экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных отходов
Классы МПК: | G21F9/06 способы обработки |
Автор(ы): | Аляпышев Михаил Юрьевич (RU), Бабаин Василий Александрович (RU), Елисеев Иван Иванович (RU), Ткаченко Людмила Игоревна (RU), Устынюк Юрий Александрович (RU), Решетова Марина Дмитриевна (RU), Борисова Наталия Евгеньевна (RU), Иванов Алексей Владимирович (RU), Логунов Михаил Васильевич (RU) |
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:
20.11.2013 |
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.
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:
R, R', R'', R''' - заместители: алкил, либо арил, либо замещенный арил;
а в качестве разбавителя - полярный фторорганический разбавитель при следующем соотношении компонентов, моль/л:
экстрагент | 0,03-0,15 |
разбавитель | остальное |
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 | |||||
Металл | D | DAm/DMe | Металл | D | D Am/DMe |
Am | 9,3 | - | Ho | 0,29 | 32 |
La | 0,81 | 12 | Er | 0,26 | 36 |
Ce | 0,61 | 15 | Tm | 0,21 | 44 |
Pr | 0,57 | 16 | Yb | 0,18 | 52 |
Nd | 0,63 | 15 | Lu | 0,15 | 63 |
Sm | 0,64 | 15 | Fe | 0,06 | 164 |
Eu | 0,52 | 18 | Mo | 0,02 | 387 |
Gd | 0,30 | 31 | Sr | <0,01 | >900 |
Tb | 0,37 | 25 | Zr | 0,44 | 21 |
Dy | 0,34 | 28 |
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 |
0,01 | 0,2 |
0,1 | 0,32 |
0,5 | 1,3 |
1,0 | 14 |
2,0 | 180 |
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./л | Экстракция из 5 мол./л азотной кислоты | Экстракция из 3 мол./л азотной кислоты | ||
DAm | DEu | DAm | DEu | |
0,02 | 1,9 | 0,22 | - | - |
0,04 | 4,9 | 0,45 | 1,6 | 0,18 |
0,05 | 6,7 | 0,59 | 2,0 | 0,2 |
0,06 | 12 | 0,72 | 2,3 | 0,25 |
0,08 | 18 | 1,3 | 2,9 | 0,3 |
0,10 | 45 | 1,9 | 5,2 | 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) |
0,5 | 1,3 |
1,0 | 8.9 |
2,0 | 20 |
3,0 | 34 |
5,0 | 22 |
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