CS214904B1 - Method of separation of isotopes by method of controlled distribution with utilization of particularly kinetic concentration effect - Google Patents

Method of separation of isotopes by method of controlled distribution with utilization of particularly kinetic concentration effect Download PDF

Info

Publication number
CS214904B1
CS214904B1 CS191278A CS191278A CS214904B1 CS 214904 B1 CS214904 B1 CS 214904B1 CS 191278 A CS191278 A CS 191278A CS 191278 A CS191278 A CS 191278A CS 214904 B1 CS214904 B1 CS 214904B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
isotopic
separation
phase
isotopes
uranium
Prior art date
Application number
CS191278A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Josef Cabicar
Karel Stamberg
Original Assignee
Josef Cabicar
Karel Stamberg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Josef Cabicar, Karel Stamberg filed Critical Josef Cabicar
Priority to CS191278A priority Critical patent/CS214904B1/en
Publication of CS214904B1 publication Critical patent/CS214904B1/en

Links

Landscapes

  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)

Abstract

Účelem vynálezu je výrazné zvýšení hodnoty elementárního separačního faktoru konkrétně pro separaci izotopů uranu, snížení celkového počtu separačních stupňů o jeden až 1,5 řádu, zkrácení doby pro ustavení stacionárního stavu a snížení nádrže obohaceného uranu v zařízení rovněž cca o 1 řád. Je možno pracovat s roztoky šestimocného uranu, není zapotřebí měnit jeho valenční stav a není nutné převádět uran před obohacením na UF«, jak tomu je u doposud provozně používaných obohaco- vacích postupů. Podstata vynálezu spočívá v tom, že separace izotopů metodou řízené distribuce izotopů ve dvoufázových systémech, jako je systém pevný sorbent — vodný roztok, pevný sorbent — plynná směs. a kapalinové extrakční činidlo — vodný roztok je řízena dobou trvání a hydrodynamickými parametry kontaktu fází, teplotou, osvětlením a složením fází v tom smyslu, aby rychlosti transportu izotopů z jedné fáze do druhé, tj. součiny hnací síly a koeficienty přenosu hmoty byly navzájem různé a dále, aby rychlost izotopové výměny byla minimální.The purpose of the invention is to significantly increase the elemental separation factor value in particular for the separation of uranium isotopes, reduce the total number of separation steps by one to 1.5, reduce the settling time and reduce the enriched uranium tank by about 1 order. It is possible to work with solutions of hexavalent uranium, it is not necessary to change its valence state and it is not necessary to convert uranium before enrichment to UF «, as is the case with the enrichment procedures used so far. The essence of the invention is that the separation of isotopes by the method of controlled isotope distribution in two-phase systems, such as solid sorbent-aqueous solution, solid sorbent-gas mixture. and the liquid extraction agent - the aqueous solution is controlled by the duration and hydrodynamic parameters of phase contact, temperature, illumination and phase composition in the sense that the isotope transport rates from one phase to the other, i.e. the product of the driving force and the mass transfer coefficients, are different from each other and further, that the isotope exchange rate is minimal.

Description

Vynálezem je způsob separace izotopů ve dvoufázových systémech typu např. pevná fáze — kapalná fáze, kapalná fáze — kapalná fáze, pevná fáze — plynná fáze, založený na poznatku, že distribuci izotopů lze řídit volbou složení fází, tj. jejich strukturní a materiální podstatou, koncentrací izotopů a ligand, dále teplotou, osvětlením, hydrodynamickými parametry a dobou trvání kontaktu fází. Způsobem podle vynálezu lze s vysokou účinností separovat např. izotopy uranu, lithia a dusíku z vodných i nevodných roztoků, případně z jejich plynných směsí, jestliže se tyto kontaktují s pevnými sorbenty, nebo s kapalinovými extrakčními činidly. Ve své podstatě se jedná o chemickou separační metodu.The invention is a method of separating isotopes in two-phase systems such as solid phase - liquid phase, liquid phase - liquid phase, solid phase - gas phase, based on the knowledge that isotope distribution can be controlled by the choice of phase composition, ie their structural and material nature, concentration of isotopes and ligands, as well as temperature, illumination, hydrodynamic parameters and duration of phase contact. The isotopes of uranium, lithium and nitrogen can be separated from aqueous and non-aqueous solutions, or gaseous mixtures thereof, when they are contacted with solid sorbents or liquid extraction agents, with high efficiency, according to the invention. It is basically a chemical separation method.

Doposud publikované a používané chemické metody separace izotopů (viz např.: Laskorin Β. N. a spol.: Uspechi chimii, sv. XLIV, č. 5, 761—780 [1975]; Garraan de J. a spol.: Report AAEC/LIB/BIB — 273 [1970]] jsou založené na izotopově výměnných reakcích, jejichž rovnovážné konstanty, tj. zpravidla elementární separační faktory, v závislosti na hmotnostních číslech příslušných izotopů, se pohybují v rozmezí cca 1,01 až 1,0001; nižší hodnoty se týkají izotopů těžkých prvků, např. uranu, V posledních letech je mnoho pozornosti věnováno separaci izotopů uranu na pevných sorbentech i kapalinových extrakčních činidlech. Konkrétně lze citovat patenty a japonské patentové přihlášky v NSR (např.: DOS 2,235.603 [1973]; DOS 2,349.595 [1973]; DOS 2,623.891 [1977]), francouzské (napr.: Franc, patent: 1,600.437 [1968]} a časopisecké publikace rumunské (např.: Ponta A., Calusaru A.: Isotopenpraxis 13, Nr. 6, 214 až 216 [1977]; ibid 11, Nr. 12, 422-426 [1975]).Chemical isotope separation methods published and used hitherto (see, for example: Laskorin, N. N. et al., Uspechi chimii, Vol. XLIV, No. 5, 761-780 [1975]; Garraan de J. et al., Report AAEC [LIB / BIB-273 [1970]] are based on isotope exchange reactions whose equilibrium constants, i.e., typically elemental separation factors, depending on the mass numbers of the isotopes in question, are in the range of about 1.01 to 1.0001; values refer to isotopes of heavy elements such as uranium In recent years, much attention has been paid to the separation of uranium isotopes on solid sorbents and liquid extraction agents, specifically patents and Japanese patent applications in the Federal Republic of Germany (eg: DOS 2,235,603 [1973]; DOS 2,349,595 [1973]; DOS 2,623,891 [1977]), French (e.g.: Franc, patent: 1,600.437 [1968]} and Romanian magazines (e.g.: Ponta A., Calusaru A .: Isotopenpraxis 13, Nr. 6, 214 to 216 [1977] ib id 11, No. 12, 422-426 [1975]).

Společným znakem všech publikovaných postupů je maximální snaha o dodržení podmínek pro průběh izotopové výměnné reakce typu:The common feature of all published procedures is the maximum effort to comply with the conditions for the course of the isotopic exchange reaction type:

238uj + 235un « 238un -J- 235ut kde římská číslice označuje fázi.238uj + 235u n 238 238u n -J-235u t where the Roman numeral indicates the phase.

Počáteční práce, zaměřené na separaci izotopů U(VI), byly však neúspěšné, neboť se nepodařilo reprodukovatelně získat, při použití měničů iontů a chromatografických pracovních postupů, větší separační faktor, než cca 1,000 09. Proto byla pozornost obrácena k systémům, ve kterých je uran přítomen v různých valenčních stavech, a sice: U(VI)— U(IV) a U(III)—U(IV). V těchto systémech současně probíhá elektronově výměnná reakce, při které se vždy lehčím izotopem obohacuje vyšší valenční stupeň uranu. Dále, ve spojitosti s izotopovým efektem komplexačních reakcí a použitím vhodného typu sorbentu, případně extrakčního činidla selektivního pro Jednu z valenčních forem uranu, bylo skutečně dosaženo výrazného zvýšení účinnosti separace. Z publikovaných údajů je patrné, že se podařilo posunout hodnotu eleméntárního separačního faktoru na úroveň cca 1,001, což je údajně hranice ekonomické využitelnosti procesu. (Např., elementární separační faktor procesu plynové difúze, používané v provozním měřítku pro separaci izotopů uranu, je cca 1,0027. ] Je proto možné konstatovat, že dosažené výsledky jsou již ekonomicky i technologicky zajímavé. Avšak provozní využitelnost není jednoznačná, a to především z důvodu hraniční hodnoty elementárního separačního faktoru, se kterou souvisí budování zařízení s velkým počtem stupňů, s velkou zádrží obohaceného uranu a s poměrně dlouhou dobou potřebnou k dosažení stacionárního stavu procesu. Rovněž nutnost mnohonásobného opakování procesu redukce a oxidace uranu je spojena se značnými nároky na příslušná redukční a oxidační činidla, respektive na energii těchto reakcí.However, the initial work on the separation of U (VI) isotopes was unsuccessful since it was not possible to reproduce reproducibly, using ion exchangers and chromatographic techniques, a separation factor greater than about 1,000 09. Therefore, attention has been turned to systems in which uranium present in different valence states, namely: U (VI) - U (IV) and U (III) —U (IV). At the same time, an electron exchange reaction occurs in these systems, in which a higher valence grade of uranium is always enriched with a lighter isotope. Furthermore, in connection with the isotopic effect of the complexing reactions and the use of a suitable type of sorbent or extraction agent selective for one of the valency forms of uranium, a significant increase in separation efficiency has indeed been achieved. It is apparent from the published data that the value of the elementary separation factor has been shifted to the level of about 1.001, which is reportedly the limit of the economic usability of the process. (For example, the elemental separation factor of the gas diffusion process used on a production scale for the separation of uranium isotopes is about 1.0027.) Therefore, it is possible to state that the results achieved are already economically and technologically interesting. mainly due to the elemental separation factor limit, which is associated with the construction of large-scale plants, the large containment of enriched uranium, and the relatively long time required to achieve a stationary process, and the multiple repetition of the uranium reduction and oxidation process. appropriate reducing and oxidizing agents, respectively, to the energy of these reactions.

