Экстрагент для извлечения актинидов в степени окисления +4 и +6 из азотнокислых растворов


 


Владельцы патента RU 2400281:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" (RU)

Изобретение относится к области химической технологии выделения радионуклидов. Экстрагент для извлечения актинидов в степени окисления +4 и +6 из азотнокислых растворов содержит трибутилфосфат в формалях фторированных спиртов при объемной доле формаля в экстракционной смеси от 50% до 80%. Технический результат: эффективное извлечение актинидов в степени окисления +4 и +6 из азотнокислых растворов, проведение процесса реэкстракции растворами азотной кислоты с достаточно высокой концентрацией. 1 табл.

 

Изобретение относится к области химической технологии выделения радионуклидов и может быть использовано в экстракционных процессах извлечения актинидов из азотнокислых растворов радиохимических производств.

Известны экстрагенты для извлечения актинидов в степени окисления +4 и +6 на основе трибутилфосфата (ТБФ) в алифатических углеводородах: н-додекане; углеводородах, содержащих 12-14 атомов углерода; керосине; сульфированном синтине (Шевченко В.Б., Судариков Б.Н. / Технология урана. - М.: Госатомиздат, 1961, с.182-185). Недостатком этих экстрагентов является низкая температура вспышки, а также, в определенных условиях, появление третьей фазы в процессе экстракции нитратов четырехвалентных плутония, циркония и тория.

Известен экстрагент для извлечения актинидов в степени окисления +4 и +6 на основе трибутилфосфата в четыреххлористом углероде (Химическая технология облученного ядерного горючего. Учебное пособие для вузов / Под ред. В.Б.Шевченко. - М.: Атомиздат, 1971, с.147-154). Недостатком экстрагента является токсичность четыреххлористого углерода, применяемого в качестве разбавителя.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является экстрагент для извлечения актинидов в степени окисления +4 и +6 на основе трибутилфосфата в гексахлорбутадиене (ГХБД), выбранный в качестве прототипа (Волк В.И., Бахрушин А.Ю., Мамаев С.Л. Экстракция урана и тория из фторидно-азотнокислых сред // Радиохимия, 1999, Т.41, №2, с.116-118). Недостатком этого экстрагента является высокая токсичность ГХБД, относящегося к вредным веществам 1 класса опасности.

Задачей изобретения является исключение токсичных компонентов из состава экстрагента.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для извлечения актинидов в степени окисления +4 и +6 в качестве экстрагента используют раствор трибутилфосфата (ТБФ) в формалях фторированных спиртов, например формале тетрафторпропилового спирта (формаль 1), формате октафторамилового спирта (формаль 2), формате 21 - смешанный формаль из смеси тетрафторпропилового и октафторамилового спиртов, с объемной долей формаля от 50% до 80%. Формали фторированных спиртов относятся к вредным веществам 4 класса опасности. Таким образом, исключается токсичность экстрагента.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав экстрагента отличается от известного тем, что в качестве разбавителя ТБФ используют новый класс разбавителей - формали фторированных спиртов. Таким образом, заявляемый экстрагент соответствует требованию «новизна».

В литературных источниках не найдено информации об использовании формалей фторированных спиртов как разбавителей ТБФ в радиохимических процессах.

Для иллюстрации заявляемого технического решения в таблице в качестве примера приведено влияние концентрации азотной кислоты в растворе на коэффициенты распределения актинидов в степени окисления +6 (урана) и степени окисления +4 (тория), а также влияние объемной доли ТБФ в экстрагенте на коэффициент распределения урана.

Таблица
Зависимость коэффициентов распределения урана и тория при их извлечении в растворы ТБФ в формалях от концентрации азотной кислоты в водной фазе
Концентрация азотной кислоты в водной фазе, моль/дм3 Коэффициенты распределения
урана тория
ТБФ с объемной долей 30% в формале 1 ТБФ с объемной долей 50% в формале 21 ТБФ с объемной долей 20% в формале 2 ТБФ с объемной долей 50% в формале 2 ТБФ с объемной долей 40% в формале 2
0,5 0,3 0,8 0,1 0,7 0,1
1,0 1,2 1,5 1,1 1,4 0,2
1,5 2,2 4,1 1,5 3,6 0,3
2,0 3,6 9,2 2,3 8,8 0,4
2,5 5,6 14,7 3,1 15,2 0,9
3,0 8,5 17,8 4,9 18,0 1,2
4,0 - - - - 2,3

Результаты статических экспериментов, представленные в таблице, показали, что при использовании формалей в качестве разбавителей ТБФ актиниды в степени окисления +4 и +6 удовлетворительно экстрагируются в широком диапазоне концентраций азотной кислоты. Увеличение объемной доли ТБФ выше 50% не является целесообразным, так как приведет не только к увеличению коэффициентов распределения сопутствующих примесей, но и к инверсии фаз. При объемной доле ТБФ меньше 20% значения коэффициентов распределения урана и тория резко падают. Заявляемый экстрагент позволяет извлекать актиниды в степени окисления +6 (уран), начиная с концентрации азотной кислоты в растворе, равной 1,0 моль/дм3, а актиниды в степени окисления +4 (торий) - с 3,0 моль/дм3, когда коэффициенты распределения соответствующих элементов становятся больше единицы. Не отмечено образование осадков или третьей фазы при насыщении экстрагента ураном либо торием. Таким образом, обеспечивается растворимость образующихся сольватов, что является одним из определяющих показателей пригодности формалей в качестве разбавителей ТБФ.

