Способ разделения ионов

 

О П И С А Н И Е (и) 543333

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со)вз Советских

Социалистических

Респтбчик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 03.11.72 (21) 1843633/26 (51) М Кл 2 В OID 59/46 (23) Приоритет — (32) 03.11.71 (31) P 2154655.4 (33) ФРГ

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Опубликовано 15.01.77. Бюллетень М 2 (53) УДК 621.039.333 (088.8) па делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 18.02.77 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Абдель-Латиф Билал (АРЕ), Клаус Мечер (ФРГ), Карл-Эрик Зимен (Швеция) Бернхард Мюлиг, Христоф Рейхмут и Бернд Шварц (ФРГ) Иностранная фирма

Хан-Мейтнер — Институт фюр Кернфоршунг, Берлин ГмбХ (Западный Берлин) (71) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ

Изобретение относится к технологии процесса разделения урана, трансурановых элементов и элементов, появляющихся в облученных ядерных топливах, в особенности для переработки использованных, облученных ядерных топлив.

Известен способ разделения ионов путем обработки раствора, содержащего ионы различных элементов, в электрическом поле с одновременным введением в поток обрабатываемого раствора противотоком или под углом к последнему дополнительного потока раствора, содержащего комплексообразующее соединение для разделяемых ионов. Дополнительный поток компенсирует среднюю скорость ионов, перемещающихся в электрическом поле и подлежащих разделению. B соответствии с своей подвижностью разделяемые ионы перемещаются вверх и вниз по потоку обрабатываемого раствора и таким образом разделяются (11.

Известный способ может быть применен в препаратпвной и аналитической химии. Условпя проведения известного способа для разделения урана, трансурановых элементов и элементов, являющихся продуктами расщепления ядерных горючих, неизвестны.

Для разделения смесей, содержащих уран, трансурановые элементы, являющиеся продуктами распада ядерного горючего, по предлагаемому способу в разделяемую смесь элементов вводят азотную и уксусную кислоты и в качестве комплексообразующего соединения вводят уксусную кислоту или ес смесь с азотной кислотой.

В разделяемую смесь элементов сначала можно вводить концентрированную азотную кислоту, а затем уксусную и после этого денитрующее вещество, например муравьиную кислоту или формальдегид до остаточной концентрации азотной кислоты 0,01 — 2,0 н., пред20 почтительно 0,05 — 0,2 н., прп концентрации уксусной кислоты 0,1 — 4,0 н., предпочтительно

1,5 — 2,5 н.

543333

2Ý

4«

В обрабатываемый поток, содержащий смесь разделяемых элементов можно вводить несколько дополнительных потоков, разделенных ионопроницаемыми диафрагмами tt процесс можно повторять многократно.

При восстановлении азотной кислоты до газообразной двуокиси азота муравьиной кислотой плп формальдегпдом в растворе восстанавливаются и осаждаются также некоторые элементы: Pd (в виде металла), Ag (в виде металла и частично в виде AoiBt), Nb (в виде

Nb 0 ), Те (в виде ТеО ), Se (в виде металла) и часть Мо (в виде МоОЗ). Оставшийся в растворе Мо находится в виде полимолибдата и удаляется как таковой с анионной фракцией при электролизе.

После удаления выпавших из раствора твердых веществ, раствор содержит еще Рц в виде нейтрального комплекса, U, Np, Am, Cm, Rb, Cs, Sr, Ва, Zr, Кп, Rh, Cd, In, La, Се, Рг, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd u Tb в виде простых или комплексных ионов (катионов), а также нитрат-ионов и незначительные количества полимолибдата, а также ТсΠ— 4-ионов.

На чертеже приведено схематическое изображение разделительной колонны.

Разделительная колонна 1 состоит из открытой сверху, разделенной на камеры диафрагмами 2, ванны, в которой на определенном расстоянии от катода 3 расположена диафрагма 4, которая позволяет ионам перемещаться в электрическом поле между катодом 3 и анодом 5, но предотвращает перемещение потоков. По трубке б подается противопоток жидкости, например чистая или содержащая азотную кислоту уксусная кислота; по трубке 7— содержащий азотную кислоту раствор уксусной кислоты; по трубке 8 — подлежащая разделению смесь элементов. По трубкам 9 и 10 стекают жидкостные потоки. Теплота потока отводится с помощью охлаждающих элементов, которые находятся в отдельных камерах.

Норма подачи потока по трубке б выбирается так, чтобы раствор постоянно имел кислую реакцию и чтобы мигрирующие между диафрагмой 2 и трубкой 6 катионы не достигали ка тода.

