способ разделения экстракционной смеси трибутилфосфат- керосин

Формула изобретения

1. Способ разделения экстракционной смеси трибутилфосфат-керосин, включающий введение в смесь вытеснителя и последующее расслоение фракций трибутилфосфата и керосина, отличающийся тем, что в качестве вытеснителя используют органическое вещество - муравьиную кислоту, а керосиновую фракцию подвергают повторной обработке муравьиной кислотой с расслоением керосина и муравьиной кислоты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют муравьиную кислоту концентрацией 75-100 мас. %.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что муравьиной кислоты вводят 20-30% от объема разделяемой смеси.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед повторной обработкой керосиновой фракции в ней щелочью нейтрализуют муравьиную кислоту.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам разделения смесей взаиморастворимых жидкостей, например экстракционных смесей, и может быть использовано в химической, атомной и других отраслях промышленности.

В атомной энергетике при переработке облученного топлива используют экстракционные смеси, содержащие экстрагент-трибутилфосфат и разбавители, такие как уайт-спирит, керосин или синтин (Вольдман Г.М. Основы экстракционных и ионообменных процессов в гидрометаллургии.- М.: Металлургия.-1982.-376 с. ). Под действием ионизирующего излучения в экстракционной смеси накапливаются продукты радиолиза трибутилфосфата - алкилфосфаты, которые ухудшают свойства экстракционных смесей (Егоров Г.Ф. Радиационная химия экстракционных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 208 с.).

Отработанные экстракционные смеси могут быть обезврежены сжиганием в пламени при температуре 1200-1500^oС, недостатком которого является образование большого количества оксидов азота, диспергирование радионуклидов и попадание их в атмосферу, а также отдельным сжиганием трибутилфосфата и каталитическим окислением разбавителя при температуре 600-700^oС, для чего требуется разделение экстракционной смеси, при этом разбавитель должен содержать минимальное количество экстрагента - фосфорсодержащего вещества, являющегося каталитическим ядом.

Известен способ разделения смесей взаимно растворимых жидкостей путем перегонки (авт. св. СССР . 572271, кл. МПК² В 01 D 3/00, опубл. БИ 34, 1977 г.).

Недостатком способа являются высокие энергозатраты на проведение процесса, изменение физико-химических свойств жидкостей при их нагреве до температуры парообразования.

Наиболее близким по технической сущности является способ расслаивания экстракционной смеси трибутилфосфат-алифатические углеводороды введением концентрированной НСl (Вольдман Г.М. Основы экстракционных и ионообменных процессов в гидрометаллургии. -М.: Металлургия.-1982.-376 с.).

После разделения в трибутилфосфате присутствует до 26.7 об.% НСl, а в слое керосина содержится до 5 об.% трибутилфосфата и 1.53 об.% НСl.

Недостатками разделения экстракционной смеси с помощью концентрированной НСl являются высокие остаточные содержания трибутилфосфата в керосине и НСl в трибутилфосфате и керосине, что препятствует их дальнейшему обезвреживанию вследствие того, что фосфор и хлор являются каталитическими ядами. Кроме того, НСl и оксид фосфора (V), образующийся при окислении трибутилфосфата, обладают высокой коррозионной способностью по отношению к материалам оборудования.

Техническим результатом изобретения является повышение степени разделения экстракционной смеси вытеснителем, не содержащим каталитических ядов.

Сущность изобретения

Технический результат достигается тем, что по предлагаемому способу в качестве вытеснителя используют органическое вещество - муравьиную кислоту, а керосиновую фракцию подвергают повторной обработке муравьиной кислотой с расслоением керосина и муравьиной кислоты; используют муравьиную кислоту концентрацией 75-100 мас.%; муравьиной кислоты вводят 20-30% от объема разделяемой смеси; перед повторной обработкой керосиновой фракции в ней щелочью нейтрализуют муравьиную кислоту.

Использование муравьиной кислоты, которая является легкоокисляемым веществом, позволяет добиться эффективного разделения экстракционной смеси трибутилфосфат-керосин.

Используя муравьиную кислоту концентрацией ниже 75 мас.% не удается разделить экстракционную смесь на две фракции - трибутилфосфат и керосин. Появляется третья фракция - водный раствор муравьиной кислоты.

Для дальнейшего снижения содержания трибутилфосфата в фазе керосина повторная обработка без предварительной нейтрализации муравьиной кислоты, имеющейся в керосиновой фракции, неэффективна. При нейтрализация муравьиной кислоты щелочью удается практически полностью извлечь трибутилфосфат из керосина.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В экстракционную смесь, содержащую 34.2 мас.% трибутилфосфата и 65.8 мас.% керосина, вводят 100% муравьиную кислоту в количестве от 15 до 33 об. %, тщательно перемешивают и разделяют на 2 фракции. Затем фракцию керосина отделяют и подвергают 2-кратной обработке муравьиной кислотой. Полученные результаты представлены в табл.1.

Из табл. 1 следует, что экстракционная смесь трибутилфосфат-керосин может быть разделена муравьиной кислотой, но остаточное содержание трибутилфосфата в керосине даже после 2-кратной промывки остается достаточно высоким. Оптимальным при разделении экстракционной смеси является введение муравьиной кислоты в количестве 20-30% от объема разделяемой смеси.

Пример 2. В пробу экстракционной смеси по примеру 1 объемом 10 мл вводят муравьиную кислоту концентрацией от 40 до 100 мас.% в количестве 20 об.% в пересчете на 100%-ную муравьиную кислоту. Полученную смесь тщательно перемешивают и разделяют. Полученные результаты представлены в табл. 2

Из табл. 2 следует, что разделение экстракционной смеси на фракции трибутилфосфат и керосин происходит при использовании муравьиной кислоты с концентрацией от 75 до 100%. При концентрации муравьиной кислоты менее 75% не происходит разделения экстракционной смеси, наблюдается образование слоев муравьиной кислоты и керосина, в каждом из которых присутствует трибутилфосфат.

Пример 3. В экстракционную смесь по примеру 1 вводят 100% муравьиную кислоту в количестве 20% от объема смеси, перемешивают и разделяют на фракции трибутилфосфата и керосина. Фракцию керосина нейтрализуют 20%-ным раствором NaOH до рН 7 и подвергают повторной обработке муравьиной кислотой с расслоением фракций керосина и муравьиной кислоты. Результаты 2-кратной обработки щелочью фракции керосина с последующим разделением муравьиной кислотой представлены в табл. 3.

Из табл. 3 следует, что разделение смеси трибутилфосфат-керосин с нейтрализацией фракции керосина позволяет более чем в 25 раз снизить содержание в ней трибутилфосфата по сравнению с разделением без нейтрализации муравьиной кислоты.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет более чем в 19 раз повысить степень разделения экстракционной смеси трибутилфосфат-керосин, получить керосин с минимальным содержанием трибутилфосфата.

Использование в качестве вытеснителя для разделения экстракционной смеси органического вещества - муравьиной кислоты, не являющейся в отличие от НСl каталитическим ядом, повышение степени разделения экстракционной смеси, приводящее к минимизации содержания трибутилфосфата в слое керосина, является главным преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом.