СПОСОБ ОЧИСТКИ ВИСМУТА Российский патент 2014 года по МПК C22B30/06 C22B9/05 C22B3/26 C25C1/22 

Изобретение относится к области гидрометаллургии редких элементов, а именно к способам глубокой очистки висмута от радиоактивных загрязнений ²¹⁰Ро, при использовании солянокислых растворов.

Солянокислые растворы при извлечении и рафинировании висмута используются с первой половины 20 века (авторское свидетельство СССР №61793, кл. 40а, 45₄₀, заявлено 11.06.1940). Однако без специальной очистки образующихся солянокислых растворов не удается получить высокочистый металл.

Известные экстракционные методы очистки висмутсодержащих растворов от полония касаются в основном выделения полония из растворов облученного висмута с высоким содержанием ²¹⁰Ро порядка 3·10^-2 г/л (Ершова З.В., Волгин А.Г. Полоний и его применение. М., Атомиздат, 1974, стр.172, 176-178) и не решают задачу глубокой очистки висмута от загрязнения полонием.

Известен также способ извлечения селена и теллура из растворов экстракцией непредельными углеводородами, в частности гексеном-1 (SU 1018676 А, 23.05.83, Бюл. №19). Данный способ эффективен только при добавлении в раствор определенных количеств бромистоводородной кислоты. Однако использование дополнительных реагентов неизбежно ведет к загрязнению конечного продукта, а также к нарушению процесса электрорафинирования в предлагаемом способе. Кроме того, возможность данной методики для глубокой очистки висмута от ²¹⁰Ро не исследовалась, при этом в известном способе концентрация в растворе Se и Те ~ в 10¹⁰ раз выше, чем концентрация ²¹⁰Ро в предлагаемом способе.

Наиболее близким принятым за прототип является способ очистки висмута, включающий электрорафинирование висмута в электролите, содержащем соляную кислоту, плавление полученной висмутовой губки и последующее барботирование расплава инертным газом (RU 2281979 С2, 20.08.2006). При этом содержание свинца в очищенном висмуте не превышает 1×10^-5 % (мас). Однако данный способ не позволяет удалять примесь ²¹⁰Ро.

Задачей изобретения является проведение глубокой очистки висмута от радиоактивных загрязнений ²¹⁰Ро.

Техническим результатом применения изобретения является получение высокочистого висмута с пониженным содержанием ²¹⁰Ро.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки висмута перед электрорафинированием висмута из исходного висмута изготавливают анод, приготавливают электролит в виде солянокислого раствора висмута и приводят его в контакт с органической фазой, содержащей гексен-1 и порошок активированного угля, для экстракции радиоактивной примеси полония с последующим плавлением полученной висмутовой губки и барботированием расплава инертным газом.

Отличительными признаками способа является то, что перед электрорафинированием из исходного висмута, содержащего радиоактивный полоний, изготавливают анод, приготавливают электролит в виде солянокислого раствора висмута и приводят его в контакт с органической фазой, содержащей гексен-1 и порошок активированного угля, для экстракции радиоактивного полония.

Предлагаемый способ состоит из последовательных стадий очистки: экстракция из солянокислого раствора висмута микропримеси ²¹⁰Ро органической фазой, содержащей гексен-1 и порошок активированного угля, и далее согласно прототипу электрорафинирование висмута в солянокислом растворе, плавление полученной висмутовой губки и барботирование расплава инертным газом.

Микропримесь ²¹⁰Ро для висмута является одной из наиболее трудноудаляемых. Повышенное содержание ²¹⁰Ро связано с использованием вторичного сырья в производстве металлического висмута. Для ряда применений висмута содержание ²¹⁰Ро жестко регламентировано. Например, при использовании в производстве кристаллов ортогерманата висмута Bi₄Ge₃О₁₂ (сокращенно BGO), применяемых в качестве сцинтилляторов при проведении низкофоновых измерений, висмут должен быть свободен от радиоактивных загрязнений, которые определяют повышенный собственный фон кристаллов при измерении. Практика показывает, что высокий собственный радиоактивный фон обусловлен случаями загрязнения монокристаллов BGO α-активным ²¹⁰Ро (D.N. Grigoriev, V.F. Kazanin, G.N. Kuznetcov, I.I. Novoselov, P. Schotanus, B.M. Shavinskiy, S.N. Shepelev, V.N. Shlegel, Ya.V. Vasiliev "Alpha radioactive background in BGO crystals" Nuclear Instruments and Methods in Physics research A 623 (2010) 999-1001).