Введение формалей в экстракционную систему позволяет проводить реэкстракцию урана растворами азотной кислоты с концентрацией до 0,5 моль/дм3 и четырехвалентных актинидов (тория) растворами азотной кислоты с концентрацией вплоть до 2,5 моль/дм3 при комнатной температуре, что следует из данных, представленных в таблице. Различие в коэффициентах распределения урана и четырехвалентных актинидов (тория) дает возможность их разделения как на стадии экстракции, так и на стадии реэкстракции. Использование азотной кислоты с достаточно высокой концентрацией в качестве реэкстрагента исключает возможность гидролиза четырехвалентных актинидов.

Таким образом, обнаружена новая и неожиданная возможность не только эффективно извлекать актиниды в степени окисления +4 и +6 из азотнокислых растворов в растворы ТБФ в формалях фторированных спиртов, но и проводить процесс реэкстракции растворами азотной кислоты с достаточно высокой концентрацией, а также осуществлять разделение урана и четырехвалентных актинидов путем изменения концентрации азотной кислоты на стадии экстракции или реэкстракции, что позволяет признать заявляемое техническое решение соответствующим требованию «изобретательский уровень».

Возможность применения заявляемого экстрагента подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Извлечение урана из раствора с концентрацией азотной кислоты 3,0 моль/дм3 и концентрацией урана 50,0 г/дм3 проводили в раствор ТБФ с объемной долей 30% в формале 1. Объемное соотношение органической и водной фаз равнялось единице. Фазы перемешивали в течение 5 мин и проводили их разделение. Коэффициент распределения урана составил 6,0. За два последовательных контакта извлекается 98% урана. Реэкстракцию урана проводили раствором азотной кислоты с концентрацией 0,05 моль/дм3 при комнатной температуре. Коэффициент распределения урана составил 0,3. За три последовательных контакта реэкстрагируется 99% урана.

Во всех нижеприведенных примерах операции экстракции и реэкстракции проводили аналогичным способом.

Пример 2. Извлечение тория из раствора с концентрацией азотной кислоты 4,0 моль/дм3 и концентрацией тория 95,0 мг/дм3 проводили в раствор ТБФ с объемной долей 40% в формале 2. Коэффициент распределения тория составил 2,3. За три последовательных контакта извлекается 97% тория. Реэкстракцию тория проводили раствором азотной кислоты с концентрацией 0,5 моль/дм3 при комнатной температуре. Коэффициент распределения тория составил 0,1. За два последовательных контакта реэкстрагируется 99% тория.

Пример 3. Извлечение урана из раствора с концентрацией азотной кислоты 3,0 моль/дм3 и концентрацией урана 5,0 г/дм3 проводили в раствор ТБФ с объемной долей 30% в формале 2. Коэффициент распределения урана составил 7,3. За два последовательных контакта извлекается 98% урана. Реэкстракцию урана проводили раствором азотной кислоты с концентрацией 0,05 моль/дм3 при комнатной температуре. Коэффициент распределения урана составил 0,2. За три последовательных контакта реэкстрагируется 99% урана.

Пример 4. Извлечение урана и тория из раствора с концентрацией азотной кислоты 3,0 моль/дм3, концентрацией урана 17,0 г/дм3 и концентрацией тория 75,0 мг/дм3 проводили в раствор ТБФ с объемной долей 40% в формале 2. Коэффициент распределения урана составил 8,8, тория - 1,2. За пять последовательных контакта извлекается 99,99% урана и 98% тория. Реэкстракцию урана и тория проводили раствором азотной кислоты с концентрацией 0,5 моль/дм3 при комнатной температуре. Коэффициент распределения урана составил 0,5, тория - 0,1. За три последовательных контакта реэкстрагируется 96% урана и более 99% тория.

Пример 5. Извлечение урана из раствора с концентрацией азотной кислоты 2,0 моль/дм3 и концентрацией урана 104,0 г/дм3 проводили в раствор ТБФ с объемной долей 50% в формале 2. Коэффициент распределения урана составил 4,2. За три последовательных контакта извлекается 99% урана. Реэкстракцию урана проводили раствором азотной кислоты с концентрацией 0,05 моль/дм3 при комнатной температуре. Коэффициент распределения урана составил 0,5. За четыре последовательных контакта реэкстрагируется 99% урана.

Пример 6. Извлечение урана из раствора с концентрацией азотной кислоты 3,0 моль/дм3 и концентрацией урана 47,7 г/дм3 проводили в раствор ТБФ с объемной долей 40% в формале 21. Коэффициент распределения урана составил 8,1. За два последовательных контакта извлекается 99% урана. Реэкстракцию урана проводили раствором азотной кислоты с концентрацией 0,05 моль/дм3 при комнатной температуре. Коэффициент распределения урана составил 0,4. За три последовательных контакта реэкстрагируется 98% урана.

