СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АМЕРИЦИЯ Российский патент 2019 года по МПК C22B60/02 C22B3/26 

Описание патента на изобретение RU2689466C1

Изобретение относится к радиохимическим технологиям, в частности, к извлечению америция из рафинатов от экстракционной переработки плутонийсодержащих азотнокислых растворов, проводимой с целью переочистки плутония.

Известно, что америций хорошо экстрагируется неразбавленным трибутилфосфатом из растворов, содержащих значительное количество азотнокислых солей - высаливателей, предпочтительно нитрата алюминия (Землянухин В.И., Савоскина Г.П., Пушленков М.Ф. Радиохимия, 1961, т. 3, в. 4, с. 411). Однако, такой способ неудобен для применения в технологическом процессе (высокая вязкость экстрагента, проблемы утилизации водного раствора).

Более технологичным является способ извлечения америция из отходов химико-металлургического производства, включающий растворение отходов, экстракцию америция из полученного раствора твердым экстрагентом на основе фосфиноксида разнорадикального (ТВЭКС-ФОР), промывку экстракта, реэкстракцию америция и оксалатное осаждение америция из реэкстракта (патент РФ №2 508 413, опубл. 27.02.2014 г., бюл. №6). ТВЭКС-ФОР, получаемый сополимеризацией стирола и дивинилбензола в присутствии экстрагента (ФОР), имеет фактуру ионита, что позволяет использовать твердый экстрагент без применения экстракционного оборудования; в простейшем случае извлечение америция осуществляют при одноразовом контакте твердого экстрагента с водным раствором при выбранном соотношении фаз.

По решаемой задаче способ наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

При анализе выполнения процесса извлечения америция по способу-прототипу выявлены недостатки способа:

- процесс извлечения и концентрирования с применением твердого экстрагента является периодическим, следовательно, длительным и малопроизводительным;

- на всех стадиях работы ТВЭКС-ФОР происходит вымывание экстрагента из полимерной матрицы, что приводит к нестабильности технологических показателей и сокращению технологического ресурса ТВЭКСа;

- при извлечении америция из кислого водного раствора степень концентрирования америция невысокая, коэффициент распределения америция на стадии экстракции - менее 102.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение извлечения и концентрирования америция в непрерывном и стабилизированном экстракционном процессе.

Указанный технический результат достигается в способе извлечения америция из азотнокислых растворов, включающем подготовку растворов к экстракции, использование фосфиноксида разнорадикального в качестве экстрагента и реэкстракцию америция, отличающемся тем, что азотнокислый раствор, содержащий америций, нейтрализуют до остаточного содержания кислоты, отвечающего интервалу значений рН=1,5-2,5. Нейтрализацию проводят в две стадии. На первой стадии используют щелочной реагент, предпочтительно гидроксид или карбонат натрия с окончанием первой стадии при достижении рН=0,8-1,0. На второй стадии используют буферный реагент, предпочтительно аминоуксусную кислоту (глицин) в количестве, обеспечивающем интервал значений рН=1,5-2,5 в нейтрализованном растворе. Из подготовленного раствора экстрагируют америций раствором ФОР в инертном разбавителе с последующей реэкстракцией америция из органической фазы, при этом операции экстракции и реэкстракции осуществляют в массообменных сепараторах при прямоточном движении фаз в сепарирующем слое.

В качестве экстрагента используют раствор ФОР с концентрацией 35-45 об.% в инертном разбавителе.

Извлечение америция осуществляют при соотношении потоков органической (О) и водной (В) фаз на операции экстракции O:В=1:(15-25) и на операции реэкстракции O:В=(15-25): 1.

Нейтрализация азотнокислого раствора до приведенного выше интервала значений рН позволяет реализовать максимальные значения коэффициентов распределения америция для системы ФОР-НNO3-NаNO)3, а проведение нейтрализации в две стадии с применением на второй стадии буферного реагента делает операцию нейтрализации технологически устойчивой, исключающей ошибки при дозировке реагентов с переходом в щелочную область.

