Способ разделения редкоземельных и трансплутониевых элементов

 

Использование в радиохимической технологии для выделения редкоземельных и трансплутониевых элементов. Сущность изобретения: водный раствор содержит 0,3 моль/л диэтилентриаминпентауксусной кислоты. 2 моль/л мочевины. Органическая фаза содержит по 10-7 моль/л церия=144; европия = 152; армериция - 241 и 0,2 моль/л раствора хлорированного дикарбонила кобальта в метанитробензотрифториде. Растворы контактируют 5 мин. Время отстоя 30 мин. Температура 25°С. Степень разделения церия и америция более 120; европия и америция-4,4. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области радиохимической технологии, а именно к способам переработки радиоактивных растворов, и может быть использовано для выделения индивидуальных редкоземельных элементов в гидрометаллургии, а также в аналитических целях.

Известен способ разделения редкоземельных (РЗЭ) и трансплутониевых (ТПЭ) элементов, заключающийся в контактировании водной фазы, содержащей мочевину и разделяемые элементы, и органической фазы, содержащей 0,01 - 0,6 моль/л дикарболила кобальта или хлорированного дикарболила кобальта в полярном нитроорганическом растворителе или его смеси с неполярным растворителем. Однако коэффициенты разделения редкоземельных и трансплутониевых элементов невелики [1].

Наиболее близким к предложенному является способ разделения РЗЭ и ТПЭ, основанный на экстракции РЗЭ органическими растворами кислых фосфорорганических соединений, например Д2ЭГФК из водных растворов, содержащих анинополикарбоновую и оксикарбоновую кислоту [2].

Недостаток способа - использование больших количеств оксикислот. Обычно используют растворы дорогих и дефицитных лимонной и молочной кислот в количестве более 100 г/л. Кроме того, вызывает значительные сложности выделение индивидуальных РЗЭ из-за недостаточно высоких степеней разделения элементов. Трудности вызывает и необходимость постоянного контроля и корректировки рН на операции разделения элементов.

Цель изобретения - повышение степени разделения РЗЭ и ТПЭ и удешевление процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве экстрагента используют раствор металлодикарболлидных соединений в полярном нитроорганическом растворителе или в смеси полярного нитроорганического и неполярного растворителей, а в качестве реэкстрагента или исходного водного раствора - раствор аминополикарбоновой кислоты и органического основания, например мочевины. При контактировании раствора металлодикарболлидного соединения, например хлорированного или нехлорированного дикарболлила кобальта (ХДК или ДКК) в нитроорганическом растворителе, например нитробензоле, с водным раствором, содержащим катионы РЗЭ и ТПЭ, анинополикарбоновую кислоту и органическое основание, например мочевину, в органическую фазу переходят катионы РЗЭ, а ТПЭ остаются в водной фазе. Аналогичный результат достигается при реэкстракции ТПЭ из органического раствора, содержащего катионы РЗЭ и ТПЭ, водным раствором анинополикарбоновой кислоты и органического основания. В качестве растворителей металлодикарболлидных соединений можно использовать метанитробензотрифторид, нитробензол, нитротолуол, нитроэтилбензол, нитроксилолы, ортонитрохлорбензол и др.

В некоторых случаях удобно использовать смеси нитроорганического растворителя и неполярного растворителя. При этом достигаются цели растворения твердого в обычных условиях нитроорганического растворителя, изменения соотношения плотностей органической и водной фаз, снижения вязкости экстрагента, уменьшения потерь нитроорганического растворителя с водной фазой и др. В качестве неполярного растворителя могут быть использованы хлорорганические соединения, тетрахлорэтилен, тетрахлорэтан, трихлорбензол, четыреххлористый углерод или ароматические соединения - этилбензол, диизопропилбензол, декалин, тетралин. Концентрация металлодикарболлидного соединения в экстрагенте может находится в области 0,01-0,5 моль/л. Ниже 0,01 моль/л резко падают степени разделения элементов групп РЗЭ и ТПЭ, а концентрация 0,5 моль/л является практически максимально достижимой.