Нормы расхода потоков, подаваемых по трубкам б, 7 и 8, устанавливаются такими, чтобы в ванне было постоянное стационарное состояние, обеспечивающее непрерывное получение выделяемых компонентов смеси в трубках 9 и 10.

При использовании нескольких разделительных колонн из разделительной колонны 1 вытекает плутоний с анионами по трубке 10 (фракция I); из вытекающего раствора плутоний осаждается как гидроокись плутония (растворимость Pu(OH) 4 — — 10 — ") или как оксалат. Осаждение гидроокиси может осуществляться образующимися на катоде ионами ОН, благодаря чему получается очень чистый осадок. По другому варианту можно абсорбировать ТсΠ— 4 и полимолибдат на ан оните, причем плутоний вытекает очень чистым. Катионная фракция, которая вытекает из разделительной колонны 1 через трубку 10 попадает затем в следующую разделительную колонну.

Рабочие харакvepttct tt«tt «ыбраны так, чтобы: е„ионов урана (V «, всех других катионов, где е — местная напряженность поля;

V — средняя скорость потока; U — миграционная способность ионов.

Это условие легко собл одать, так как миграционная способность U-ионов в рассматриваемой системе примерно до фактора 0,5 меньше, чем таковая более быстрых ближайших ХрО +-ионов. Уран (фракцпя II) вытекает через трубку 10 второй разделительной колонны, а фракция III, которая содержит остальные катионы, через трубку 9 этой колонны. Эта фракция III разделяется либо в периодическом процессе в следующей разделительной колонне (как на приведенном чертеже только без разделительной диафрагмы 4), в которой уксусная кислота идет как противоток от катода к аноду, либо в одноступенчатом непрерывном процессе.

При таких условиях и рН цирконий образует в солевой области комплексы, которые перемещаются к аноду и уносятся вытекающей

iKидкостью.

Одпоступенчатое непрерывное разделение ионов из смеси, содержащей более 2 компонентов, может быть осуществлено в нескольких, расположенных рядом друг с другом, разделенных на камеры диафрагмами разделительных ячейках, которые связаны между собой механически и электролитпческими перепусками.

Если разделяют смеси, содержащие более двух компонентов, в многоступенчатом процессе, то их повторно разделяют на две фракции, пз которых одна (внизу потока) содержит самые медленные компоненты, а вторая (вверху потока) — все остальные компоненты. Эта вторая фракция получается в несколько ступеней по аналогичному принципу. Каждая отдельная ступень состоит из противоточной разделительной колонны, например такая, как приведенная на чертеже, с диафрагмами или без нпх, связанной с помощью электролптического ключа с дополнительным сосудом, который может быть другой противоточной электролитпческой разделительной колонной, но к которой не предъявляются никакие определенные требования относительно ее разделяющих характеристик. В то время как между катодом и анодом протекает электрический ток 1, между анодом и вспомогательным электродом, расположенном в дополнительном сосуде, протекает ток 1+Л1. Медленные компоненты вытекают из разделительной колонны с противоточной жидкостью, а более быстрые компоненты с помо«пью переносного тока Л1 перепускаются через электролит«ческий ключ в дополнительный сосуд и с определенной скоростью поступают в следующие каскады, 543333

Формула изобретения

Составитель Ф. Львович

Техред Л. Гладкова Корректор Т. Добровольская

Редактор Л. Емельянова заказ 129)3 Изд. М 136 Тираж 899 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1. Способ разделения ионов путем обработки раствора, содержащего ионы различных элементов, в электрическом поле с одновременным введением в поток обрабатываемого раствора противотоком или под углом к последнему дополнительного потока раствора, содержащего комплексообразующее соединение для разделяемых ионов, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью разделения смесей, содержащих трансурановые элементы и элементы, являющиеся продуктами распада ядерного горючего, в разделяемую смесь элементов вводят азотную и уксусную кислоты, и в качестве комплексообразующего соединения используют уксусную кислоту или ее смесь с азотной кислотой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в разделяемую смесь вводят концентрированную азотную кислоту, затем добавляют уксусную кислоту, после чего вводят денитрующее вещество, например муравыиную кислоту или формальдегид, до остаточной концентра5 ции азотной кислоты 0,01 — 2,0 н., предпочтительно 0,05 — 0,2 н., при концентрации уксусной кислоты 0,1 — 4,0 н., предпочтительно 1,5—

2,5 н.

10 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч и ю шийся тем, что в обрабатываемый поток вводят «есколько дополнительных потоков.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс разделения смеси повторяют мно15 гократно.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Chemic — Ingenier — Technil<., 42, 1090—

20 1094, 1970.