Экстракционная смесь для извлечения актинидных элементов из кислых растворов (варианты)

Экстракционная смесь для извлечения актинидных элементов из кислых растворов (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиохимической технологии, в частности к переработке радиоактивных отходов от обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) и/или может быть использовано при экстракционном выделении цветных металлов.

Экологическая безопасность требует, чтобы долгоживущие радионуклиды, образующиеся при переработке ОЯТ, были переведены в формы, препятствующие их распространению в окружающую среду при хранении. При этом необходимо обеспечить выделение урана, плутония и трансплутониевых элементов (ТПЭ) - в особенности америция и кюрия.

Наиболее распространенным способом переработки жидких высокоактивных отходов (ВАО) является жидкостная экстракция. Известен стандартный ПУРЕКС-процесс [Reactor Handbook, Sec.Edition, Ed. S.M. Stoller, R.B. Richards, v. 2 Fuel reprocessing, p.101 (1961) Interscience publ. Inc., NY], обеспечивающий выделение из кислых растворов урана и плутония экстракцией трибутилфосфатом. В ПУРЕКС-процессе используется экстракционная смесь 1,1 М ТБФ в предельных углеводородах, которая хорошо экстрагирует уран и плутоний, но очень слабо извлекает все другие элементы.

Известен также ТРУЭКС-процесс [Е.Р. Horwitz, et al., Solv. Extr. Ion Exch., v.3(1&2), p. 75, 1985], предусматривающий выделение из кислых растворов америция и кюрия, а также редкоземельных элементов (РЗЭ). В ТРУЭКС-процессе используется экстракционная смесь - 0,15-0,25 М фенилоктил-N,N,-диизобутилкарбамоилфосфиноксид + 1,1-1,5 М ТБФ в предельных углеводородах, с помощью которой можно извлечь трехвалентые элементы и небольшие количества урана и плутония из кислых растворов.

Наиболее близкой по составу к заявляемой экстракционной смеси является экстракционная смесь, используемая в способе экстракции РЗЭ, ТПЭ, урана и плутония дифенилкарбамоилфосфиноксидом во фторированных разбавителях [Мясоедов Б.Ф., Чмутова М.К., Бабаин В.А., Шадрин А.Ю., Попик В.П., Прибылова Г.А., Дзекун Е.Г. А.С. №1524519 "Способ экстракционного извлечения редкоземельных и актинидных элементов" БИ №14, 1994]. В этом способе в качестве экстракционной смеси используется 0,05-0,3 М раствор дифенил-N,N-дибутилкарбамоилфосфиноксида в метанитробензотрифториде или орто-нитрофенилтетрафторэтиловом эфире - прототип.

Недостатком прототипа и аналога является то, что в случае присутствия в водной фазе заметных количеств урана (концентрация урана более 5 г/л) в органической фазе образуется осадок сольвата урана с карбамоилфосфиноксидом, при этом проведение экстракции в динамическом режиме становится невозможным.

Задачей настоящего изобретения является разработка экстракционной смеси, которой можно было бы экстрагировать одновременно не только ТПЭ и РЗЭ, но и уран с плутонием.

Поставленная задача решается использованием экстракционной смеси, содержащей бидентатный фосфорорганический экстрагент (дигексил-N,N-диэтил карбамоил фосфонат (HexO)₂/Et₂) - 0,1-1,2 моль/л в бис-тетрафторпропиловом эфире диэтиленгликоля (фторопол 1083).

Тот же технический результат, а именно - возможность экстракции как урана в высоких концентрациях без образования осадка или третьей фазы, так и плутония, РЗЭ и ТПЭ - может быть достигнут при использовании экстракционной смеси, содержащей в качестве экстрагента 0,1-1,2 моль/л фенилоктил-N,N,-диизобутилкарбамоилфосфин-оксида (PhOkt-iBu₂), а в качестве разбавителя 1,1-1,5 М ТБФ в метанитробензотрифториде. При сравнении предлагаемой экстракционной смеси (вариантов) с прототипом можно отметить, что предлагаемая экстракционная смесь обеспечивает, так же как и прототип, экстракцию урана, РЗЭ И ТУЭ, из водных кислых растворов различного состава.

