Способ разделения ионов Советский патент 1977 года по МПК B01D59/46 

(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ

В обрабатываемый поток, содержащий смесь разделяемых элементов можно вводить несколько дополнительных потоков, разделенных нонопроннцаемымн днафрагмамн н процесс можно повторять многократно.

Прн восстановлении азотной кислоты до газооб разной двуокнсн азота муравьиной кислотой илн формальдегидом в растворе восстанавливаются и осаждаются также некоторые элементы: Pd (в виде металла), Ag (в виде металла н частично в виде AgBr), Nb (в внде Nb2O5), Те (в виде ТеО2), Se (в виде металла) и часть Мо (в виде МоОз). Оставшийся в растворе Мо находится в виде нолнмолнбдата н удаляется как таковой с анионной фракцией нри электролизе.

После удаления вынавших на раствора твердых веидеств, раствор содержит еще Ри в виде нейтрального комнлекса, U, Np, Am, Cm, Rb, Cs, Sr, Ba, Zr, Ru, Rh, Cd, In, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd и Tb в виде иростых или комплексных ионов (катионов), а также нитрат-ионов и незначительные количества полнмолибдата, а также ТсО - ионов.

На чертеже приведено схематическое изобрал ;ение разделительной колонны.

Разделительная колонна 1 состоит из открытой сверху, разделенной на камеры диафрагмами 2, ванны, в которой на определенном расстоянии от катода 3 расположена диафрагма 4, которая позволяет ионам перемещаться в электрическом иоле между катодом 3 и анодом 5, но предотвращает перемещение потоков. По трубке 6 подается нротивопоток жидкости, например чистая илн содерлсащая азотную кислоту уксусная кислота; по трубке 7- содержащий азотную кислоту раствор уксусной кислоты; но трубке 8 - подлежащая разделению смесь элементов. По трубкам 9 и 10 стекают жидкостные потоки. Теплота потока отводится с помощью охлаждающих элементов, которые находятся в отдельных камерах. Норма подачи потока но трубке 6 выбирается так, чтобы раствор постоянно имел кислую реакцию и чтобы мигрирующие между диафрагмой 2 и трубкой 6 катионы не достигали катода.

Нормы расхода потоков, подаваемых ио трубкам 6, 7 н 8, устанавливаются такими, чтобы в ванне было постоянное стационарное состояние, обеспечивающее непрерывное получение выделяемых комнонентов смеси в трубках 9 и 10.

При использовании нескольких разделительных колонн из разделительной колонны 1 вытекает плутоний с анионами по трубке 10 (фракция I); из вытекающего раствора плутоний осаждается как гидроокись илутония

1 П-56

(растворимость Ри(ОН)

как

ИЛИ оксалат. Осаждение гидроокиси может осуществляться образующимися на катоде нонами ОН , благодаря чему получается очень чистый осадок. По другому варианту можно абсорбировать и нолимолибдат на ан оните, причем плутоний вытекает очень чистым. Катионная фракция, которая вытекает из разделительной колонны 1 через трубку 10 попадает затем в следуюп1ую разделительную колоипу.

Рабочие характеристики выбраиы так, чтобы: ей ионов урана всех других катионов, где е - местная напряже ность поля; V - средняя скорость потока; U - миграционная способность ионов.

Это условие легко соблюдать, так как миграционная способность U-ионов в рассматрнваемой системе нримерно до фактора 0,5 меньще, чем таковая более быстрых ближайших NpO2+-HOHOB. Уран (фракцня П) вытекает через трубку 10 второй разделительиой колонны, а фракция И1, которая содержит остальные катионы, через трубку 9 этой колонны. Эта фракция III разделяется либо в периодическом процессе в следующей разделительной колонне (как на приведенном чертеже только без разделительной диафрагмы 4), в которой уксусная кислота идет как противоток от катода к аноду, либо в одноступенчатом непрерывном ироцессе.

При таких условиях и рН цирконий образует в солевой области комплексы, которые перемещаются к аноду 1 урюсятся вытекаю цей жидкостью.

Одностуненчатое неирерызное разделение ионов из смеси, содержаи: ей более 2 компонентов, может быть осуществлено в нескольких, расио;юженных рядом друг с другом, разделенных на камеры диафрагмами разделительных ячейках, которые связаны между собой механически и электролитическими перепусками.

Если разделяют смеси, содержащие более двух компонентов, в многоступенчатом процессе, то их повторно разделяют на две фракции, из которых одна (внизу потока) содержит самые медленные компоненты, а вторая (вверху потока) - все остальные компоненты. Эта вторая фракция получается в несколько ступеней по аналогичному принципу. Каждая отдельная ступень состоит из противоточной разделительной колонны, например такая, как приведенная на чертеже, с диафрагмами или без них, связаиной с помощью электролитического ключа с дополнительным сосудом, который может быть другой иротивоточной электролитической разделительиой колонной, ио к которой не предъявляются никакие определенные требования относнтельно ее разделяющих характеристик. В то время как между катодом и анодом протекает электрический ток /, между анодом и вспомогательным электродом, расноложениом в дополнительном сосуде, иротекает ток /+Д/. Медленные компоненты вытекают из разделительной колонны с противоточной жидкостью, а более быстрые компоненты с помощью переносного тока Д/ перепускаются через электролитический ключ в доиолнительный сосуд и с определенной скоростью поступают Б следующие каскады.

Формула изобретения

1.Способ разделения ионов иутем обработки раствора, содержащего ионы различных элементов, в электрическом поле с одновременным введением в ноток обрабатываемого раствора противотоком или под углом к последнему дополнительного потока раствора, содержащего комплексообразующее соединение для разделяемых ионов, отличающийс я тем, что, с целью разделения смесей, содержащих трансурановые элементы и элементы, являющиеся продуктами распада ядерного горючего, в разделяемую смесь элементов вводят азотную и уксусную кислоты, и в качестве комплексообразующего соединения иснользуют уксусную кислоту или ее смесь с азотной кислотой.

2.Способ но п. 1, отличающийся тем, что в разделяемую смесь вводят концентрированную азотную кислоту, затем добавляют уксусную кислоту, после чего вводят денитрующее вещество, например муравьиную кислоту или формальдегид, до остаточной концентрацин азотной кислоты 0,01-2,0 н., предпочтительно 0,05-0,2 н., при концентрацип уксусной кислоты 0,1-4,0 п., предиочтителыю 1,5- 2,5 н.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличаю щ и и с я тем, что в обрабатываемый поток вводят несколько дополнительных потоков.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс разделения смеси повторяют миогократно.

Источник информации, принятый вовнимание при экспертизе:

1. Chemie-Ingenier-Technik.. 42,1090- 1094, 1970.

М г гГ I г Г I Г Г ииИ j №р-тл п im7l 1/1 I I I I I I I I k . iii-M I I I I I 1

1 л I II I I I I I I

J ijJ-lJ-LLlJJ