Tyto nevýhody odstraňuje nový způsob separace izotopů podle vynálezu založený na metodě řízené distribuce s využitím zejména kinetického koncentračního efektu a retardace izotopové výměny ve dvoufázových systémech. Podstata způsobu podle uvedeného vynálezu spočívá v tom, že jedna z fází je vodným nebo nevodným roztokem izotopových složek a ligand o koncentraci 10~6M až nasycený roztok, nebo je plynnou směsí izotopových složek nebo plynnou směsí izotopových složek a inertního plynu, a druhá fáze je pevným sorbentem, jako jsou styren-divinylbenzenové měniče iontů, biosorbenty na bázi mycelií nižších hub a sorbenty na bázi celulózy, nebo je extrakěním činidlem, jako je tributylfosfát a trioktylamin, zakotveným případně na nosiči, jako je teflon, sillkagel a celulóza a po uvedení obou fází do kontaktu rychlost transportu izotopových složek z jedné fáze do druhé není stejná a komplexací izotopů ligandy, jako jsou ionty karbonátové, síranové, citrátové, chloridové a etylendiamintetraoctové, nebo použitím sorbentů a extrakčních činidel s chelatujícími funkčními skupinami, jako jsou skupiny karboxylové, hydroxylové, skupiny na bázi fosforu, dusíku a síry, nebo/a prací ve tmě, nebo při světle o vlnové délce v rozmezí 250 mm až 1 m dojde k retardaci izotopové výměny, přičemž teplota je v rozmezí —173 až +727 ’C, velikost částic sorbentu v rozsahu 1 μτη—0,01 m, dále že k desorbci, nebo k reextrakci izotopových složek se použijí roztoky sloučenin, Jako jsou uhličitan sodný, dusičnan amonný, chlorid sodný, síran sodný, kyselina sírová, kyselina dusičná a kyselina chlorovodíková, dále sloučenin obsahujících komplexující ligandy, jako jsou ionty citrátové, etylendiamintetraoctové a izomáselné, a sice samotné, nebo ve směsi o celkové koncentraci 10~3M až nasycený roztok. Způsobem podle uvedeného vynálezu lze například použít vodný roztok Izotopových složek, jako jsou 235U(VI) a 238U(VI) a ligand, jako jsou ionty nitrátové, síranové a karbonátové, o celkové koncentraci 0,01 až 0,1 M, ve kterém izotopy 235U a 233U jsou ve výchozí směsi v molárním poměru 1:500 až 1:100. Jako pevný sorbent lze použít silně kyselé katexy na bázi styren-divinylbenzenového kopolymeru nebo sorbenty na bázi mycelia nižší houby kmene P. chrysogenum. Doba trvání kontaktu fází se volí v rozsahu 100 s až 16,7 min., pracuje se ve tmě nebo při světle o vlnové délce 250 až 650 nm, dále při počtu otáček míchadla v rozsahu 0,800 až 12,00 s_1, nebo s průtokovou rychloští při kolonovém uspořádání v rozmezí 10-4 až 10-2 m/s a s pevným sorbentem o velikosti částic v rozsahu 0,1 až 1 mm a při teplotě v mezích 0 °G až 100 °C. K desorbci lze použít roztoky chloridu sodného + uhličitanu sodného, nebo uhličitanu sodného, nebo kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,1 až 1,5 M.These disadvantages are overcome by the novel method of isotope separation according to the invention, based on the controlled distribution method, using in particular the kinetic concentration effect and the isotopic exchange retardation in two-phase systems. The process according to the invention is characterized in that one of the phases is an aqueous or non-aqueous solution of isotopic components and a ligand at a concentration of 10 -6 M to a saturated solution, or is a gaseous mixture of isotopic components or a gaseous mixture of isotopic components and an inert gas. is a solid sorbent such as styrene-divinylbenzene ion exchangers, lower fungal mycelium biosorbents and cellulose sorbents, or is an extraction with an agent such as tributyl phosphate and trioctylamine optionally anchored on a carrier such as teflon, sillcagel and cellulose In both phases, the rate of transport of isotopic components from one phase to another is not the same and the complexation of isotopes by ligands such as carbonate, sulfate, citrate, chloride and ethylenediaminetetraacetic, or by the use of sorbents and extracting agents with chelating functional groups such as carboxyl, hydroxyl , groups based on phosphorus, nitrogen and sulfur, and / or work in the dark or in light with a wavelength in the range of 250 mm to 1 m, isotopic exchange retardation occurs, the temperature being in the range of -173 to +727 ° C, sorbent particle size in the range of 1 μτη — 0.01 m, further that solutions of compounds such as sodium carbonate, ammonium nitrate, sodium chloride, sodium sulfate, sulfuric acid, nitric acid and hydrochloric acid are used for desorption or re-extraction of isotopic components containing complexing ligands such as citrate, ethylenediaminetetraacetic and isobutyric ions alone or in a mixture having a total concentration of 10 -3 M to a saturated solution. For example, an aqueous solution of isotopic components such as 235 U (VI) and 238 U (VI) and a ligand such as nitrate, sulfate and carbonate ions in a total concentration of 0.01 to 0.1 M may be used in the method of the present invention. wherein the isotopes 235 U and 233 U are in the starting mixture in a molar ratio of 1: 500 to 1: 100. As a solid sorbent, strongly acidic cation exchangers based on styrene-divinylbenzene copolymer or sorbents based on mycelium of the lower fungus strain P. chrysogenum can be used. The phase contact duration is chosen in the range of 100 s to 16.7 min., Working in the dark or in the light with a wavelength of 250 to 650 nm, further with the stirrer speed in the range of 0,800 to 12,00 s _1 , or high-speed pellets at a column size range of 10 -4 to 10 -2 m / s with a solid sorbent having a particle size in the range of 0.1 to 1 mm and at a temperature between 0 ° C and 100 ° C. Sodium chloride + sodium carbonate or sodium carbonate or hydrochloric acid solutions of 0.1 to 1.5 M may be used for desorption.