Представленные примеры иллюстрируют применение данного способа.

Пример 1

Раствор 30% (HexO)₂/Et₂ во фторополе - 1083 контактировали с азотнокислым раствором, содержащим нитраты металлов (урана, плутония, америция, европия) при 20°С в течение 3 мин. Коэффициенты распределения приведены на фиг.1 и в табл.1.

Таблица 1:Экстракция урана и трансурановых элементов раствором 30% (HexO)2/Et2 во фторополе - 1083 из 2 М азотной кислоты в присутствии уранилнитрата (исходная водная концентрация урана 100 г/л по металлу).
Элемент	U	Pu	Np	Am	Eu
D	17	45	7	2,1	1,4

Пример 2

Раствор 30% (HexO)₂/Et₂ во фторополе-1083 контактировали с азотнокислым раствором, содержащим различные концентрации нитрата уранила при 20°С в течение 3 мин. Коэффициенты распределения приведены на фиг.2.

Пример 3 (прототип)

Раствор 0,2 М фенилоктил-N,N,-диизобутилкарбамоилфосфиноксида +1,1 ТБФ в додекане контактировали с азотнокислым раствором, содержащим различные концентрации нитрата уранила при 20°С в течение 3 мин. При концентрации урана в исходном водном растворе более 10 г/л при экстракции образуется третья фаза, при концентрации урана более 30 г/л выпадают осадки (см. табл.2)

Пример 4 (прототип)

Раствор 0.1 М дифенил-К,Ы,-дибутилкарбамоилфосфиноксида в метанитробензо-трифториде (МНБТФ) контактировали с азотнокислым раствором, содержащим различные концентрации нитрата уранила при 20°С в течение 3 мин. При концентрации урана в исходном водном растворе более 5 г/л при экстракции выпадают осадки.

Сравнение предлагаемых экстракционных смесей с прототипом приведено также в табл.2.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемая экстракционная смесь извлекает ТПЭ и РЗЭ в присутствии урана и плутония из кислых растворов, в том числе и из растворов с высоким содержанием урана. Экстракционные смеси, используемые в прототипе и аналогах, не позволяют проводить такую экстракцию из-за образования осадков.

Таблица 2
Исходный орг. раствор	Концентрация металла в исходной водной фазе, г/л	Наличие третьей фазы или осадка
U	Eu
0,2 М PhOct-iBu2 в 30% ТБФ + додекан		300	Третья фаза
5	-	Нет
20		Третья фаза
50		Осадок
100		Осадок
276		Осадок
50	2	Осадок
0,2 М PhOct-iBu2 во фторополе-1083	50	2	Осадок
276		Осадок
-	300	Нет
0,2 М PhOct-iBu2 в 10%ТБФ+во фторополе-1083	50	2	Осадок
276		Осадок
-	300	Нет
30%(HexO)2/Et2во фторополе-1083	50		Нет
100		Нет
200		Нет
0,2 М PhOct-iBu2 в 30% ТБФ + МНБТФ	50	2	Нет
276		Нет
-	300	Нет
	2	Нет

1. Экстракционная смесь для извлечения актинидных элементов из кислых растворов, включающая раствор бидентатного фосфорорганического экстрагента в полярном фторированном разбавителе, отличающаяся тем, что в качестве полярного фторированного разбавителя она содержит бис-тетрафторпропиловый эфир диэтиленгликоля, а в качестве бидентатного фосфорорганического экстрагента - дигексил-N,N-диэтил карбамоил фосфонат при следующем соотношении компонентов:

Бидентатный экстрагент	0,1-1,2 моль/л
Разбавитель	Остальное

2. Экстракционная смесь для извлечения актинидных элементов из кислых растворов, включающая раствор бидентатного фосфорорганического экстрагента - фенилоктил- N,N,-диизобутилкарбамоилфосфиноксида - в полярном разбавителе, отличающаяся тем, что в качестве полярного разбавителя используется смесь метанитробензотрифторида с триалкилфосфатом при следующем соотношении компонентов:

Бидентатный экстрагент	0,1-1,2 моль/л
Триалкилфосфат, например, трибутилфосфат	0,3-1,1 моль/л
Метанитробензотрифторид	Остальное