Наибольшие степени разделения катионов наблюдаются для диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПА). Ее концентрация в водном растворе может составлять 0,005-0,1 моль/л. Ниже концентрации 0,005 моль/л резко уменьшаются степени разделения катионов, а концентрации выше 0,1 моль/л не приводят к заметному улучшению условий разделения катионов. Аналогичные причины ограничивают диапазон использования органического основания концентрациями 0,1-5 моль/л. Наилучшие условия разделения достигаются при применении растворов, содержащих мочевину.

Степени разделения РЗЭ и ТПЭ остаются практически постоянными в диапазоне рабочих температур процесса 20-80^оС, однако в некоторых случаях удобно проводить процесс при повышенной температуре ( ≈80^оС), так как при этом падают коэффициенты распределения разделяемых элементов, что дает возможность уменьшить объем реэкстрагирующего раствора.

П р и м е р 1. 5 мл 0,2 моль/л раствора хлорированного дикарболлила кобальта (ХДК) формулы (C₂B₉H₈Cl₃)₂Co^-H⁺ в метанитробензотрифториде (МНБТФ) контактировали с 5 мл раствора, содержащего 0,03 моль/л диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПА), 2 моль/л мочевины и 10-7 моль/л перия-144, европия-152, америция-241. Время контакта 5 мин. Время остоя-30 мин, температура 25^оС. Коэффициенты распределения составили: церия - более 5,6, европия-0,199, америция-0,045. Степень разделения (отношение значений коэффициентов распределения) равна: для пары церий/америций - более 120, европий/америций - 4,4. Извлечение катионов: церия 85%, европия 16,6%, америция 4,3%.

П р и м е р 2. Растворы ХДК в МНБТФ, содержащие 10^-6 моль/л церия-144, европия-152 и америция-241, контактировали в условиях, приведенных в примере 1, с водными растворами аминополикарбоновых кислот и органических оснований. Результаты приведены в табл. 1.

П р и м е р 3. Растворы 0,2 моль/л ХДК в различных растворителях контактировали в условиях примеров 1 и 2 с раствором, содержащим 0,03 моль/л ДТПА и 2 моль/л мочевины. Результаты показаны в табл. 2.

П р и м е р 4. Раствор 0,2 моль/л ХДК в МНБТФ контактировали в термостате при различных температурах с раствором 2 моль/л мочевины и 0,03 моль/л ДТПА. Коэффициенты распределения и степени разделения церия, европия и америция приведены в табл. 3.

П р и м е р 5. Растворы ХДК в МНБТФ и нитробензоле контактировали в условиях, приведенных в примере 1, с водным раствором ДТПА и мочевины. Результаты приведены в табл. 4.

Способ позволяет получить большие степени разделения церия и америция (до 8 раз) и церия и европия (до 40 раз) по сравнению с прототипом и тем самым увеличивает эффективность разделения РЗЭ и ТПЭ и разделения элементов группы РЗЭ.

Использование предлагаемого способа дает возможность отказаться от использования дорогих и дефицитных реагентов - лимонной или молочной кислоты, что в 4-6 раз снижает затраты на реагенты.

Процесс не требует уточнения значения рН водного раствора на операции разделения РЗЭ и ТПЭ (в способе-прототипе необходимо поддерживать рН около 3), что упрощает условия проведения процесса и повышает его технологичность.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ И ТРАНСПЛУТОНИЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, включающий обработку органической фазы, содержащий редкоземельные и трансплутониевые элементы, водным раствором, содержащим аминополикарбоновую кислоту, отличающийся тем, что, с целью повышения степени разделения редкоземельных и трансплутониевых элементов и удешевления процесса, обработку ведут с использованием в качестве органической фазы 0,01 - 0,6 моль/л раствора металлодикарболидного соединения в полярном нитроорганическом растворителе и водного раствора, дополнительно содержащего мочевину в количестве 0,1 - 5,0 моль/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут с использованием в качестве растворителя металлодикарболидного соединения полярного нитроорганического растворителя, дополнительно содержащего неполярный растворитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2