Způsob podle vynálezu se vyznačuje podstatně vyššími separačními faktory, než jsou doposud dosahované při izotopově výměnných reakcích. V průběhu kinetiky sorbce, respektive i desorbce izotopů uranu maximální hodnoty elementárních separačních faktorů se pohybují v rozmezí 1,02 až 1,10. Zvláště výhodné je použití roztoků šestimocného uranu a pevných sorbentů s vysokou selektivitou, ne však příliš velkou kapacitou pro uran a ne s příliš rychlou kinetikou sorbčního, případně desorbčního procesu. Ekonomická i technologická významnost způsobu separace izotopů podle vynálezu je značná. Výrazné zvýšení hodnoty elementárního separačního faktoru představuje, konkrétně pro separaci izotopů uranu, snížení celkového počtu separačních stupňů o jeden až 1,5 řádu, zkrácení doby pro ustavení stacionárního stavu a snížení zádrže obohaceného uranu v zařízení rovněž cca o jeden řád. Je možno pracovát s roztoky šestimocného uranu, není zapotřebí měnit jeho valenční stav a není nutné převádět uran před obohacováním na UF«, jak tomu je u doposud provozně používaných obohacovacích postupů. Dalším významným momentem je ta skutečnost, že jako vstupní U-materiál lze používat ochuzený uran, který stávající procesy „produkují“ a je reálné snížit obsah izotopu 23SD v tomto odpadu minimálně na polovinu.The process according to the invention is characterized by considerably higher separation factors than hitherto achieved in isotopic exchange reactions. During the kinetics of sorption or desorption of uranium isotopes, the maximum values of elemental separation factors range from 1.02 to 1.10. It is particularly advantageous to use solutions of hexavalent uranium and solid sorbents with high selectivity, but not too large a capacity for uranium and not with too rapid kinetics of the sorption or desorption process. The economic and technological significance of the isotope separation process according to the invention is considerable. A significant increase in the value of the elemental separation factor represents, in particular for the separation of uranium isotopes, a reduction of the total number of separation stages by one to 1.5 orders, a shortening of the stationary state and a reduction of the enriched uranium retention in the plant by about one order. It is possible to work with solutions of hexavalent uranium, it is not necessary to change its valence state and it is not necessary to convert uranium to UF before enrichment, as is the case with the previously used enrichment processes. Another important point is that depleted uranium can be used as input U-material, which is "produced" by existing processes and it is realistic to reduce the isotope content of 23S D in this waste by at least half.

Podstatu nového postupu separace izotopů, a sice na příkladu procesu sorbce, lze blíže popsat následovně:The essence of the new isotope separation process, namely the sorption process, can be described in more detail as follows:

a) Kontaktováním pevného sorbentů, nebo kapalinového extrakčního činidla s vodným roztokem izotopů, např. se směsí 235U (VI) + 233U (VI ), kde koncentrace jednoho z izotopů je alespoň o polovinu až jeden řád vyšší, než druhého, dochází k sorbci obou izotopů současně, ovšem s tím, že rychlost sorbce každého izotopu je úměrná hnací síle procesu, tj. relativní vzdálenosti od rovnováhy a hodnotě koeficientu přenosu hmoty. Tuto rychlost lze popsat vztahem: R=kq . Aq=kc. Ac, kde značía) By contacting the solid sorbents or liquid extracting agent with an aqueous isotope solution, e.g. a mixture of 235 U (VI) + 233 U (VI), where the concentration of one of the isotopes is at least half to one order higher than the other, The sorption rate of each isotope is proportional to the driving force of the process, ie the relative distance from equilibrium and the value of the mass transfer coefficient. This speed can be described by the formula: R = k q . And q = k c . A c where denotes

R — rychlost sorbce, případné desorbce, respektive transportu izotopu z jedné fáze do druhé, kq, kc — koeficienty přenosu hmoty,R - rate of sorption, eventual desorption, respectively transport of isotopes from one phase to another, k q , k c - mass transfer coefficients,

Δς, Δο — hnací síla procesu, resp. koncentrační gradient ve fázi „q“ a „c“.Δ ς , Δ ο - the driving force of the process, resp. concentration gradient in phases “q” and “c”.

b) Hnací síla transportu izotopu z jedné fáze (zde vodné) do druhé je funkcí jednak počátečních koncentrací izotopů ve fázích, jednak tvaru rovnovážné izotermy v oblasti změn koncentrací izotopu, ku kterým v průběhu sorbce dochází.b) The driving force of isotope transport from one phase (here aqueous) to another is a function of both the initial isotope concentrations in phases and the shape of the equilibrium isotherm in the area of isotope concentration changes that occur during sorption.

c) Vzhledem ke koncentracím izotopů v roztoku je nutno volit takový sorbent, který vykazuje v oblasti koncentračních změn pokud možno maximálně rozdílné směrnice úseků rovnovážné izotermy, příslušejících jednotlivým izotopům. Výhodným se jeví, aby ta část sorbční rovnovážné izotermy, která přísluší izotopu o nižší koncentraci, měla směrnici cca 102 až 103, a část, příslušející izotopu vyšší koncentrace, cca 10.(c) In view of the concentration of isotopes in the solution, a sorbent shall be chosen which shows, as far as possible, the concentration differences in the equilibrium isotherm sections corresponding to the individual isotopes in the area of concentration changes. It is preferable that the part of the sorbent equilibrium isotherm which belongs to the lower concentration isotope has a slope of about 10 2 to 10 3 , and the part corresponding to the higher concentration isotope is about 10.

d) Protože výběr sorbentů má svoje omezení ve vlastnostech sorbentů samotných, je možno také přizpůsobit složení roztoku vlastnostem sorbentů. V tomto smyslu přichází v úvahu změna absolutní koncentrace izotopů, např. ředěním, při zachování izotopového poměru v původní výši, dále úprava složení roztoku přidáním dalších složek, včetně komplexačních činidel.d) Since the choice of sorbents has its limitations on the properties of the sorbents themselves, it is also possible to adapt the composition of the solution to the properties of the sorbents. In this sense, it is possible to change the absolute concentration of isotopes, e.g. by dilution, while maintaining the isotopic ratio at the original level, and to adjust the composition of the solution by adding other components, including complexing agents.

