Способ извлечения тория Советский патент 1992 года по МПК C25B1/00 

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к технологии разделения урана и тория, и может быть использовано для получения чистого урана из технологических растворов и для целей препаративной и аналитической химии.

Наиболее близким к изобретению является способ концентрирования и выделения плутония или тория. По этому способу концентрирование и выделение плутония и тория из растворов, содержащих алюминий, америций, бериллий, кальций, железо, литий и кремний, осуществляют с помощью трехкамерного электролизера, содержащего анионо- и катионообменные мембраны. При пропускании постоянного тока между первым анодом, расположенным в камере с питательным раствором, и катодом, находящемся в средней камере, происходит перенос катионов Pu3+, Pu , Th4 через

катионообменную мембрану из питательного раствора в катодную камеру, в которой эти катионы образуют анионовые гексанит- ратные комплексы, которые под действием напряжения между катодом и вторым анодом проникают через анионообменную мембрану во вторую анодную камеру. Таким образом, происходит отделение от элементов, которые не могут образовать нитратные комплексы. При пропускании электрического тока через электролизер в течение 6 ч для различных концентраций питательных растворов коэффициент концентрации составляет 6,1-11,3.

Недостатком данного способа является то, что при электролизе на постоянном токе происходит пассивация электродов, кроме того, этим способом невозможно разделить уран и торий, так как уран образуется нитратный комплекс и вместе с торием под

N ел х|

XI XI

ствием электрического тока проникает через анионообменную мембрану в рафинирующий раствор.

Целью изобретения является возможность эффективного извлечения урана из водного раствора смеси солей урана и тория.

Цель достигается путем проведения электролиза асимметричным переменным током с частотой 55-110 Гц при величине отношения катодного полупериода к анодному 8-11.

Электролиз осуществляют в трехкамер- ном электролизере, в катодную камеру которого заливают раствор азотной кислоты, в анодную - водный раствор смеси солей урана и тория, в экстракционную камеру - раствор трибутилфосфата в толуоле.

Электролиз ведется переменным асимметричным током частотой 55-110 Гц. В прототипе электролиз осуществляется постоянным током. Коэффициент концентрации урана (отношение концентрации урана в экстракционной камере к концентрации урана в исходном растворе) равен 98, тогда как в прототипе коэффициент концентрации равен 11,3 при продолжительности электролиза в шесть раз большей.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить разделение урана и тория в водных растворах из солей.

Использование в качестве катодного раствора азотной кислоты повышает электропроводность раствора и ускоряет процесс.

Наложение электрического поля позволяет проводить экстракцию в концентрированном (15-55%) растворе трибутилфосфата, что увеличивает полноту извлечения урана.

На чертеже приведена блок-схема установки, реализующей способ.

Трехкамерный электролизер V, состоящий из анодной камеры 2 с анодом 3, катодной камеры 4 с катодом 5 и экстракционной камеры б, разделенной катионообменной 7 и анионообменной 8 мембранами, подключен к усилителю 9, вход которого подключен к генератору 10 переменного типа, а один его выход соединен с катодом 5, другой выход- через формирователь 11 асимметричного напряжения с анодом 3, параллельно электролизеру подключены вольтметр 12 и осциллограф 13.

Пример. Способ осуществляют следующим образом.

В анодную камеру 2 электролизера 1 заливают 20 мл водного раствора азотнокислых солей урана и тория, содержащего по 5 мг/л каждой соли, в катодную камеру 4 20 мл 8%-ного раствора НМОз, а в экстракционную камеру 6-5 мл 40%-ного раствора трибутилфосфата в толуоле.

С генератора 10 переменного тока при

заданной частоте 90 Гц через усилитель 9 подается напряжение 150 В на анод 3 и катод 5 электролизера 1. Напряжение контролируется вольтметром 12. Отношение катодного полупериода в анодному, равное,

0 например 10, задается формирователем 11 асимметричного напряжения и контролируется по осциллографу 13.

Переменный асимметричный ток это частично выпрямленный ток и ему присуще

5 направленное движение ионов и заряженных частиц, хотя в то же время характерна смена полярности на электродах. Катодный полуперид это также направление тока, когда катод заряжен отрицательно, а анод 0 положительно, то есть как при использовании постоянного тока. Анодный полупериод это обратное направление тока, при котором катод заряжается положительно, а анод - отрицательно. Если амплитуда тока в анод5 ный и катодный полупериоды одинакова, то ток переменный симметричный. При наложении переменного асимметричного тока диффузионные ограничения, присущие электролитическому разделению на посто0 янном токе, снимаются.

При подаче напряжения из анодной камеры 2 уран переходит в экстракционную камеру 6 в раствор трибутилфосфата, а торий остается в анодной камере 2. Через 1 ч

5 после начала электролиза отключают напряжение, растворы экстракционной и анодной камер используют для получения металлов урана и тория соответственно.

Исследования процесса электролиза

0 для выбора оптимальных условий разделения проводят в диапазоне частот 20-180 Гц при сохранении постоянными других параметров, описанных выше.

В исследованной области частот обна5 ружен резонансный пик в интервале частот 55-110 Гц, где коэффициент разделения достигает значения 155.

Концентрацию раствора трибутилфосфата в толуоле подбирают для трех частот

0 рабочего диапазона.

Результаты даны в табл, 1. Так как при концентрации трибутилфосфата менее 15% и более 55% выход урана резко снижается, то оптимальным диапазо5 ном комбинаций принимаем концентрации 15-55%.

Исследования процесса электролиза для выбора оптимальных условий разделения проводят в диапазоне частот 20-120 Гц при сохранении постоянными других параметров, описанных выше. По результатам определения содержания урана и тория в экстракционной камере в зависимости от частоты тока электролиза составлена табл. 2, из которой выбирают рабочий диапазон частот 55-110 Гц, где достигается более высокий коэффициент разделения урана и тория.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет извлечь торий из раствора урана и тория.

Формула изобретения

Способ извлечения тория из водного

раствора его солей электродиализом,

включающий подачу исходного раствора в

анодную камеру трехкамерного электроди0

ализатора, анодная камера которого отделена анионообменной мембраной, а катодная - катионообменной мембраной, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности эффективности извлечения урана при использовании смеси солей урана и тория, электродиализ ведут переменным асимметричным током с величиной отношения катодного полупериода к анодному 8-11 и частотой 55-110 Гц, с подачей в катодную камеру раствора азотной кислоты, в среднюю камеру 15-55%-ный раствор три- бутилфосфата в толуоле и выводом раствора насыщенного урана, а из анодной камеры выводят раствор, насыщенный торием.

Предлагаемый способ разделения урана и тория относится к гидрометаллургии, в частности к технологии разделения урана и тория в водных растворах, а также к области препаративной и аналитической химии. Целью изобретения является обеспечение возможности эффективного извлечения урана при использовании смеси солей урана и тория. Сущность предлагаемого способа состоит в том, что для разделения урана и тория в водных растворах их солей осуществляют электролиз асимметричным переменным током с частотой 55-110 Гц при величине отношения катодного полупериода к анодному 8-11. с экстракцией раствором трибутилфосфага в толуоле 15-55%-ной концентрации. Способ может найти применение для извлечения урана из промышленных растворов с отделением тория, а также для изготовления препаратов урана или тория и для анализа этих элементов в их смесях. 2 табл., 1 ил.

12,5

2,5

5,0

9,0

5,0

6,0

20,0

31,0

12,5

7,5

М

Таблица 1

21,0 6,36 10,0 11,2 10,0 12,0 67,0 155,0

ч2,0 15,0 10,0

J 5

w

JT