экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных отходов

Классы МПК:G21F9/06 способы обработки
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" (RU),
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова"(МГУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-01-19
публикация патента:

Изобретение относится к процессам извлечения и концентрирования радионуклидов и может быть использовано в радиохимических технологиях при переработке жидких радиоактивных отходов. Заявленная экстракционная смесь состоит из диамида дипиридилдикарбоновой кислоты и полярного фторорганического разбавителя при следующем соотношении компонентов, мол./л: экстрагент - 0,03-0,15; разбавитель - остальное. Техническим результатом является возможность извлечения урана, плутония и америция совместно и отделения их от основной массы редкоземельных элементов и других продуктов деления, а также разделения актинидов на стадии реэкстракции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл.

экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных   отходов, патент № 2499308 экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных   отходов, патент № 2499308 экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных   отходов, патент № 2499308

Формула изобретения

1. Экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных отходов, содержащая нейтральный гетероциклический экстрагент в разбавителе, отличающаяся тем, что в качестве нейтрального экстрагента используют диамиды дипиридилдикарбоновой кислоты формулы:

экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных   отходов, патент № 2499308

R, R', R'', R''' - заместители: алкил, либо арил, либо замещенный арил;

а в качестве разбавителя - полярный фторорганический разбавитель при следующем соотношении компонентов, моль/л:

экстрагент0,03-0,15
разбавительостальное

2. Экстракционная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве разбавителя используют следующие полярные фторорганические соединения: нитробензотрифторид, фенилтрифторметилсульфон, бис-тетрафторпропиловый эфир диэтиленгликоля.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к процессам извлечения и концентрирования радионуклидов и может быть использовано в радиохимических технологиях при переработке жидких радиоактивных отходов. В современных процессах ядерного топлива образуются радиоактивные отходы различного состава. Одной из наиболее сложных химических задач является отделение минорных актинидов (америций, кюрий) от сопутствующих продуктов деления - редкоземельных металлов (от лантана до тербия) и иттрия.

Известен способ отделения америция и кюрия от редкоземельных элементов с помощью экстракционной смеси на основе диалкилфосфорных кислот - TALSPEAK - процесс (M. Nilsson, K.L. Nash // Solv. Extr. Ion Exch., 2007, V.25, N 6, 665-701).

Известен способ разделения америция и кюрия от редкоземельных элементов с помощью экстракционной смеси на основе карбамоилфосфиноксидов - SETFICS-процесс (Y. Koma, M. Watanabe, S. Nemoto, Y. Tanaka // Solv. Extr. Ion Exch., 1998, V.16, N 6, 1357-1367).

Известен также способ выделения и разделения актинидов с помощью экстракционноых смесей на основе амидов кислот и различных комплексонов (M. Miguirditchian, P. Baron, US Patent application 2011/0002823, Jan. 6, 2011, RU 2009119466 10.12.2010)

Известен также способ отделения америция от РЗЭ с помощью сложной схемы с использованием экстракционной смеси на основе на основе диамидов малоновой кислоты и дигексилфосфорной кислоты - заявка РФ № 2008145593 от 27.05.2010., БИ № 15

Недостатками указанных экстракционных смесей, использованных для отделения актинидов от редкоземельных элементов, является сложность технологической схемы, невысокие коэффициенты разделения америция и кюрия от европия и гадолиния, высокие содержания комплексонов в реэкстракте.

Известны способы отделения америция от редкоземельных элементов с помощью экстракционных смесей на основе полиазотсодержащих гетероциклических соединений различной структуры (С. Hill Overview of Recent Advances in An (III)/Ln (III) Separation by Solvent Extraction, in "Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances", V.19, Editor: B.A. Moyer, pp 119-193).

Недостатками известных экстракционных смесей на основе полиазотсодержащих гетероциклических соединений является либо возможность их использования только в области низких концентраций азотной кислоты, либо невысокая химическая устойчивость, либо слабая растворимость в органических разбавителях. Указанные недостатки препятствуют применению указанных экстракционных систем в радиохимической технологии.

Наиболее близкой к предлагаемой экстракционной смеси является экстракционная смесь, предложенная для совместного извлечения долгоживущих акгинидов (C. Marie, M. Miguirditchian, et al., WO 2011/009814, 27.01.2011), которая была выбрана в качестве прототипа.

По способу-прототипу азотнокислый раствор, содержащий актиниды, контактируют с экстракционной смесью, представляющую собой раствор N,N,N',N'-тетра алкил-6,6''-(2,2':6',2''-терпиридин)диамида (рисунок 1) в растворителе. В качестве растворителя использовались н-октанол, нитробензол и их смеси с углеводородами.

Недостатком предлагаемой в способе экстракционной смеси является низкая экстракционная способность по отношению америцию, кюрию (коэффициенты распределения не превышают значения 0,3 даже для раствора, содержащего 1 моль/л экстрагента. Коэффициенты распределения урана также очень невелики - менее единицы. Таким образом, по прототипу можно извлечь из смеси актинидов (или из раствора облученного топлива) только плутоний.

Задачей изобретения является обеспечение в одном экстракционном цикле совместного извлечения актинидов и отделения их от основной массы редкоземельных элементов и других продуктов деления.

Поставленная задача достигается использованием в качестве экстракционной смеси замещенных диамидов дипиридилдикарбоновой кислоты (рисунок 2) в полярном фторорганическом разбавителе при следующем соотношении компонентов, моль/л:

экстрагент- 0,03-0,15
разбавитель- остальное

В качестве разбавителей используют следующие соединения: нитробензотрифторид, фенилтрифторметилсульфон, бис-тетрафторпропиловый эфир диэтиленгликоля.