Использование ФОР в виде раствора в инертном разбавителе позволяет вести процесс извлечения америция в непрерывном режиме, а использование массообменных сепараторов позволяет проводить операции экстракции и реэкстракции при соотношении потоков фаз, недоступном для других экстракторов (В.И. Волк, С.Н. Веселов, А.А. Жеребцов, В.Н. Рубисов. Радиохимия, 2010, т. 52, в. 5, с. 428).

Выбранный концентрационный интервал, 35-45 об.% ФОР в разбавителе, обеспечивает высокие значения коэффициента распределения америция при сохранении приемлемых гидродинамических показателей (плотность 40% ФОР в декане -0,8 г/см3, вязкость -3,7 сСт).

Пример выполнения. Предлагаемый способ был проверен при извлечении америция из раствора следующего состава: HNO3 - 2,3 моль/л, Am - 35 мг/л, Рu - 15 мг/л. Такой состав типичен для рафинатов экстракционной переочистки плутония.

Для подготовки раствора к экстракции использовали раствор гидроксида натрия с концентрацией NaOH 19 моль/л и раствор глицина с концентрацией H2NCH2COOH 5 моль/л. Первую стадию нейтрализации проводили при подаче раствора щелочи под зеркало раствора при интенсивном перемешивании и завершали при рН=0,85, вторую стадию - в таких же условиях и завершали при рН=2,1. Суммарное увеличение объема раствора за две стадии составило 7,3%, состав откорректированного раствора (потока питания для экстракционной переработки): NaNO3 - 2,14 моль/л, рН - 2,1, Am - 32,6 мг/л, Рu - 14 мг/л.

Для экстракционной переработки использовали два сепаратора с верхней камерой разделения фаз. Сепарирующий слой каждого был сформирован металлосферическим порошком из нержавеющей стали, диаметр зерен 0,4-0,6 мм. Внутренний диаметр зоны загрузки сепарирующего слоя первого сепаратора (экстракция америция) - 5 см, второго (реэкстракция америция) - 1,2 см, высота загрузки в каждом сепараторе - 50 см.

Экстрагент - 40 об. % ФОР в декане, реэкстрагент - 5% раствор карбоната аммония с добавкой 5 г/л диэтилентриаминпентауксусной кислоты.

Экстракционную переработку осуществляли следующим образом. Экстрагент и поток питания совместно подавали на входное сечение первого сепаратора. Расход водного потока 4,67 л/час, органического потока 0,23 л/час. Из камеры разделения фаз водный поток поступал в сборник рафината, органический поток (экстракт) совместно с реэкстрагентом подавался на входное сечение второго сепаратора, расход реэкстрагента -0,0115 л/час. Транспортировку каждого из потоков через зернистые слои сепараторов осуществляли перистальтическими насосами. Нагрузка по сумме фаз на входное сечение составляла 2,5 м32⋅ч на первом сепараторе и 2,14 м32⋅ч на втором, что оптимально для процесса.

Всего было переработано 20,6 литров потока питания и получено 0,05 л реэкстракта. Периодически, через каждый час, отбирали пробы потоков, выходящих из сепараторов, и анализировали на содержание америция и плутония. Усредненные результаты анализов представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ, включающий заявляемые условия подготовки азотнокислого раствора америция к экстракции и проведения экстракционного процесса, позволил достичь следующих показателей:

- степень концентрирования америция - 400

- степень извлечения америция - 98%,

что по конечному результату многократно превосходит показатели способа-прототипа. Извлечение америция осуществляется в стабильном непрерывном процессе.

Близкие показатели получены и для плутония, что вполне ожидаемо при использовании мощного экстрагента (фосфиноксида разнорадикального) в заявляемых условиях. Это обстоятельство является дополнительным преимуществом предлагаемого способа, снижающим потери плутония на операции его переочистки. Концентрат америция после корректировки состава (подкисление до 2-3 моль/л свободной азотной кислоты) возвращается отдельной партией на узел переочистки плутония, на котором по известному способу получают раздельно америциевый (рафинат) и плутониевый (реэкстракт) продукты.