ej Koeficient přenosu hmoty je funkcí jednak složení roztoku (koncentrace izotopu) a druhu sorbentů, případně extrakčního činidla, jednak teploty a hydrodynamických parametrů systému (rychlost míchání, průtoku, velikosti částic sorbentů apod.); protože koncentrační závislost je jedna z nejvýznamnějších, mají tyto koeficienty pro každý izotop obecně různou hodnotu. Absolutní hodnota koeficientu je však daná především druhem sorbentů. Zjistili jsme, že je výhodné pracovat s takovým sorbentem, pro který koeficienty přenosu hmoty se pohybují v rozmezí 105 až 10-3 s-1.ej The mass transfer coefficient is a function of the composition of the solution (isotope concentration) and the type of sorbents or extracting agent, as well as the temperature and hydrodynamic parameters of the system (mixing speed, flow rate, sorbent particle size, etc.); since the concentration dependence is one of the most significant, these coefficients generally have different values for each isotope. However, the absolute value of the coefficient is given mainly by the type of sorbents. We have found it advantageous to work with a sorbent for which the mass transfer coefficients range from 10 5 to 10 -3 s -1 .

f) Jako sorbenty výše uvedených rovnovážných a kinetických vlastností lze použít např. tzv. biosorbenty (viz čs. autorské osvědčení č. 184 471, a Čs. autorské osvědčení č. 189 198), dále měniče iontů na bází styren -divinylbenzenových kopolymérů, extrakční činidla samotná nebo zakotvená na nosiči, jako je teflon, celulóza, slllkagel apod.f) The sorbents of the above equilibrium and kinetic properties can be used, for example, so-called biosorbents (see the author's certificate No. 184 471 and the author's certificate No. 189 198), as well as ion exchangers based on styrene-divinylbenzene copolymers, extraction agents alone or anchored on a carrier such as teflon, cellulose, silica gel and the like.

g) Současně se sorbcí, případně extrakcí izotopů, začíná prakticky ihned probíhat také izotopová výměna, která rozdíly v nasorbovaných množstvích jednotlivých izotopů, rezultujících z různých rychlostí sorbce, zmenšuje. Negativní vliv procesu izotopové výměny, jejíž rychlost je přibližně shodná s rychlostí sorbce izotopu o vyšší koncentraci, je možno kompenzovat, respektive rušit, jednak výběrem a správnou volbou typu sorbentů a složení roztoku, jednak prací při nižší teplotě a při omezeném přístupu světla. Retardace izotopové výměny lze dosáhnout také komplexací izotopové složky v jedné fázi, tzn. bud přídavkem vhodného ligandu do roztoku, nebo použitím sorbentů, případně extrakčního činidla s komplexotvornými funkčními skupinami.g) Along with the sorption or extraction of isotopes, the isotopic exchange begins practically immediately, which reduces the differences in the adsorbed amounts of the individual isotopes resulting from different sorption rates. The negative influence of the isotopic exchange process, the rate of which is approximately the same as the rate of sorption of the higher concentration isotope, can be compensated or canceled, both by selecting and selecting the type of sorbents and the composition of the solution. Isotopic exchange retardation can also be achieved by complexing the isotopic component in one phase; either by adding a suitable ligand to the solution, or by using sorbents, optionally an extracting agent with complexing functional groups.

h) Totéž, co bylo výše uvedeno jako příklad pro kinetiku sorbce izotopů, platí také ve svém principu pro kinetiku desorbce, respektive reextrakce a ji doprovázející izotopovou výměnu.h) The same, as exemplified above for the isotopic sorption kinetics, also applies in its principle to the desorption or reextraction kinetics and its accompanying isotopic exchange.

Příklad 1 g sorbentů zn. Ostsorb MV 6/5 (sorbent na bázi houby kmene P. chrysogenum), aktivovaného hydratovaným kysličníkem titaničitým, v Na-formě (nabotnalého a odstředěného) bylo za míchání, při rychlosti otáček míchadla 5 s-1, při teplotě 293 Kelvina a bez přístupu světla kontaktováno s 60 ml roztoku 0,01M uranylnitrátu, jehož pH bylo upraveno na 3,5. Poměr izotopů 235u;238u ve výchozím roztoku byl 0,725.10-2 (jednalo se o sloučeninu připravenou z přírodního uranu). V průběhu sorbční reakce byly odebírány vzorky kapalné fáze a v nich byla stanovována celková koncentrace uranu (spektrofotometrickou metodou při použití činidla arsenazo I) a na hmotovém spektrometru zn. Aldermaston-Micromass 30 poměr izotopů Z35U:238U. Z výsledků byla spočítána hodnota separačního faktoru jako funkce času:Example 1 g of sorbent Ref. Ostsorb MV 5.6 (based sorbent fungi P. chrysogenum strain) activated hydrated titanium dioxide, in the Na form (swollen and skimmed) with stirring at a stirrer spin speed of 5 s -1, at at 293 Kelvin and, in the absence of light, contacted with 60 ml of a 0.01 M uranyl nitrate solution adjusted to pH 3.5. Isotope ratio 235u ; 238u in the starting solution was 0.725.10 -2 (it was a compound prepared from natural uranium). During the sorption reaction, liquid phase samples were taken to determine the total uranium concentration (by the spectrophotometric method using arsenazo I reagent) and on an Aldermaston-Micromass 30 mass spectrometer Z35 U: 238 U ratio. factor as a function of time:

Cas (s) Cas (s) 0 0 0,8.103 1,2 . 103 2,4.103 3,6 . 10’ 7,2 . 10’14,4.103 0,8.103 1,2. 10 3 2.4.10 3 3.6. 10 '7.2. 10'14,4.10 3 Celková koncentrace U (M) Total U (M) 0,01 0.01 0,808 0,0053 0,0.046 0,0042 0,0037 0,0035 0.808 0.0053 0.0.046 0.0042 0.0037 0.0035 Separační faktor · Separation factor · 1,000 1,000 0,997 0,978 0,993 1,024 i,030 1,005 0.997 0.978 0.993 1.024 i, 030 1.005

Separační faktor je definován jako poměr izotopických poměrů 235U:238U ve fázi sorbentu k témuž izotopickému poměru ve fázi kapalné.The separation factor is defined as the ratio of isotopic ratios of 235 U: 238 U in the sorbent phase to the same isotopic ratio in the liquid phase.

