Способ определения состава экстракционной смеси трибутилфосфата и разбавителя

Способ определения состава экстракционной смеси трибутилфосфата и разбавителя

Реферат

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для установления значения объемной доли трибутилфосфата (ТБФ) в экстракционной смеси.

ТБФ получил наибольшее распространение как экстрагент для извлечения урана и плутония, благодаря низкой растворимости в водной фазе, достаточно высокой радиационной стойкости, высокой избирательности по отношению к урану и плутонию. Но одним из главных недостатков ТБФ является близость его плотности к плотности водной фазы, что ухудшает разделение фаз. Для устранения этого недостатка применяют инертные разбавители ТБФ, плотность которых значительно отличается от плотности воды (синтин, керосин, гексахлорбутадиен, четыреххлористый углерод).

Физико-химические свойства применяемых инертных разбавителей и ТБФ (растворимость в водной фазе, летучесть) также характеризуются рядом отличий, которые являются причиной изменения первоначального значения объемной доли ТБФ в экстракционной смеси при ее многократном использовании в технологическом процессе и обусловливают необходимость периодического уточнения параметров экстракционной смеси.

На экстракционном переделе радиохимического производства в качестве разбавителя в ряде случаев используют гексахлорбутадиен (ГХБД).

Различие в плотностях ТБФ и ГХБД (0,98 г/см³ и 1,68 г/см³ соответственно) лежит в основе денсиметрического метода определения объемной доли ТБФ в экстракционной смеси с помощью ареометра [ГОСТ 18481-81 Ареометры и цилиндры стеклянные. Технические условия]. Объемную долю ТБФ в экстракционной смеси можно определить по предварительно установленной градуировочной зависимости плотности экстракционной смеси от объемной доли ТБФ в экстракционной смеси. Такой подход достаточно прост и экспрессен. Недостатком данного способа определения объемной доли ТБФ в экстракционной смеси является следующее.

На производстве заданные параметры экстракционной смеси поддерживают, производя подпитку оборотной экстракционной смеси экстрагентом и разбавителем, физико-химические свойства которых (в том числе плотность) часто отличаются от свойств экстрагента и разбавителя, первоначально введенных в технологический цикл. Применение для построения градуировочной зависимости реагентов, плотности которых отличны от плотностей реагентов, первоначально введенных в технологический процесс, приводит к искажению результатов определения состава экстракционной смеси путем прямого измерения ее плотности.

Уточнение состава оборотной экстракционной смеси ТБФ и разбавителя можно проводить с помощью газохроматографического метода [Руководство по газовой хроматографии. Перевод с немецкого Б.И.Анваера, В.П.Шварцмана под ред. Жуховицкого. М.: Мир, 1969 г., с.29-31]. В этом случае изменение физико-химических свойств экстрагента и разбавителя, вводимых в технологический процесс, не влияет на точность результатов, получаемых методом газовой хроматографии. Тем не менее, сложность используемого оборудования существенно ограничивает применимость газовой хроматографии для оперативного контроля параметров экстракционной смеси, который может быть основан на использовании простой и достаточно экспрессной методики.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков является способ определения состава жидкой безводной смеси двух веществ различной полярности, одно из которых является жидким органическим растворителем (прототип) [Патент США № 4677079, МКИ G01N 33/00, 33/18]. Способ заключается в добавлении к анализируемой смеси сольватохромного соединения и измерении значения оптической плотности полученного раствора, зависящей от состава смеси, в ультрафиолетовой области при длине волны с максимальным светопоглощением. Для вычисления количественной характеристики состава анализируемой смеси используют градуировочный график, отражающий зависимость значений оптической плотности раствора от состава смеси. Очевидно, что реализация способа-прототипа возможна при наличии спектрофотометра, позволяющего регистрировать ультрафиолетовую часть спектра. Необходимость использования дорогостоящего аналитического оборудования препятствует применению данного способа для уточнения параметров технологического процесса.

Технической задачей изобретения является упрощение способа определения состава экстракционной смеси ТБФ в разбавителе.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для определения состава экстракционной смеси трибутилфосфата и разбавителя добавляют сольватообразующее соединение, проводят подготовку и измерение характеристики градуировочных экстракционных смесей различного состава и анализируемой экстракционной смеси, и вычисление состава экстракционной смеси по градуировочной зависимости, а в качестве измеряемой характеристики используют увеличение плотности экстракционной смеси после проведения экстракции сольватообразующего соединения в режиме насыщения экстракционной смеси.