Предлагаемые примеры иллюстрируют возможности применения экстрагента.

Пример 1

Раствор, содержащий 0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде, контактируют с раствором, содержащим 3 мол./л азотной кислоты, редкоземельные элементы, некоторые другие продукты деления и индикаторные количества америция-241. Состав раствора приведен в таблице 1. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Данные приведены в таблице 2.

Таблица 1
Состав раствора
Металл Концентрация, мг/л
Fe 5,6
Mo 9,6
Zr 9,1
Sr 8,7
La 13,9
Ce 14,0
Pr 14,1
Nd 14,4
Sm 15,0
Eu 15,2
Gd 15,7
Tb 15,9
Dy 16,3
Ho 16,4
Er 16,7
Tm 16,9
Yb 17,3
Lu 17,5

Таблица 2
Экстракция америция и продуктов деления из раствора 3 мол./л азотной кислоты. Органическая фаза - 0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде
МеталлD DAm/DMe МеталлDD Am/DMe
Am 9,3- Ho0,2932
La0,81 12Er 0,2636
Ce0,6115 Tm0,21 44
Pr 0,5716Yb 0,1852
Nd0,63 15Lu0,15 63
Sm 0,6415 Fe0,06164
Eu0,52 18Mo 0,02387
Gd0,3031 Sr<0,01 >900
Tb 0,3725Zr 0,4421
Dy0,34 28экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных   отходов, патент № 2499308 экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных   отходов, патент № 2499308 экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных   отходов, патент № 2499308

Пример 2

Раствор, содержащий 0,1 моль/л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде, контактируют с раствором, содержащим уранилнитрат и азотную кислоту. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения урана. Данные приведены в таблице 3.

Таблица 3
Экстракция урана в зависимости от концентрации азотной кислоты. Органическая фаза - 0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде
Концентрация азотной кислоты, мол./л Коэффициент распределения урана
0,010,2
0,10,32
0,51,3
1,014
2,0180
3,0>400

Пример 3

Раствор, содержащий азотную кислоту, 10-4 мол./л нитрата европия и индикаторные количества америция-241 и европия -152, контактируют с раствором в диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в метанитробензотрифториде. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Коэффициенты распределения приведены в таблице 4.

Таблица 4
Экстракция америция и европия из азотной кислоты раствором диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в метанитробензотрифториде.
Концентрация Dyp-7, мол./лЭкстракция из 5 мол./л азотной кислотыЭкстракция из 3 мол./л азотной кислоты
экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных   отходов, патент № 2499308 DAm DEuDAm DEu
0,02 1,90,22- -
0,04 4,90,45 1,60,18
0,056,70,59 2,00,2
0,0612 0,722,30,25
0,0818 1,32,9 0,3
0,10 451,95,2 0,52

Пример 4

Раствор, содержащий 0.1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде, контактируют с раствором, содержащим нитрат плутония (IV) - и азотную кислоту. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения урана. Данные приведены в таблице 5.

Таблица 5
Экстракция плутония (IV) в зависимости от концентрации азотной кислоты. Органическая фаза - 0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде
Концентрация азотной кислоты, мол./л Коэффициент распределения плутония (IV)
0,51,3
1,08.9
2,020
3,034
5,022

Пример 5

Раствор, содержащий 0,1 мол./л диэтил ди(пара-этил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в нитробензотрифториде, контактируют с раствором, содержащим уранилнитрат (1,9 ммол./л по металлу), нитрат плутония (IV), америция (III), европия (III) в 3 мол./л азотной кислоте. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Коэффициент распределения для урана составил >150, для плутония (IV) - 74, америция (III) - 12, европия - 1,2.

Пример 6

Органический раствор из примера 5 (содержащий уран, плутоний, америций) контактируют с раствором 1 мол./л азотной кислоты. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Коэффициент распределения для урана составил 20, для плутония (IV) - 10, америция (III) - 0,2, европия - 0,03. Таким образом, при изменении концентрации кислоты в водной фазе можно отделить америций от плутония и урана на стадии реэкстракции.

Пример 7

Растворы содержащие, 0,01-0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в фенилтрифторметилсульфоне, контактируют с раствором, содержащим нитраты америция (III) и европия (III) в 3 мол./л азотной кислоте. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Данные приведены на рисунке 3.

Таким образом, показано, что по сравнению со способом-прототипом предлагаемая экстракционная смесь позволяет извлечь уран, плутоний и америций совместно и отделить их от основной массы редкоземельных элементов и других продуктов деления, а также разделить актиниды на стадии реэкстракции.

Класс G21F9/06 способы обработки

способ обработки радиактивного раствора -  патент 2514823 (10.05.2014)
способ обработки структуры, содержащей натрий и радиоактивное вещество -  патент 2492535 (10.09.2013)
способ переработки жидких радиоактивных отходов от применения дезактивирующих растворов -  патент 2473145 (20.01.2013)
способ определения суммарной объемной активности радиоактивно-загрязненных пресных вод -  патент 2461901 (20.09.2012)
способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов -  патент 2454740 (27.06.2012)
способ переработки мало- и среднеминерализованных низкоактивных жидких радиоактивных отходов в полевых условиях -  патент 2439725 (10.01.2012)
способ очистки воздуха от радиоактивных веществ -  патент 2422927 (27.06.2011)
способ очистки и дезактивации оборудования атомных электрических станций (варианты) -  патент 2397558 (20.08.2010)
способ дезактивации оборудования -  патент 2387033 (20.04.2010)
способ дезактивации вод открытых водоемов, водных стоков -  патент 2357309 (27.05.2009)
Наверх