Способ выделения редкоземельных и трансплутониевых элементов из жидких высокоактивных отходов

 

Изобретение относится к способу выделения редкоземельных (РЗЭ) и трансплутониевых (ТПЭ) элементов из жидких высокоактивных отходов, включающему экстракцию РЗЭ и ТПЭ экстрагентом на основе хлорированного дикарболлида кобальта (ХДК) в аппаратах линейного противоточного каскада и последующую их реэкстракцию. Сущность: экстракт из аппарата, в который поступает исходный раствор, направляют в отдельный экстракционный аппарат с прокачиванием через него реэкстрагента, а органическую фазу из этого отдельного аппарата возвращают в аппарат линейного противоточного каскада. 3 ил., 5 табл.

Изобретение относится к способам экстракционного выделения и разделения элементов, в частности к способам выделения РЗЭ и ТПЭ из азотнокислых растворов.

Известен способ выделения РЗЭ и ТПЭ ди-2-этилгексилфосфорной кислотой (Д2ЭГФК) в схеме комплексной переработки ВАО радиохимических производств [1] На первой стадии лантаноиды, иттрий, америций, кюрий совместно экстрагируютcя IМ раствором Д2ЭГФК в керосине из 0,1М азотной кислоты. Перед этим из раствора ОЯТ за два цикла удаляются Zr, Nb, Mo, In, Sn, Pa, Th, U, Np, Pu и основная часть Fе экстракцией 1М раствором Д2ЭГФК из 6 М HNO₃, а Ru, Тс, Рd экстракцией 50% ТБФ. При экстракции ТБФ концентрация НNO3 доводится до 0,1 М. Актиноиды отделяются от лантаноидов и иттрия селективной реэкстракцией актиноидов смесью 0,05 М ДТПА и 1,5 М молочной кислоты. Реэкстракция лантаноидов и иттрия из органической фазы осуществляется 6 М HNO₃. Средний фактор разделения Am и Eu, полученный в ходе горячих испытаний, оказался равным 132, конечный продукт актиноидов содержал 1,5% лантаноидов, конечный продукт лантаноидов содержал 0,14% исходной α-активности.

К недостаткам этого способа фракционирования относятся сложность реэкстракции металлов из органической фазы, невозможность работы с растворами, имеющими высокое солесодержание, угроза образования третьей фазы. Также конечный водный раствор актиноидов содержит большие количества комплексообразователей, что затрудняет последующее образование с полученными концентратами.

Наиболее близким к предлагаемому являются способ выделения РЗЭ и ТПЭ экстрагентом на основе хлорированного дикарболлида кобальта (ХДК). Рафинат с концентрацией азотной кислоты 0,3-0,5 моль/л после выделения цезия и стронция из ВАО, содержащий РЗЭ и ТПЭ, направляется на экстракцию ТПЭ и РЗЭ [2] На фиг.1-3 изображены схемы линейного экстракционного каскада.

Экстракционный каскад представляет собой десять аппаратов, расположенных в линию. Исходный водный раствор и экстрагент направляются противоточно.

Основным недостатком указанного способа выделения является низкий коэффициент извлечения РЗЭ и ТПЭ 98,1% Цель изобретения повышение коэффициента извлечения ТПЭ и РЗЭ, сокращение числа единиц экстракционного оборудования за счет увеличения эффективной емкости экстрагента и нестандартного проведения процесса.

Цель достигается тем, что после выделения цезия и стронция раствором ХДК раствор, содержащий РЗЭ и ТПЭ с концентрацией азотной кислоты 0,3-0,5 моль/л, направляют в экстракционный каскад. К линейной части каскада подключают отдельный экстракционный аппарат, соединяя его с аппаратом в линейной части, в который поступает исходный водный раствор (кислотность 0,1-0,6 моль/л) и органическая фаза раствор ХДК в нитробензоле, прошедшая через линейную часть каскада (фиг.3). Через этот отдельный экстракционный аппарат прокачивают органическую фазу, которая возвращается в аппарат линейного каскада, и реэкстрагент РЗЭ и ТПЭ азотная кислота с концентрацией > 2 моль/л. Органическая фаза, прокачиваемая через отдельный экстракционный аппарат и возвращаемая в аппарат линейного каскада, называется жидкой мембраной.

Применение способа позволяет поднять степень извлечения с 98,1 до 99,98% В качестве элементов, моделирующих поведение РЗЭ и ТПЭ, выбраны лантан и церий, так как различие коэффициентов распределения РЗЭ и ТПЭ в указанной экстракционной системе незначительно.

П р и м е р 1. В табл.1 приведено сравнение прототипа (фиг.1) и предлагаемого способа извлечения лантанидов (фиг.2). Экспериментально показано, что применение жидкой мембраны при небольшом относительном ее расходе (5,6 об. ед./ед. времени) позволяет поднять коэффициент извлечения РЗЭ (ТПЭ) в 6 раз.

П р и м е р 2. Проведено теоретическое сравнение прототипа экстракционного каскада (фиг.1) и предлагаемого способа (фиг.3) с одинаковым числом экстракторов. В предлагаемом способе повышается степень извлечения металлов при прочих равных условиях.

Введем фактор F, который является отношением концентраций металла в рафинате прототипа и заявляемой схемы.

Коэффициент извлечения церия возрастает, как это следует из табл.2 в 0,00674/0,000027 F 247 раз.

Увеличение концентрации экстрагента также увеличивает коэффициент извлечения церия при применении заявляемой схемы.

В табл.3 приведены значения факторов F для церия при различных концентрациях экстрагента, но при таких же, как в табл.2 и расходах экстрагента, промывного раствора и питания (водной фазы). Анализ табл.3 показывает, что при увеличении концентрации экстрагента в 2 раза эффективность применения заявляемого способа для извлечения церия возрастает от 50 до 250 тыс. раз.

П р и м е р 3. Проведено теоретическое и экспериментальное сравнение прототипа (фиг. 1) и предлагаемого способа (фиг. 3) с одинаковым числом экстракторов и трех вариантов расходов жидкой мембраны предлагаемого способа. Показано, что изменение расхода жидкой мембраны от 1 об. ед./ед. времени до 20 повышает степень извлечения церия с 3 до 40 раз (табл.4,5).

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ И ТРАНСПЛУТОНИЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ЖИДКИХ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, включающий экстракцию редкоземельных и трансплутониевых элементов экстрагентом на основе хлорированного дикарболлида кобальта в аппаратах линейного противоточного каскада и последующую их реэкстракцию, отличающийся тем, что экстракт из аппаата, в который поступает исходных раствор, направляют в отдельный экстракционный аппарат с прокачиванием через него реэкстрагента, а органическую фазу из этого отдельного аппарата возвращают в аппарат линейного противоточного каскада.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5