Способ извлечения цезия Советский патент 1985 года по МПК B01D13/02 

сл

со сл Изобретение относится к способам извлечения и концентрирования цезия и может быть использовано при переработке радиоактивных отходов для удаления и концентрирования радионуклидов цезия при их захоронении. Известен способ извлечения цезия из растворов, согласно которому цезий, содержащий раствор, первоначаль но нейтрализуют аммиаком до рН 2-3 для почти полного (90%) соосаждения с Fe(OH)j примесей Се, Ru, Те и других металлов. Затем 50-процентным раствором NaOH,-содержащим соду, выделяют основную массу редкоземельных металлов. В фильтрате, подкислен ном и нагретом до 90 С, растворяют алюмоаммонийные квасцы до достижени их концентрации 240 г/л. После охлаждения раствора до 4-25°С квасцы отделяют и 2-3 раза перекристаллизовывают. Полученные алюмоцезиевые квасцы (извлечение цезия составляет до 90%) растворяют в воде, затем, нагревая его, пропускают насьщенный аммиаком воздух для отделения А(ОН). Степень извлечения цезия не превюдает 90% Известен способ экстракции цезия из водных растворов, согласно кото- рому цезийсодержащие воды нейтрализуют карбонатом аммония, осадок отфильтровывают, а фильтрат подкисляю соляной кислотой до рН 4-5. После этого раствор отрабатывают нитробен золем, содержащим 0,2 - 0,5 моль/л йода. Полученный экстракт дистиллируют, а осадок прокаливают при 250350 С и получают соль CsJ. Извлечение цезия составляет 82-90% 2 . Недостатки указанного.способа сложность и многостадийность процесса извлечения цезия, строгое соблюдение рН исходных растворов, недостаточная полнота извлечения цезия и недостаточная чистота конечного продукта. Целью изобретеьияЯвляется увели чение степени извлечения и упрощение процесса. Цель достигается тем, что в способе, извлечения цезия из водных растворов, включающем экстракцию, последнюю ведут путем электродиализа в двухкамерном электродиализаторе с жидкой мембраной, содержащей изоокти ловый эфир монометилфосфоновой кисло ты, 4,4-дитетрабутилбензо-24-краун-8 и толуол при следующем соотношении компонентов, мае.%: Изооктиловый эфир монометилфосфоновой кислоты .25-75 4,4-Дитетрабутилбен- зо-24-краун-8 0,01-1,5 Толуол Остальное с подачей в анодное пространство водного раствора цезия, а в катодное - раствора минеральной кислоты. В качестве минеральной кислоты используют соляную, серную и азотную кислоты. Извлечение цезия из жидких радиоактивных отходов ведут следующим образом. В анодное пространство помещают исходный раствор, содержащий цезий, в катодное пространство помещают раствор реэкстрагента, например, 10 -10 моль/л раствор серной кислоты, соляной или азотной. Заливают жидкую мембрану состава, мас.%: Изо- октиловый эфир монометилфосфоновой кислоты 25-75%; 4,4-дитетрабутилбензо-24-краун-8 в толуоле 0,01-1,5. Жидкую мембрану с двух сторон ограничивают полупроницаемыми перегородками из целлофана. Процесс ведут при плотности тока 0,5-50 МА/см, в качестве катода и анода используют пластины платинированного титана. При наложении на систему постоянного электрического тока катионы цезия путем электромиграции через полупроницаемую перегородку с последующей жидкостной экстракцией в электрическом поле поступают в жидкую мембрану, далее путем диффузии и электромиграции катионы цезия поступают к границе жидкая мембрана - раствор реэкстрагента в катодной камере, где происходит реэкстракция цезия в электрическом поле с учетом состава реэкстрагента. Пр. имер 1.0,1л стока с рН 10, содержащего 0,0035 мг цезия-137 и 6,7 г посторонних примесей (натрий, магний,железо,ал|оминий,хлорид-ионы) , помещают в анодную камеру электродиализатора, в катодную камеру помещают 0,05 л10 моль/л раствора соляной кислоты. Заливают жидкую мембрану состава: 75% изооктилового эфира монометилфосфоновой кислоты и 0,01% 4,4-дитетрабутш15ензо-24-краун-8 в толуоле. После 30 мин процесса при плотности тока 50 МА/см в анодной камер.е остаются следы цезия-137; извлечение цезия 99,9%. Прим ер 2. О,1л раствора с рН 1, содержащего 0,0085 мг цезия-13 и 17,0 г посторонних примесей (кальций, железо, натрий, уран, нитрат-., -ионы), помещают в анодную камеру электродиализатора. В катодную камер помещают 0,05 л 0,1 моль/л азотной кислоты, в камеру заливают жидкую мембрану состава: 25% изооктшгового эфира монометилфосфоновой кислоты, 1,5% 4,4-дитетрабутилбензо-24-краунв толуоле. После 30 мин электродиали за при плотности тока 0,5 МА/см в анодной камере остаются следы цезия137; степень извлечения цезия 99,9%. Дпя сравнения эффективности предлагаемого способа с известным были проведены сравнительные эксперименты результаты которых приведены в табл. Таким образом, проведение процесс извлечения цезия по предлагаемому способу протекает в одну стадию в те чение 30 мин и с извлечением 99,9%. Это позволяет не только увеличивать в 4-5 раз производительность труда, но и достигает необходимого экономического эффекта. . Оптимальные концентрационные интервалы составных частей

Качественные и количественные показатели процесса извлечения цезия (условия из примера 2)

Та б ли ц а мембраны были выбраны на основе экспериментальных данных. В частности, снижение в жидкой мембране содержания изооктилового эфира монометилфосфоновой кислоты ниже 25% и 4,4-дитетрабутилбензо-24-краун-8 ниже 0,01% приводит к резкому увеличению электрического сопротивления жидкой мембраны и ее ионной емкости .по отношению к цезиюi что приводит к невозможности использования оптимальной плотности тока электродиапиза (1030 МА/см) и тем самым - к снижению производительности и эффективности процесса извлечения цезия, Верхние пределы компонентов (75% и 1,5%) обусловлены пределом их растворимости в жидкой мембране. Высокий процент извлечения цезия из водных растворов сохраняется только при использовании в качестве католита растворов минеральных кислот НС, HNG, и других Это наглядно иллюстрируется экспериментальными данными табл.2. Извлечение цезия проводилось из водного модельного paiCTBppa, где цезий находился не в радионуклеотида. : .

Т а б л и ц а 2

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕЗИЯ из водных растворов, включающ1Й экстракцию, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени извлечения и упрощения процесса, экстракцию ведут путем электродиализа в двухкамерном электродиализаторе с жидкой мембраной, содержащей изооктиловый эфир монометилфосфоновой кислоты, 4,4-дитетрабутилбензо-24краун-8 и толуол при следующем соотношении компонентов, мас.%. Изооктиловый эфир моно- метилфосфановой кислоты 25 - 75 4,4-дитетрабутилбензо24-краун-80,01-1,5 ТолуолОстальное с подачей в анодное пространство водного раствора .цезия, а в катодное т раствора минеральной кислоты 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве минеральной кислоты : используют соляную, серную и азотную кислоты.

20

36,7 34,5 41,2

0,003 30

20

63,7 61,3 . 68,5

5 30

Остальное

25

99,9 99,9 99,9

1,5 30

Остальное

МИОМФК. - изооктиловый эфир монометилфос.фоновой кислоты; Краун 4,4-дитетрабутилбензо-24-краун-8,

1,7 14,.5

3,1 21,0

3,8 24,5