Příklad 2Example 2

Stejným pracovním postupem jako v příkladě 1,. s. tím ..rozdílem, žepokus byl veden za přístupů denního světla, byla stanovena časová změna celkové koncentrace uranu a izotopového poměru v kapalné fázi. Z výsledku byla vypočtena závislost separačního faktoru na čase:Using the same procedure as in Example 1. In contrast to the fact that the experiment was conducted under daylight approaches, the time change in the total uranium concentration and the isotopic ratio in the liquid phase was determined. The dependence of the separation factor on time was calculated from the result:

Cas (s) Cas (s) 0 0 0.6 . 103 1,2 . 103 2,4 . 103 3,6 . 103 7,2 . 103 14,4 . 103 0.6. 10 3 1.2. 10 3 2.4. 10 3 3.6. 10 3 7.2. 10 3 14.4. 10 3 Celková koncentrace U (M) Total U (M) 0,01 0.01 0,0058 0,0058 0,0052 0.0052 0,0044 0,0042 0,0044 0,0042 0,0039 0,0037 0,0039 0,0037 Separační faktor Separation factor 1,000 1,000 0,980 0,980 0,980 0,980 0,997 1,016 0.997 1.016 1,020 1,025 1,020 1,025

Příklad 3Example 3

Stejným pracovním postupem jako v příkladě 1, s tím rozdílem, že byl použit silně kyselý katex zn. Amberlit IR-120 v H+-formě, byla stanovena časová změna celkové koncentrace uranu a izotopového poměru v kapalné fázi. Z výsledků byla vypočtena závislost separačního faktoru na čase:Using the same procedure as in Example 1, except that the strongly acidic cation exchanger Amberlit IR-120 was used in the H + form, the time change of the total uranium concentration and the isotopic ratio in the liquid phase was determined. The dependence of the separation factor on time was calculated from the results:

Cas (s) Cas (s) 0 0 0,3.103 0,6 . 10’0,3.10 3 0,6. 10 ' 1,8 . 103 1,8. 103 3,6 . 103 3.6. 10 3 10,8 . 103 10.8. 10 3 celková koncentrace U (M) total concentration U (M) 0,01 0.01 0,0031 0.0031 0,0013 0,0013 0,0003 0.0003 0,0002 0.0002 0,0002 0.0002 separační faktor separační factor 1,000 1,000 0,997 0.997 1,025 1,025 1,007 1,007 1,000 1,000 1,001 1,001

Příklad 4 g sorbentů zn. Ostsorb MV 6/5 (nabotnalého, odstředěného) nasyceného uranem na kapacitu 4.10-5 M U/g, bylo za míchání, při rychlosti otáček 5 s-1, při teplotě 20 stupňů Celsia a za přístupu světla kontaktováno s 20 ml roztoku 1M NaCl + + 0,lM Na2CO3. Poměr izotopů uranu v sorbentu na počátku pokusu byl 0,725.10-2. V průběhu desorbční operace byly odebírány vzorky kapalné fáze a v nich byla stanovována celková koncentrace uranu a izotopového poměru 235U:238U. Z výsledků byla vypočtena závislost separačního faktoru na čase:Example 4 g of sorbents of the brand Ostsorb MV 6/5 (swollen, centrifuged) saturated with uranium to a capacity of 4.10 -5 MU / g, were contacted with stirring at a speed of 5 s -1 , at a temperature of 20 degrees Celsius and 20 ml of 1M NaCl + + 0.1M Na 2 CO 3 solution. The ratio of isotopes of uranium in the sorbent at the start of the experiment was 0.725.10 -2 . During the desorption operation, liquid phase samples were taken and the total uranium concentration and the isotopic ratio of 235 U: 238 U were determined. The dependence of the separation factor on time was calculated from the results:

Cas (s), Time (s), 0 0 0,3 . 103 0.3. 103 0,9 . 103 0.9. 103 1,8 . 103 [3,8 . 103 1,8. 10 3 [3.8. 10 3 10,8 . 10:! 10.8. 10 :! celková koncentrace U (M) total concentration U (M) 0 0 3,5 . 10-3 3.5. 10-3 3,7 . 10-3 3.7. 10- 3 4,3 . 10-3 4,5 . 10-3 4.3. 10- 3 4,5. 10- 3 5,2 . 10-3 5.2. 10-3 separační faktor separační factor 1,000 1,000 0,984 0,984 1,033 1,033 1,045 1,050 1,045 1,050 1,032 1,032

Příklad 5Example 5

Stejným pracovním postupem jako v příkladě 4, s tím rozdílem, že pokus byl veden bez přístupu světla, byla stanovena časová změna celkové koncentrace uranu a izotopového poměru v kapalné fázi. Z výsledků byla vypočtena závislost separačního faktoru na čase:Using the same procedure as in Example 4, except that the experiment was conducted in the absence of light, the time change of the total uranium concentration and the isotopic ratio in the liquid phase was determined. The dependence of the separation factor on time was calculated from the results:

