Способ реэкстракции ванадия из органического раствора, содержащего его соли с ди-2-этилгексилфосфорной кислотой

Изобретение относится к технологии радиохимической переработки конструкционных материалов термоядерного реактора на основе ванадий-хром-титанового сплава и направлено на извлечение ванадия из органических растворов, содержащих его соли с ди-2-этилгексилфосфорной кислотой. Реэкстракцию ванадия из таких растворов ведут растворами азотной кислоты при ее концентрации не более 0,5 моль/л, содержащими пероксид водорода, в количестве не менее 2,5 моля на моль ванадия. Техническим результатом изобретения является уменьшение времени процесса реэкстракции с одновременной очисткой ванадия от редкоземельных элементов. 2 табл.

 

Изобретение относится к технологии радиохимической переработки конструкционных материалов термоядерного реактора (ТЯР) на основе ванадий-хром-титанового сплава.

Предполагается, что наиболее подверженные активации передняя стенка, бланкет и дивертор термоядерного реактора «Демо» и коммерческих реакторов будут состоять из ванадий-хром-титанового сплава (ВХТ-сплав) ориентировочного состава: ванадий 90%, хром 5% и титан 5%. После окончания работы реактора потребуется рефабрикация конструкционных материалов, в первую очередь, дорогостоящего ванадия. Для проведения рефабрикации требуется очистка конструкционных материалов от продуктов активации. Очистка достигается с помощью радиохимической переработки сплава. Радиохимическая переработка включает растворение ВХТ-сплава в азотной кислоте (патент РФ №2197545, МПК С22В 7/00, G21F 9/28, приоритет от 09.01.2001) и экстракционный процесс с использованием в качестве экстрагента раствора ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Ди-2-ЭГФК) в углеводородном разбавителе (С.А.Бартенев и др. «О возможности экстракционной очистки конструкционных материалов термоядерного реактора от продуктов активации». // Вопросы атомной науки и техники, серия Термоядерный синтез 2001, №3, стр.37-41......; С.А.Бартенев и др. «Активированный конструкционный материал ТЯР ДЕМО и его радиохимическая переработка».. // Вопросы атомной науки и техники, серия Термоядерный синтез 2003, №1, стр.3-7. Издание РНЦ «Курчатовский институт».) В процессе экстракции ванадий переходит в органическую фазу, а извлечение ванадия из органической фазы проводят 0,7-0,8 моль/л азотной кислотой, и этот способ реэкстракции ванадия принят за прототип. Близкий к этому способ реэкстракции ванадия изложен в патенте США 805025 (МПК С01G 31/00).

В условиях, выбранных за прототип, для выделения ванадия из органики необходимо, как минимум, три цикла реэкстракции со временем контакта фаз около получаса. В процессе реэкстракции происходит очистка ванадия от редкоземельных элементов (РЗЭ). Понижение кислотности ухудшает вымывание ванадия из органической фазы. Повышение кислотности ухудшает очистку от РЗЭ. В оптимальных условиях величина очистки ванадия от РЗЭ составляет не более 8.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение времени процесса реэкстракции ванадия при сохранении показателя очистки от РЗЭ.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе реэкстракции ванадия из органического раствора его солей с Ди-2-ЭГФК, включающем использование в качестве реэкстрагента азотную кислоту, в реэкстрагент вводится пероксид водорода. При этом расход пероксида водорода должен быть не менее 2,5 молей на моль ванадия, а концентрация азотной кислоты в реэкстрагенте не более 0,5 моль/л.

Применение пероксида водорода позволяет вести процесс реэкстракции быстро и в условиях низкой кислотности растворов, что позволяет эффективно отделяться от РЗЭ. Реэкстракцию с извлечением ванадия, близким к 100%, можно провести за один цикл, время контакта фаз составляет 3-5 минут. Вышеизложенное иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Реэкстракция осуществляется следующим образом: к 2 мл экстракта (30 об.% Ди-2-ЭГФК+70% додекана), содержащего 7,8 г/л ванадия, добавлено 2 мл 0,5 моль/л азотной кислоты, содержащей различное количество пероксида водорода. Затем пробирки энергично встряхиваются в течение 3-х - 5-ти минут, время расслоения 5-10 минут. Результаты экспериментов приведены в табл.1.

Извлечение ванадия из органических экстрактов в зависимости от содержания пероксида водорода в реэкстрагенте.

Таблица 1
Извлечение ванадия	Отношение H2O2/V, моль/моль
5,2	3,9	2,5
%	100	95	82

Как можно видеть, для полного извлечения ванадия из экстракта необходимо, чтобы мольное отношение H₂O₂, содержащегося в реэкстрагенте, к ванадию, содержащемуся в экстракте, было не менее четырех.

Пример 2.

В табл.2 приведены результаты по извлечению ванадия из органической фазы в зависимости от концентрации используемой азотной кислоты. Здесь приведены данные по коэффициентам распределения европия между водной и органической фазами в тех же растворах. Условия те же, что и в примере 1. Мольное отношение пероксида к ванадию 4,5. Эти данные подтверждают вывод о том, что реэкстракцию ванадия можно вести во всем интервале концентраций азотной кислоты. Очистка от редкоземельных элементов составляет 15-20 раз, наибольшая очистка достигается при кислотности менее 0,5 моль/л.

Реэкстракция ванадия и европия.

Таблица 2
Элементы	Концентрация азотной кислоты, моль/л
0,7	0,5	0,25	0,1
Ванадий (% извлечения)	100	100	100	100
Европий (Коэффициент распределения)	3	14	22	20

Способ реэкстракции ванадия из органического раствора, содержащего соли ванадия с ди-2-этилгексилфосфорной кислотой, включающий использование в качестве реэкстрагента азотную кислоту, отличающийся тем, что реэкстракцию ведут реэкстрагентом, дополнительно содержащим пероксид водорода, в количестве не менее 2,5 моля на моль ванадия, при концентрации азотной кислоты не более 0,5 моль/л.