Способ разделения тория-228 и радия-224

Способ разделения тория-228 и радия-224

Реферат

Изобретение относится к радиохимии и может быть использовано для получения применяемого в ядерной медицине препарата радия-224, а также препарата чистого тория-228.

Известен способ получения препарата на основе радия-224 из его смеси с торием-228 (RU, 2441687, B01D 15/08, G21G 4/08, опубл. 20.10.2011). Способ включает приготовление из исходного материала первого раствора тория-228 и радия-224 в 3-4М растворе соляной кислоты, селективную сорбцию тория-228 по ионообменному механизму из этого раствора в колонке на фосфоновокислотном катионите с получением продукта сорбции в виде композиционного препарата, состоящего из ионообменной смолы с иммобилизованным ею торием-228 в виде его ионов, выдерживание этого материала в течение четырех или более суток для накопления в нем радия-224 в количестве не менее 50% его равновесного количества. Образовавшийся на катионите в результате распада тория-228 радий-224 десорбируют 7-8М раствором соляной кислоты. Полученный таким образом раствор радия-224 пропускают через ионообменную колонку для очистки от неактивных катионов, затем упаривают его досуха и остаток растворяют в 1М растворе азотной кислоты с получением второго раствора, содержащего Ra(NO₃)₂. Этот раствор пропускают через колонку с катионообменной смолой и получают продукт сорбции в виде композиционного материала, состоящего из ионообменной смолы с иммобилизованным ею радием-224 в виде его ионов. Далее сорбированный радий-224 десорбируют 8М раствором азотной кислоты. Содержащий радий-224 десорбат упаривают досуха и остаток растворяют в заданном объеме азотной или соляной кислоты с получением конечного продукта.

Другие продукты процесса получения препарата на основе радия-224 - это запрещенные к сбросу в канализацию кислые растворы, образующиеся на стадиях ионообменной сорбции тория-228 и радия-224, один из которых содержит радий-224 в количестве, равном содержанию его в исходном (первом) растворе.

Сведения о судьбе этих растворов в описании способа не содержатся.

Недостатками способа являются большая его сложность, необходимость использования дорогостоящих селективных ионообменных материалов, образование подлежащих дезактивации сточных вод, а также периодичность его осуществления.

Новыми техническими результатами от использования предлагаемого изобретения являются упрощение способа, исключение использования ионообменных материалов, полное разделение тория-228 и радия-224, получение препаратов в виде, удобном для использования, снижение содержания тория и радия в конечном растворе до уровня, не превышающего пределы растворения Th(OH)₄ и RaCO₃, а также обеспечение возможности проведения процесса разделения в непрерывном режиме.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе разделения тория-228 и радия-224, включающем стадии в заданной их последовательности растворения в HCl исходного материала, содержащего торий-228 и радий-224, с получением первого раствора, содержащего ThCl₄, RaCl₂ и свободную HCl, выдержки торийсодержащего материала в течение времени, достаточного для образования в нем радия-224 в количестве, равном не менее 50% равновесного количества, сорбции тория-228 из первого раствора, получения второго раствора, сорбции Ra-224 из второго раствора, с образованием на стадиях сорбции ее продуктов в виде композиционных препаратов, состоящих из сорбентов с иммобилизованными ими торием-228 и радием-224, согласно изобретению в течение заданного времени выдерживают исходный материал, в качестве сорбента используют фибриллированные целлюлозные волокна, содержащие, в мас.%, не менее 50% волокон с длиной не более 0,14 мм и не менее 90% волокон с длиной не более 0,5 мм, перед сорбцией ThCl₄ и RaCl₂ преобразуют в нерастворимые соединения путем обработки первого раствора гидроксидом натрия с образованием частиц Th(OH)₄ и второго раствора, содержащего RaCl₂ и NaCl, обработки второго раствора карбонатом натрия с образованием частиц RaCO₃ и конечного раствора, содержащего NaCl, при этом обработку растворов ведут в присутствии в каждом из них упомянутого сорбента с сорбцией на целлюлозных волокнах упомянутых нерастворимых частиц при их образовании с получением продуктов сорбции в виде диспергированных во втором и конечном растворах композиционных препаратов, состоящих из целлюлозных волокон с прочно иммобилизованными на них частицами Th(OH)₄ и RaCO₃, с последующим выведением препаратов из растворов, причем препарат тория-228 выводят из второго раствора перед его обработкой. Целлюлозные волокна содержатся в растворах при их обработке в количестве 50-150 мг/дм³, а препараты тория-228 и радия-224 выводят из растворов осаждением или напорной флотацией.

Обычно исходный материал, подлежащий переработке с целью разделения тория-228 и радия-224, содержит в качестве основного компонента торий-228, а в качестве примеси - радий-224. Содержание его может колебаться от нескольких процентов относительно равновесного содержания, до равновесного количества. Соответственно, длительность выдержки того или иного конкретного образца исходного материала, достаточная для достижения, например, 50%-ного содержания относительно равновесного количества, может заметно различаться.