Следует отметить, что оценка содержания Ро в коммерчески доступном висмуте, проведенная по результатам измерений α-активности товарного висмута чистотой 99,99%, может составлять порядка ~10^-14-10^-13 мac.%. Такое высокое содержание Ро не позволяет использовать коммерчески доступное сырье без его предварительной очистки в производстве низкофоновых кристаллов Bi₄Ge₃О₁₂, что заставляет искать способ очистки висмута от микропримеси полония.

Для очистки исходного сырья от ²¹⁰Ро предлагается использовать процесс экстракции ²¹⁰Ро из солянокислого раствора висмута в органическую фазу, содержащую гексен-1 и порошок активированного угля. В таком процессе исключается выведение из оборота загрязненого радиоактивными примесями висмута, что снижает потери целевого продукта. С целью повышения эффективности экстракции целесообразно увеличить площадь контакта органической и водной фаз, например, путем смешения жидкого органического экстрагента с порошком активированного угля.

Эффективность удаления ²¹⁰Ро предлагаемым способом контролировали измерением α-активности специально отлитых висмутовых образцов, имеющих форму диска диаметром 23 мм и толщиной 2,4 мм. Поверхность образца с торцов диска тщательно отшлифовывалась.

Измерения α-активности проводили на альфа-спектрометре 7184 (EURISYS MESURES, Франция) с использованием низкофонового кремниевого детектора UBL 450 площадью 450 мм² и разрешением 19 кэВ на линии 5000 кэВ. Установка размещалась в камере низкого фона. Фон прибора при измерениях составлял 6×10^-4 импульс/сек.

Исследования проведены на реальных партиях исходного товарного висмута чистотой 99,99%, входной анализ на α-активность которых обнаруживал превышение фона прибора.

Типичный пример

Из исходного висмута чистотой 99,99% с измеренной α-активностью 1,2×10^-2 импульс/сек изготавливают анод массой 2 кг и приготавливают электролит, которым служит 8М солянокислый раствор с концентрацией висмута 70 г/л. В качестве катода используют угольную пластину. В электролизной ванне между катодом и анодом располагают емкость из лавсановой ткани объемом 400 мл с геометрией катода, заполненной угольным порошком АГ-3, содержащим 15 мас.% гексена-1. Заливают в ванну электролит, выдерживают 20 мин, а затем проводят процесс по известной методике (RU 2281979 С2 20.08.2006), а именно электрорафинирование висмута в солянокислом электролите, плавление полученной висмутовой губки и последующее барботирование расплава инертным газом. После такой обработки содержание ²¹⁰Ро в висмуте уменьшается ~ в 20 раз (измеренная α-активность полученного предложенным способом висмута составляет 6,1×10^-4 импульс/сек при фоне прибора при измерении 6×10^-4 импульс/сек).

При проведении очистки исходного висмута известным способом (RU 2281979 С2 20.08.2006) без применения предложенного экстрагента содержание ²¹⁰Ро в висмуте не уменьшается (измеренная α-активность висмута составляет 1,2×10^-2 импульс/сек).

Изобретение относится к области металлургии редких элементов, а именно к способам глубокой очистки висмута от радиоактивных загрязнений ²¹⁰Ро при использовании солянокислых растворов. В способе очистки висмута перед электрорафинированием висмута в солянокислом растворе раствор приводят в контакт с органической фазой, содержащей гексен-1 и порошок активированного угля. Затем ведут плавление полученной висмутовой губки и барботирование расплава инертным газом. Техническим результатом изобретения является получение высокочистого висмута с пониженным содержанием ²¹⁰Ро. 1 пр.

Способ очистки висмута, включающий электрорафинирование висмута в электролите, содержащем соляную кислоту, плавление полученной висмутовой губки и барботирование расплава инертным газом, отличающийся тем, что перед электрорафинированием висмута осуществляют стадию экстракции радиоактивной примеси полония, для чего из исходного висмута изготавливают анод, приготавливают электролит в виде солянокислого раствора висмута и приводят его в контакт с органической фазой, содержащей гексен-1 и порошок активированного угля.