Похожие патенты RU2689466C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ЦЕЗИЯ, СТРОНЦИЯ, ТЕХНЕЦИЯ, РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ И АКТИНИДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1999
  • Зайцев Б.Н.
  • Есимантовский В.М.
  • Лазарев Л.Н.
  • Дзекун Е.Г.
  • Романовский В.Н.
  • Тодд Терри Аллен
  • Брюер Кен Нил
  • Хербст Роналд Скотт
  • Лоу Джек Дуглас
RU2180868C2
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АМЕРИЦИЯ ИЗ ОТХОДОВ 2012
  • Селявский Вадим Юрьевич
  • Герасименко Максим Николаевич
  • Евстафьев Алексей Алексеевич
  • Житков Сергей Александрович
  • Скрипников Владимир Васильевич
  • Шиманский Сергей Анатольевич
RU2508413C1
СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ ДИОКСИДА ПЛУТОНИЯ, СКРАПА МОКС-ТОПЛИВА И ИЗВЛЕЧЕНИЯ АМЕРИЦИЯ 2020
  • Мацеля Владимир Иванович
  • Бараков Борис Николаевич
  • Попков Владислав Александрович
  • Апальков Глеб Алексеевич
  • Карпенко Александр Александрович
  • Бычков Сергей Иванович
  • Гаврилов Пётр Михайлович
  • Кравченко Вадим Альбертович
RU2732081C1
СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ (ВАО) С ФРАКЦИОНИРОВАНИЕМ РАДИОНУКЛИДОВ 2007
  • Гаврилов Петр Михайлович
  • Ревенко Юрий Александрович
  • Бондин Владимир Викторович
  • Бычков Сергей Иванович
  • Лапшин Борис Михайлович
  • Кривицкий Юрий Григорьевич
  • Алексеенко Владимир Николаевич
  • Алексеенко Сергей Николаевич
  • Волк Владимир Иванович
RU2355057C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ ОТ АМЕРИЦИЯ 2019
  • Обедин Андрей Викторович
  • Алексеенко Владимир Николаевич
  • Жабин Андрей Юрьевич
  • Поляков Игорь Евгеньевич
  • Дьяченко Антон Сергеевич
  • Коробейников Артем Игоревич
  • Аксютин Павел Викторович
RU2713010C1
СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОБЛУЧЕННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 2020
  • Волк Владимир Иванович
  • Алексеенко Владимир Николаевич
  • Меркулов Игорь Александрович
  • Обедин Андрей Викторович
  • Подрезова Любовь Николаевна
  • Рубисов Владимир Николаевич
RU2727140C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЛАНТАНИДОВ И АКТИНИДОВ ИЗ АЗОТНО-КИСЛЫХ РАСТВОРОВ 2000
  • Громов Г.Ф.
  • Дзекун Е.Г.
  • Домнин В.В.
  • Логунов М.В.
  • Квасницкий И.Б.
  • Зайцев Б.Н.
  • Мезенцев В.А.
  • Уфимцев В.П.
  • Романовский В.Н.
RU2193012C2
ЭКСТРАКЦИОННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТПЭ И РЗЭ ИЗ ВЫСОКОАКТИВНОГО РАФИНАТА ПЕРЕРАБОТКИ ОЯТ АЭС И СПОСОБ ЕЁ ПРИМЕНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2016
  • Голецкий Николай Дмитриевич
  • Зильберман Борис Яковлевич
  • Мясоедов Борис Федорович
  • Наумов Андрей Александрович
  • Романовский Валерий Николаевич
RU2623943C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ С ФРАКЦИОНИРОВАНИЕМ РАДИОНУКЛИДОВ 2019
  • Хаперская Анжелика Викторовна
  • Меркулов Игорь Александрович
  • Сеелев Игорь Николаевич
  • Алексеенко Владимир Николаевич
  • Голецкий Николай Дмитриевич
  • Зильберман Борис Яковлевич
  • Наумов Андрей Александрович
  • Камаева Елена Андреевна
  • Петров Юрий Юрьевич
  • Блажева Ирина Владимировна
RU2709826C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СИДЕРИТОВЫХ РУД 2022
  • Рычков Владимир Николаевич
  • Кириллов Евгений Владимирович
  • Кириллов Сергей Владимирович
  • Буньков Григорий Михайлович
  • Смышляев Денис Валерьевич
  • Боталов Максим Сергеевич
  • Таукин Асланбек Оразбаевич
  • Дудчук Игорь Анатольевич
RU2795929C1