В качестве сорбента при извлечении из жидкой фазы частиц нерастворимых соединений тория и радия целесообразно использовать фибриллированные целлюлозные волокна (ФЦВ) с указанными выше характеристиками, поскольку они обладают очень высокой сорбционной емкостью. Например, она может достигать, в расчете на 100 мас.ч. волокон, 1000 и более мас.ч. высокодисперсных нерастворимых частиц соединений, образующихся и сорбирующихся на волокнах при их химическом осаждении.

Кроме того, эти волокна сами по себе, а также композиционные материалы, состоящие из таких волокон с прочно сорбированными ими частицами, способны в водной среде образовывать флоккулы и хлопья, хорошо флотируемые к поверхности воды с образованием устойчивого флотошлама, например, в процессе напороной флотации, без использования вспомогательных веществ, таких как флоккулянты, коагулянты, флотоагенты.

Эти композиционные материалы хорошо также осаждаются. Осадок обезвоживается известными методами значительно легче, чем осадок без ФЦВ.

Произведение растворимости гидроксида тория на несколько порядков меньше произведения растворимости гидроксида радия. Поэтому при обработке исходного (первого) раствора гидроксидом натрия при его расходе, не превышающем стехиометрически равное содержанию в растворе свободной кислоты и тория, этот реагент полностью и исключительно расходуется на нейтрализацию кислоты и на реакцию с ионами тория с образованием из всего его количества нерастворимого гидроксида.

Способ осуществляется следующим образом. Готовят первый раствор путем растворения исходного материала в соляной кислоте. Готовят также суспензию ФЦВ. В первый смеситель подают первый раствор, содержащий ThCl₄, RaCl₂ и HCl, а также суспензию ФЦВ из расчета, например, 50 мг волокон на дм³ раствора. Полученную дисперсию подают в первый проточный реактор, в который подают также заданное количество раствора NaOH. В результате химических реакций и процесса сорбции в реакторе образуется дисперсия из композиционного препарата тория-228, состоящего из ФЦВ с прочно иммобилизованными ими частицами Th(OH)₄, и второго раствора, содержащего RaCl₂ и NaCl. Дисперсию направляют в первый сатуратор, в который подают также под избыточным давлением воздух. Из сатуратора насыщенную воздухом дисперсию под давлением подают в первый флотатор, в камере которого при сбросе давления до нормального происходит флотирование частиц препарата выделившимися из воды мелкими пузырьками воздуха к поверхности воды и образование флотошлама. Флотошлам выводят на переработку, а осветленный раствор подают во второй смеситель, в который подают также заданное количество ФЦВ (например, 150 мг волокон на дм³) и получают суспензию ФЦВ во втором растворе. Ее направляют во второй реактор, в который подают также раствор карбоната натрия в количестве, стехиометрически равном содержанию в растворе ионов Ra-224. В результате химической реакции и процесса сорбции в реакторе образуется дисперсия, содержащая композиционный препарат радия-224, состоящий из ФЦВ с прочно иммобилизованными ими частицами RaCO₃. Жидкая фаза содержит только NaCl. Дисперсию направляют в отстойник или во второй сатуратор и из него во второй флотатор. В любом случае композиционный препарат, выделенный из жидкой фазы, направляют на переработку.

Переработка включает операции промывки, сгущения флотошлама или осадки на пресс-фильтре или с использованием центрифуги, промывки и высушивания препаратов тория и радия. Жидкие фазы от сгущения и промывки препарата тория-228 возвращают во второй раствор. Препарат радия-224 можно обработать соляной или азотной кислотой и получить раствор радия заданной концентрации.

Препарат тория-228 можно использовать в качестве «донора» для получения чистых препаратов радия-224. Для этого препарат тория выдерживают в течение заданного времени и экстрагируют заданным количеством воды. В экстракт переводится гидроксид радия-224, обладающий заметной растворимостью. Далее этот раствор обрабатывают карбонатом натрия в присутствии ФЦВ и получают препарат радия-224 в виде частиц RaCO₃, сорбированных на ФЦВ.

Все возможные варианты (примеры) использования способа осуществляют в полном соответствии с общим описанием. Изменение концентрации ФЦВ в растворах в диапазоне 50-150 мг/дм³ практически ничего не меняет.

1. Способ разделения тория-228 и радия-224 включает растворение в HCl исходного материала, содержащего торий-228 и радий-224, с получением первого раствора, содержащего ThCl₄, RaCl₂ и свободную HCl, его обработку гидроксидом натрия с образованием частиц Th(OH)₄ и второго раствора, содержащего RaCl₂ и NaCl, обработку второго раствора карбонатом натрия с образованием частиц RaCO₃ и конечного раствора, содержащего NaCl, при этом обработку растворов ведут в присутствии в каждом из них фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 50% волокон с длиной не более 0,14 мм и не менее 90% волокон с длиной не более 0,5 мм с сорбцией на целлюлозных волокнах упомянутых частиц при их образовании с получением продуктов сорбции в виде дисперсий, состоящих из второго и конечного растворов и композиционных препаратов, состоящих из целлюлозных волокон с прочно иммобилизованными на них частицами Th(OH)₄ и RaCO₃, с последующим выведением препаратов из растворов, причем препарат тория-228 выводят из второго раствора перед его обработкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что целлюлозные волокна содержатся в растворах при их обработке в количестве 50-150 мг/дм³.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что препараты тория-228 и радия-224 выводят из растворов осаждением или напорной флотацией.