СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЛАНТАНИДОВ И АКТИНИДОВ ИЗ АЗОТНО-КИСЛЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2002 года по МПК C01F17/00 C01G56/00 

Изобретение относится к области выделения радионуклидов и может быть использовано для переработки азотно-кислых отходов радиохимических производств.

Известен способ извлечения лантанидов и актинидов из азотно-кислых сред растворами фосфиноксида разнорадикального (ФОР) в декане /Proceeding of the International Topical Meeting Nuclear Hazardous Waste Management. SPECTRUM'96 (ANS: La Grange Park, IL, 1996), p.2308/. Недостатком этого способа являются недостаточно высокие коэффициенты распределения трехвалентных лантанидов и актинидов в растворах азотной кислоты с концентрацией последней более 2 моль/л. Кроме того, упомянутый экстрагент является легкой фазой по отношению к азотно-кислым отходам радиохимических производств, а значительное количество имеющегося экстракционного оборудования адаптировано для работы с тяжелыми экстрагентами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ извлечения лантанидов и актинидов из азотно-кислых растворов экстракцией растворами фосфиноксида разнорадикального в тяжелых фторированных или хлорированных инертных разбавителях, например гексахлорбутадиене или метанитробензотрифториде /Вторая российская конф. по радиохимии. Тез. докл. - Димитровград: НИИАР, 1997. - 207 с./, выбранный в качестве прототипа. Недостатком данного способа являются недостаточно высокие коэффициенты распределения трехвалентных лантанидов и актинидов в растворах азотной кислоты с концентрацией последней более 2 моль/л.

Задачей изобретения является повышение эффективности извлечения трехвалентных лантанидов и актинидов из растворов радиохимических производств с концентрацией азотной кислоты более 2 моль/л.

Поставленная задача достигается тем, что извлечение лантанидов и актинидов раствором ФОР в тяжелом инертном разбавителе проводят в присутствии трибутилфосфата (ТБФ) в количестве от 10 до 60% от общего объема органической фазы, причем общее количество ФОР и ТБФ не должно превышать 80% от общего объема органики. При меньшем количестве ТБФ в органической фазе эффект повышения коэффициентов распределения трехвалентных лантанидов и актинидов практически нивелируется, а увеличение его количества может привести к инверсии фаз.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что в составе органической фазы присутствует дополнительный компонент - трибутилфосфат. Таким образом, заявляемый способ соответствует требованию "новизна".

Из литературы известно, что разбавленный ТБФ слабо экстрагирует трехвалентные лантаниды и актиниды в области кислотности, соответствующей отходам радиохимических производств. Кроме того, известно, что полярные разбавители оказывают негативное воздействие на экстракцию лантанидов и актинидов нейтральными фосфорорганическими экстрагентами. Таким образом, на основании литературных данных можно было предполагать, что ведение ТБФ, являющегося полярным соединением, в экстрагент на основе ФОР понизит экстракционную способность последнего.

В таблице 1 приведены абсолютные (К_d) и относительные (К_d') коэффициенты распределения европия (III) из азотно-кислых растворов, наблюдающиеся при контакте с эктрагентом, содержащим 20% фосфиноксида разнорадикального и различные количества ТБФ в инертном разбавителе гексахлорбутадиене. Величина К_d' здесь и далее равняется отношению К_d/ К_d ⁰, где К_d ⁰ - коэффициент распределения элемента в отсутствии ТБФ в зкстрагенте.

В таблице 2 приведены абсолютные (К_d) и относительные (К_d') коэффициенты распределения европия (III) из азотно-кислых растворов, наблюдающиеся при контакте с эктрагентом, содержащим 40% фосфиноксида разнорадикального и различные количества ТБФ в инертном разбавителе метанитробензотрифториде.

В таблице 3 приведены абсолютные (К_d) и относительные (К_d') коэффициенты распределения америция (III) из 3 моль/л раствора азотной кислоты в присутствии различных количеств нитрата натрия - обычного компонента в растворах радиохимических производств, наблюдающиеся при контакте с эктрагентом, содержащим 40% фосфиноксида разнорадикального и различные количества ТБФ в инертном разбавителе гексахлорбутадиене.