Cas (s) Cas (s) p , p, 0,3 ... 103 --0.3 ... 10 3 - 0,9.103 0,9.10 3 3,8..103 3,8..10 3 .10,8.10» .10,8.10 » Celková koncentrace Ú (M) Total concentration Ú (M) 0 ·.- 0 · .- - 2,7 :,10-3 - 2.7: 10-3 3,5.10-3 3,5.10-3 4,4.10-3 4,4.10-3 4,3 . io:» 4.3. io: » separační faktor separační factor 1,000 1,000 1,059 ;· 1,059; · 1,038 1,038 j;1,,O7Í7% j; 1,, 0.77% 1,080 1,080

Princip metody řízené distribuce je dále použitelný obecně pro separaci složek 'bud různé koncentrace, nebo různé transportní rychlostí mezi fázemi, tzn. pro ty případy, kdy rychlost sorbce, případně desorbce je pro jednotlivé složky různá. Zde se jedná, kromě izotopových směsí, o separaci látek blízkých vlastností, jako jsou vzácné zeminy, dále Zr — Hf, Ra 226 — Ba apod. Rovněž přípravu čistých látek, jako jsou materiály polovodičové, nukleární a analytické čistoty, lze touto metodou výhodně realizovat.The principle of the controlled distribution method is further applicable in general to the separation of components either at different concentrations or at different transport rates between phases, i. for those cases where the rate of sorption or desorption is different for individual components. Apart from isotopic mixtures, this involves the separation of substances of close properties, such as rare earths, Zr - Hf, Ra 226 - Ba, etc. Also, the preparation of pure substances, such as semiconductor, nuclear and analytical purity materials, can be advantageously realized .

Claims (9)

PŘEDMĚTSUBJECT 1. Způsob separace izotopů metodou řízené distribuce s využitím zejména kinetického koncentračního efektu a retardace izotopové výměny ve dvoufázových systémech, vyznačují se tím, že jedna z fází je vodným nebo nevodným roztokem izotopových složek a ligand o koncentraci 10~6M až nasycený roztok, nebo je plynnou směsí izotopových složek nebo plynnou směsí izotopových složek a inertního plynu a druhé fáze je pevným sorbentem, jako jsou styren-dlvinylbenzenové měniče iontů, biosorbenty na bázi mycelií nižších hub a sorbenty na bázi celulózy, nebo je extrakčním činidlem, jako je tributylfosfát a trioktylamin, zakotveným případně na nosiči, jako je teflon, silikagel a celulóza, a po uvedení obou fází do kontaktu rychlost transportu izotopových složek z jedné fáze do druhé není stejná a komplexací izotopů ligandy, jako jsou ionty karbonátové, síranové, citrátové, chloridové a etylendiamintetraoctové, nebo použitím sorbentů a extrakčních činidel s chelatujícími funkčními skupinami, jako jsou skupiny karboxylové, hydroxylové, skupiny na bázi fosforu, dusíku a síry, nebo/a prací ve tmě, nebo při světle o vlnové délce v rozmezí 250 nm až 1 m dojde k retardaci izotopové výměny, přičemž teplota je v rozmezí —173 až +727 °C a velikost částic sorbentů v rozsahu 1 μτη až 0,01 m a dále se k desorbci, nebo k reextrakci izotopových složek použijí roztoky sloučenin, jako jsou uhličitan sodný, dusičnan amonný, chlorid sodný, síran sodný, kyselina sírová, kyselina dusičná a kyselina chlorovodíková, dále sloučenin obsahujících komplexující ligandy, jako jsou ionty citrátové, etylendiamintetraoctové a izomáYNÁLEZU selné, a sice samotné, nebo ve směsi o celkové koncentraci 10_3M až nasycený roztok.A method of isotope separation by a controlled distribution method using in particular a kinetic concentration effect and isotopic exchange retardation in two-phase systems, characterized in that one of the phases is an aqueous or non-aqueous solution of isotopic components and a ligand of 10 -6 M to saturated solution, or is a gaseous mixture of isotopic constituents or a gaseous mixture of isotopic constituents and an inert gas and the second phase is a solid sorbent such as styrene-dlvinylbenzene ion exchangers, lower fungal mycelium biosorbents and cellulose sorbents, or is an extraction agent such as tributyl phosphate and trioctylamine optionally supported on a carrier such as teflon, silica gel and cellulose, and after contacting the two phases, the rate of transport of isotopic components from one phase to another is not the same and the ligand complexation of isotopes such as carbonate, sulfate, citrate, chloride and ethylenediaminetetraacetic or pou By absorbing sorbents and extracting agents with chelating functional groups such as carboxyl, hydroxyl, phosphorus, nitrogen and sulfur based groups and / or washing in the dark, or in light with a wavelength between 250 nm and 1 m, isotopic retardation occurs Exchanges, with a temperature in the range of -173 to +727 ° C and sorbent particle size in the range of 1 μτη to 0.01 m, and solutions of compounds such as sodium carbonate, ammonium nitrate, chloride are used to desorb or re-extract the isotopic components. sodium, sodium sulfate, sulfuric acid, nitric acid and hydrochloric acid; and compounds containing complexing ligands such as citrate, ethylenediaminetetraacetic ions and isomerase, either alone or in a mixture having a total concentration of 10 -3 M to a saturated solution. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se použije vodný roztok izotopových složek, jako jsou 235U(VI) a 238U (Vij a ligand, jako jsou ionty nitrátové, síranové a karbonátové, o celkové koncentraci 0,01 až 0,1 M.2. A method according to claim 1, wherein an aqueous solution of isotopic components such as 235 U (VI) and 238 U (Vij and a ligand such as nitrate, sulfate and carbonate ions) is used at a total concentration of 0.01 to 0,1 M. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že separované izotopy, jako jsou izotopy 235U a 238U, jsou ve výchozí směsi v molárním poměru 1:500 až 1:100.3. The process of claim 1 wherein the separated isotopes, such as 235 U and 238 U, are in the starting mixture in a molar ratio of 1: 500 to 1: 100. 4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se použije pevný sorbent na bázi mycélia nižší houby kmene P. chrysogenum, nebo silně kyselé katexy na bázi styren-divinylbenzenového kopolymeru.4. The method of claim 1, wherein the mycelium-based solid sorbent of the lower fungus strain P. chrysogenum, or the strongly acidic cation exchangers based on the styrene-divinylbenzene copolymer is used. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že doba trvání kontaktu fází se volí v rozsahu 100 s až 16,7 min.5. The method of claim 1 wherein the phase contact duration is selected from 100 s to 16.7 min. 6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se pracuje ve tmě, nebo při světle o vlnové délce 250 až 650 nm.6. The method according to claim 1, characterized in that it is operated in the dark or in light with a wavelength of 250 to 650 nm. 7. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se pracuje při počtu otáček míchadla v rozsahu 0,80 až 12,0 s-1, s průtokovou rychlostí při kolonovém uspořádání v rozmezí 10~4 až 10_2m/s a s pevným sorbentem o velikosti částic v rozsahu 0,1 až 1 milimetr.7. A method according to claim 1, characterized in that it is carried stirrer speed ranging from 0.80 to 12.0 s -1, at a flow rate in the column arrangement in the range of 10 ~ _2 4-10 m / s and the solid absorbent having a particle size in the range of 0.1 to 1 millimeter. 8. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se pracuje při teplotě v rozmezí 0 až 100 °C.8. The process of claim 1 wherein the temperature is between about 0 ° C and about 100 ° C. 9. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že k desorbci nebo k reextrakci se použije roztok chloridu sodného + uhličitanu sodného, nebo uhličitanu sodného, nebo kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,1 až 1,5 M.9. A process according to claim 1 wherein the desorption or reextraction is carried out using a sodium chloride solution + sodium carbonate or sodium carbonate, or a hydrochloric acid solution having a concentration of 0.1 to 1.5 M.
CS191278A 1978-03-24 1978-03-24 Method of separation of isotopes by method of controlled distribution with utilization of particularly kinetic concentration effect CS214904B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS191278A CS214904B1 (en) 1978-03-24 1978-03-24 Method of separation of isotopes by method of controlled distribution with utilization of particularly kinetic concentration effect