Приведенные примеры показывают, что применение заявляемого экстрагента позволяет эффективно извлекать актиниды в степени окисления +4 и +6 и проводить их реэкстракцию в широком диапазоне концентраций азотной кислоты.

Экстрагент для извлечения актинидов в степени окисления +4 и +6 из азотнокислых растворов, содержащий трибутилфосфат в органическом разбавителе, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют формали фторированных спиртов при объемной доле формаля в экстракционной смеси от 50 до 80%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения азотсодержащего полимера эпихлоргидрина. .

Изобретение относится к способу отжима жидкого экстракта из прессуемого материала, при котором прессуемый материал транспортируют посредством шнекового пресса вдоль пути прессования, нагружают давлением прессования и смешивают, по меньшей мере, с одним экстрагентом, который вместе с экстрактом отводят из прессуемого материала.
Изобретение относится к химической технологии, конкретно к технологии экстракционной переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). .

Изобретение относится к технологии очистки и разделения радиоактивных, агрессивных, токсичных, взрывоопасных и других вредных для здоровья человека и окружающей среды жидкостей и может быть использовано в радиохимических производствах, химической, гидрометаллургической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам экстракции с применением селективных растворителей и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности в процессах экстракционной очистки сырья при производстве базовых масел.

Изобретение относится к способу получения очищенной концентрированной фосфорной кислоты, которая может быть использована в производстве технических, кормовых и пищевых фосфатов.

Изобретение относится к экстракционным методам извлечения анионов металлокислот из водных растворов и может быть использовано для выделения хрома(VI) из кислых сред.

Изобретение относится к усовершенствованным вариантам способа извлечения металлического катализатора из окисленного сбросового потока маточной жидкости, получаемого при производстве терефталевой кислоты, включающего, например: (а) выпаривание указанного окисленного потока сброса, содержащего терефталевую кислоту, металлический катализатор, примеси, воду и растворитель, в первой зоне испарителя, с получением потока пара и концентрированной суспензии потока сброса; и (b) выпаривание указанной концентрированной суспензии потока сброса во второй зоне испарителя, с получением потока, обогащенного растворителем, и высококонцентрированной суспензии потока сброса, где указанная вторая зона испарителя содержит испаритель, работающий при температуре от 20°С до 70°С, где от 75 до 99 мас.% указанного растворителя и воды суммарно удаляют посредством выпаривания из указанного окисленного потока сброса на стадии (а) и (b); (с) фильтрование указанной высококонцентрированной суспензии потока сброса в зоне разделения твердых продуктов и жидкости, с образованием отфильтрованного продукта и маточной жидкости; (d) промывку указанного отфильтрованного продукта с помощью подаваемых промывочных веществ в указанной зоне разделения твердых продуктов и жидкости, с образованием промытого отфильтрованного продукта и промывочного фильтрата; и обезвоживание указанного отфильтрованного продукта в указанной зоне разделения твердых продуктов и жидкости, с образованием обезвоженного отфильтрованного продукта; где указанная зона разделения твердых продуктов и жидкости содержит, по меньшей мере, одно устройство фильтрования под давлением, где указанное устройство фильтрования под давлением работает при давлении от 1 атмосферы до 50 атмосфер; (е) смешиванием в зоне смешивания воды и, необязательно, экстракционного растворителя с указанной маточной жидкостью и со всем указанным промывочным фильтратом или его частью, с образованием водной смеси; (f) приведение в контакт экстракционного растворителя с указанной водной смесью в зоне экстрагирования, с образованием потока экстракта и очищенного потока, где указанный металлический катализатор извлекают из указанного очищенного потока.

Изобретение относится к экстракционным методам извлечения анионов металлокислот из водных растворов и может быть использовано для выделения ионов рения(VII) из кислых сред.

Изобретение относится к области процессов разделения веществ методами жидкость-жидкостной экстракции и хроматографии и устройств для осуществления этих процессов и может быть использовано в химической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ
Изобретение относится к аналитической химии органических соединений применительно к аналитическому контролю сточных вод, поступающих на биологическую очистку

Изобретение относится к технологии экстракционного извлечения палладия из кислых растворов

Изобретение относится к экстракционным способам извлечения и концентрирования ионов таллия (III) из водных растворов и может быть использовано для их выделения в гибридных и комбинированных методах анализа из растворов сложного ионного состава
Изобретение относится к анализу водных сред
Изобретение относится к аналитической химии применительно к разделению меди (I) и меди (II)
Изобретение относится к способу экстракционной очистки регенерированного урана и может быть использовано в технологических процессах при переработке облученного ядерного топлива
Изобретение относится к химической технологии и предназначено для очистки сточных вод, содержащих ароматические амины

Изобретение относится к области устройств для процессов разделения веществ в системах жидкость-жидкость и газ-жидкость методами сорбции, экстракции и хроматографии и может быть использовано в химической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ
Наверх