Отличительным признаком заявляемого способа является применение в качестве измеряемой характеристики увеличение плотности экстракционной смеси после ее насыщения сольватобразующим соединением.

Изобретательский уровень способа состоит в экстракции сольватобразующего соединения в режиме насыщения экстракционной смеси, значение которого зависит от объемной доли ТБФ в экстракционной смеси при неизменности ее объема по мере насыщения сольватобразующим соединением.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

Для построения градуировочной зависимости готовят градуировочные экстракционные смеси с объемной долей ТБФ 10%, 20%, 30%, 40% и 50%. Градуировочные экстракционные смеси готовят в конических колбах, компоненты прибавляют с помощью пипеток 2 класса точности. Затем смеси перемешивают в течение 5 мин.

С целью исключения возможных погрешностей, связанных с наличием в составе используемых ТБФ и ГХБД посторонних примесей, проводят промывку приготовленных градуировочных экстракционных смесей раствором азотной кислоты с молярной концентрацией 2 моль/дм³ при соотношении объемов фаз равном 1:1.

Учитывая, что при проведении технологического процесса пробы отбирают от оборотной экстракционной смеси, прошедшей содовую регенерацию, приготовленные градуировочные экстракционные смеси промывают раствором карбоната аммония с массовой концентрацией 30 г/дм³ при соотношении объемов фаз, равном 1:1.

Контакт фаз в обоих случаях проводят в делительных воронках в течение 4 мин. Полное разделение фаз проходит за 10 мин.

В качестве сольватообразующего соединения применяют раствор нитрата уранила.

Проведенные расчеты методом математического моделирования показали, что насыщение ураном экстракционной смеси, близкое к теоретическому, происходит, если в равновесной с органической водной фазе массовая концентрация урана составляет не менее 140 г/дм³ и молярная концентрация азотной кислоты не менее 1,5 моль/дм³. Для насыщения используют раствор нитрата уранила с массовой концентрацией урана от 180 до 220 г/дм³ и молярной концентрацией азотной кислоты 2 моль/дм³. Соотношение органической и водной фаз при контакте составляет 1:5, т.к. при таких условиях даже в случае использования экстракционной смеси с объемной долей ТБФ 50% в равновесной водной фазе остаточная концентрация урана превышает 140 г/дм³.

Измерение плотности экстракционной смеси до и после насыщения ураном проводят с помощью ареометров общего назначения [ГОСТ 18481-81 Ареометры и цилиндры стеклянные. Технические условия].

Для построения каждой точки градуировочной зависимости используют среднее арифметическое из результатов измерений увеличения плотности трех градуировочных экстракционных смесей одного состава.

По полученным данным устанавливают градуировочную зависимость в координатах «объемная доля ТБФ, %» - «увеличение плотности экстракционной смеси, г/см³». По этой зависимости рассчитывают значение объемной доли ТБФ в анализируемой экстракционной смеси, X, %, используя значение увеличения ее удельной массы после насыщения ураном. Значение объемной доли разбавителя принимают равным Y, %

Y=100-X

Время определения состава экстракционной смеси трибутилфосфата и разбавителя по ранее построенной градуировочной зависимости не превышает 1 ч. Доверительные границы относительной погрешности определения состава экстракционной смеси трибутилфосфата и разбавителя не превышают ±3,5%.

Технический результат заключается в упрощении способа определения состава экстракционной смеси ТБФ в разбавителе, что приводит к снижению технико-экономических затрат, связанных с уточнением и корректировкой параметров технологического процесса.

1. Способ определения состава экстракционной смеси трибутилфосфата и разбавителя, включающий добавление сольватообразующего соединения, подготовку градуировочных экстракционных смесей различного состава, измерение характеристики градуировочных экстракционных смесей и анализируемой экстракционной смеси и вычисление состава анализируемой экстракционной смеси по градуировочной зависимости, отличающийся тем, что в качестве измеряемой характеристики используют увеличение плотности экстракционной смеси после проведения экстракции сольватообразующего соединения в режиме насыщения экстракционной смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сольватообразующего соединения применяют раствор урана.