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS191278A CS214904B1 (en) 1978-03-24 1978-03-24 Method of separation of isotopes by method of controlled distribution with utilization of particularly kinetic concentration effect

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS214904B1 true CS214904B1 (en) 1982-06-25

Family

ID=5354670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS191278A CS214904B1 (en) 1978-03-24 1978-03-24 Method of separation of isotopes by method of controlled distribution with utilization of particularly kinetic concentration effect

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS214904B1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Korkisch Modern methods for the separation of rarer metal ions
US7157061B2 (en) Process for radioisotope recovery and system for implementing same
US4528165A (en) Separation of uranium from technetium in recovery of spent nuclear fuel
Kazi et al. Effective separation of Am (III) and Cm (III) using a DGA resin via the selective oxidation of Am (III) to Am (V)
Eschrich et al. Application of extraction chromatography to nuclear fuel reprocessing
Kosyakov et al. Separation of transplutonium and rare-earth elements by extraction with HDEHP from DTPA solutions
US7115542B2 (en) Removal of radioactive and other hazardous material from fluid waste
CS214904B1 (en) Method of separation of isotopes by method of controlled distribution with utilization of particularly kinetic concentration effect
Macášek et al. Membrane extraction in preconcentration of some uranium fission products
GB2104797A (en) A process for the separation of isotopes
AbdelAal et al. Comparative chemical studies between fixed bed & Dynamic ion exchange techniques for extraction of uranium
Filer Separation of the trivalent actinides from the lanthanides by extraction chromatography
Kocjan Silica gel modified with some sulfonated chelating reagents as a sorbent for the preconcentration, isolation and separation of metal ions
Jepson et al. Calcium isotope effect in calcium ion exchange with a fluid phase containing a macrocyclic compound
US3183059A (en) Plutonium adsorption and desorption
Datta et al. Single-stage dual-column HPLC technique for separation and determination of lanthanides in uranium matrix: application to burnup measurement on nuclear reactor fuel
CS214905B1 (en) Method of separation of isotopes by method of controlled distribution of particularly balanced concentration effect
Hahn et al. TBP decomposition product behavior in post-extractive operations
RU2756277C1 (en) Method for chemical enrichment of uranium with light isotopes
HU183570B (en) Process for the separation of isotopes with the method of directed distribution by means of the utilization of the isotopic concentration effect
Jarvis Small-scale recovery and separation of actinides using tri-n-butyl phosphate extraction chromatography
Fritz et al. Separation of uranium from other metals by partition chromatography
Strelow et al. Selective separation of uranium from other elements by cation-exchange chromatography in hydrobromic acid and hydrochloric acid—acetone mixtures
Braun et al. Static and dynamic isotope exchange separations on hydrophobic organic phases immobilized in plasticized open-cell polyurethane foams
Whitney The Effects of Ion Hydration in Solvent Extraction and Ion Exchange