Из таблиц 1-3 следует, что извлечение лантанидов и актинидов ФОР в присутствии ТБФ в области низкой кислотности - до 1 моль/л по азотной кислоте, как и ожидалось, ухудшается, хотя это ухудшение не является фатальным, поскольку коэффициенты распределения существенно превышают единицу. В то же время при повышенной кислотности более 2 моль/л, где обычно извлечение лантанидов и актинидов фосфиноксидом разкорадикальным затруднено, в присутствии ТБФ наблюдается очевидный синергетический эффект, позволяющий при организации многоступенчатой экстракции работать в области кислотности до 3 моль/л по азотной кислоте, что в условиях радиохимических производств имеет большое положительное значение.

Обнаруженный синергетический эффект является новым и неожиданным, что позволяет признать заявляемое техническое решение соответствующим требованию "изобретательский уровень".

Возможность осуществления заявляемого технического решения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Водная фаза представляла собой 2 моль/л азотно-кислый раствор, содержащий 20 г/л натрия, 5 г/л алюминия, 5 г/л железа, 1 г/л никеля, 2 г/л смеси лантанидов, 20 мг/л америция, 1 г/л урана, 5 мг/л плутония. Органическая фаза содержала следующие объемные доли компонентов - 30% ФОР, 10% ТБФ, 60% метанитробензотрифторид. Фазы перемешивали в течение 3 мин, а затем разделили центрифугированием. Коэффициент распределения европия составил 7,3, америция - 8,1, урана - более 100, плутония - более 100.

Пример 2. Водная фаза представляла собой 1 моль/л азотно-кислый раствор, содержащий элементы, аналогичные примеру 1. Органическая фаза состояла в объемных долях из 20% ФОР, 60% ТБФ, 20% гексахлорбутадиена. После трех минут контакта и разделения фаз коэффициенты распределения составили для европия -8,5, для америция - 9,7, для урана - более 100, плутония - более 100.

Пример 3. Водная фаза представляла собой 2,5 молъ/л азотно-кислый раствор. Остальные условия в части состава водной и органической фаз соответствовали примеру 2. После трех минут контакта и разделения фаз коэффициенты распределения составили для европия - 1,15, для америция - 1,4, для урана - более 100, плутония - более 100.

Пример 4. Водная фаза представляла собой 3 моль/л азотно-кислый раствор, содержащий элементы, аналогичные примеру 1. Органическая фаза состояла в объемных долях из 40% ФОР, 20% ТБФ, 40% гексахлорбутадиена. После трех минут контакта и разделения фаз коэффициенты распределения составили для европия - 1,25, для америция - 1,7, для урана - более 100, плутония - более 100.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что введение от 10 до 60% ТБФ в экстрагент на основе фосфиноксида разнорадикального в инертном хлорированном или фторированном разбавителе при условии, что общая доля фосфорорганических реагентов не будет превышать 80%, позволяет эффективно извлекать лантаниды и актиниды в диапазоне кислотности до 3 моль/л по азотной кислоте.

Использование: процессы переработки азотно-кислых отходов радиохимических производств экстракцией. Задача: повышение эффективности извлечения трехвалентных лантанидов и актинидов из растворов радиохимических производств с концентрацией азотной кислоты более 2 моль/л. Сущность изобретения: извлечение лантанидов и актинидов раствором фосфиноксида разнорадикального (ФОР) в тяжелом инертном разбавителе проводят в присутствии трибутилфосфата (ТБФ) в количестве 10 - 60% от общего объема органической фазы. Общее количество ФОР и ТБФ не должно превышать 80% от общего объема органики. Положительный эффект: увеличение диапазона кислотности, в котором лантаниды и актиниды извлекаются достаточно эффективно, позволит исключить операции разбавления или нейтрализации при подготовке азотно-кислых растворов к экстракции. 3 табл.

Способ извлечения лантанидов и актинидов из азотно-кислых растворов, включающий их экстракцию растворами фосфиноксида разнорадикального в тяжелых фторированных или хлорированных инертных разбавителях, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии трибутилфосфата в количестве 10-60% от общего объема органической фазы, причем общее количество фосфиноксида разнорадикального и трибутилфосфата не должно превышать 80% от общего объема органики.