IV), моль/дм3; р1, р2, р3, р4 – порядки реакции по компонентам; t – время, мин.


Отклонение экспериментальных значений выхода урана (IV) от рассчитанных по уравнению (2) в среднем не превышают 25 %.

Значения параметров кинетического уравнения равны: k = 1,7×10-3, р1 = 1,0,
р2 = – 0,03, р3 = 0,19, р4 = 0,36.

На рисунках 1-4, в качестве иллюстрации, показаны экспериментальные и рассчитанные по уравнению (2) (сплошные линии) значения выходов урана (IV) по реакции (1) в зависимости от концентрации исходных компонентов.



Рисунок 1 – Зависимость выхода урана (IV) при исходных концентрациях компонентов: [HNO3] = 1,5 моль/дм3, [N2H4] = 1,0 моль/дм3, U (VI) = 0,84 моль/дм3, [Pt] = 3 % мас.




Рисунок 2 – Зависимость выхода урана (IV) при исходных концентрациях компонентов: [HNO3] = 1,5 моль/дм3, [N2H4] = 0,309 моль/дм3, U (VI) = 0,84 моль/дм3, [Pt] = 3 % мас.




Рисунок 3 – Зависимость выхода урана (IV) при исходных концентрациях компонентов: [HNO3] = 1,5 моль/дм3, [N2H4] = 1,0 моль/дм3, U (VI) = 0,84 моль/дм3, [Pt]=2,4 % мас.



Рисунок 4 – Зависимость выхода урана (IV) при исходных концентрациях компонентов: [HNO3] = 1,5 моль/дм3, [N2H4] = 1,0 моль/дм3, U (VI) = 0,84 моль/дм3, [Pt] = 4,0 % мас.


Предложенная модель математического описания каталитического получения растворов урана (IV) позволяет прогнозировать протекание процесса на платинированном ионите ВП-1Ап.


Список литературы


Долинский Е.Ф. Обработка результатов измерений. – М.: Издательство стандартов, 1973. – 191 с.