Реферат патента 2019 года СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АМЕРИЦИЯ

Изобретение относится к способу извлечения америция из рафинатов от экстракционной переработки плутонийсодержащих азотнокислых растворов, проводимой с целью переочистки плутония. Способ включает подготовку растворов к экстракции, использование фосфиноксида разнорадикального (ФОР) в качестве экстрагента и реэкстракцию америция. Азотнокислый раствор, содержащий америций, нейтрализуют до остаточного содержания кислоты, отвечающего интервалу значений рН=1,5-2,5. Нейтрализацию проводят в две стадии. На первой стадии используют щелочной реагент, предпочтительно гидроксид или карбонат натрия с окончанием первой стадии при достижении рН=0,8-1,0. На второй стадии используют буферный реагент, предпочтительно аминоуксусную кислоту (глицин) в количестве, обеспечивающем в нейтрализованном растворе интервал значений рН=1,5-2,5. Из подготовленного раствора экстрагируют америций раствором ФОР в инертном разбавителе с последующей реэкстракцией америция из органической фазы. Операции экстракции и реэкстракции осуществляют в массообменных сепараторах при прямоточном движении фаз в сепарирующем слое. Техническим результатом является повышение извлечения и концентрирования америция. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 689 466 C1

1. Способ извлечения америция из азотнокислых растворов, включающий подготовку растворов к экстракции, экстракцию с использованием фосфиноксида разнорадикального (ФОР) в качестве экстрагента и реэкстракцию америция, отличающийся тем, что азотнокислый раствор, содержащий америций, нейтрализуют до остаточного содержания кислоты, отвечающего интервалу значений рН=1,5-2,5, при этом нейтрализацию проводят в две стадии, на первой стадии используют щелочной реагент, предпочтительно гидроксид или карбонат натрия с окончанием первой стадии при достижении рН=0,8-1,0, на второй стадии используют буферный реагент, предпочтительно аминоуксусную кислоту (глицин), в количестве, обеспечивающем в нейтрализованном растворе интервал значений рН=1,5-2,5, из подготовленного раствора экстрагируют америций раствором ФОР в инертном разбавителе с последующей реэкстракцией америция из органической фазы, при этом экстракцию и реэкстракцию осуществляют в массообменных сепараторах при прямоточном движении фаз в сепарирующем слое.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют раствор ФОР с концентрацией 35-45 об.%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что извлечение америция осуществляют при соотношении потоков органической (О) и водной (В) фаз при экстракции O : В=1:(15-25) и при реэкстракции O : В=(15-25):1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2689466C1

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АМЕРИЦИЯ ИЗ ОТХОДОВ 2012
  • Селявский Вадим Юрьевич
  • Герасименко Максим Николаевич
  • Евстафьев Алексей Алексеевич
  • Житков Сергей Александрович
  • Скрипников Владимир Васильевич
  • Шиманский Сергей Анатольевич
RU2508413C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АМЕРИЦИЯ 2011
  • Селявский Вадим Юрьевич
  • Герасименко Максим Николаевич
  • Евстафьев Алексей Алексеевич
  • Житков Сергей Александрович
  • Скрипников Владимир Васильевич
  • Шиманский Сергей Анатольевич
RU2477758C1
RU2006139856 A, 20.05.2008
WO0228778 A1, 11.04.2002
US4318893 A, 09.03.1982.

RU 2 689 466 C1

Авторы

Меркулов Игорь Александрович

Алексеенко Владимир Николаевич

Дьяченко Антон Сергеевич

Тихомиров Денис Валерьевич

Скурыдина Евгения Сергеевна

Волк Владимир Иванович

Даты

2019-05-28Публикация

2018-09-11Подача