Экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных отходов

Экстракционная смесь для выделения актинидов из жидких радиоактивных отходов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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	DAm/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.

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.