CS225464B1

CS225464B1 - Separation of the uranium isotope by the controlled distribution

Info

Publication number: CS225464B1
Application number: CS823051A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Csc Stamberg; Josef Prof Dr Csc Cabicar; Karel Ing Csc Stamberg
Original assignee: Stamberg Jiri; Josef Prof Dr Csc Cabicar; Karel Ing Csc Stamberg
Priority date: 1982-04-28
Filing date: 1982-04-28
Publication date: 1984-02-13

Description

Vynález se týká způsobu separace isotopů uranu metodou řízené distribuce.The invention relates to a method for the separation of uranium isotopes by a controlled distribution method.

Separace isotopů uranu metodou řízené distribuce, využívající kinetický a rovnovážný koncentrační efekt, je založena na rozdělení isotopů ve dvoufázových systémech různého typu, zahrnujících například extrakční a sorpční binární systémy. Základním předpokladem úspěšné separace podle této metody je rozdílná koncentrace isotopů ve výchozí surovině. K oddělení pak dochází vzhledem k nestejné rychlosti transportu isotopových složék při přechodu z jedné fáze do druhé a za podmínek, kdy isotopová výměna je retardována. Metoda řízené distribuce je podstatně účinnější, než dosud známé metody chemické separace uranových isotopů a je chráněna čs.a.o. 2l4 904 a čs.a.o. 2l4 905.The separation of uranium isotopes by a controlled distribution method using a kinetic and equilibrium concentration effect is based on isotope separation in two-phase systems of different types, including, for example, extraction and sorption binary systems. The basic prerequisite for successful separation according to this method is a different concentration of isotopes in the starting material. Separation then occurs due to the unequal transport rate of isotopic components when switching from one phase to another and under conditions where the isotopic exchange is retarded. The controlled distribution method is significantly more efficient than the previously known methods of chemical separation of uranium isotopes and is protected by CSA. 2494 and čs.a.o. 2l4 905.

řŘ

Ve zmíněných autorských osvědčeních byl nový princip separace prokázán na příkladu dělení isotopů uranu na měničích kationtů. Popisované systémy zahrnují uranylové sloučeniny a měniče kationtů na bázi sulfonovaného styrendivinylbenzenového kopolymerů, případně chelatující měniče kationtů, jmenovitě katexy se skupinami iminodioctovými. Ukázalo se, že separační efekt je do značné míry závislý na struktuře sorbentu a bylo shledáno, že použité sorbenty mají značné nevýhody vzhledem k optimálnímu využití nového separačního principu.In the aforementioned author's certificates, the new separation principle has been demonstrated on the example of separation of uranium isotopes on cation exchangers. The disclosed systems include uranyl compounds and cation exchangers based on sulfonated styrendivinylbenzene copolymers, optionally chelating cation exchangers, namely, cation exchangers with iminodiacetic groups. It has been shown that the separation effect is largely dependent on the sorbent structure and it has been found that the sorbents used have considerable disadvantages due to the optimal use of the new separation principle.

Silně kyselé styrenové katexy typu Amberlite IR 120 vykazují v podmínkách separačního procesu vysokou rychlost výměny, takže koncentrační isotopový efekt, který je kinetické povahy, je omezen na velmi krátkou dobu s ohledem na technické využití. Chelatující měniče se skupinami iminodioctovými se připravují komplikovanými několikastupňovými polymeranalogickými přeměnami, například se vychází ze styrendivinylbenzenového kopolymeru, který se chlormethyluje, aminuje amoniakem a karboxymethyluje kyselinou chloroctovou. Příprava je nákladná a cena konečného produktu vysoká. Kromě toho vícestupňové přeměny způsobují, že produkt polymeranalogické reakce má nejednotnou strukturu. Sorbenty připravené takovým způsobem vykazují obecně horší separační účinnosti než sorbenty s dobře definovanou a jednotnou strukturou.The strongly acidic styrene cation exchangers of the Amberlite IR 120 type exhibit a high exchange rate under the conditions of the separation process, so that the concentration isotopic effect, which is of kinetic nature, is limited to a very short time with regard to technical use. Chelating transducers with iminodiacetic groups are prepared by complicated multi-stage polymeranalogical transformations, for example starting from a styrene divinylbenzene copolymer which is chloromethylated, aminated with ammonia and carboxymethylated with chloroacetic acid. The preparation is expensive and the price of the final product is high. In addition, multistep conversions cause the polymer-analogue reaction product to have a non-uniform structure. Sorbents prepared in such a manner generally exhibit inferior separation efficiency than sorbents with a well-defined and uniform structure.

Zmíněné nevýhody odstraňuje předložený vynález. Popisuje způsob separace isotopů uranu metodou řízené distribuce s využitím zejména koncentračního isotopového jevu ve dvoufázových systémech, přičemž jedna z fází je vodným nebo nevodným roztokem isotopů uranu obsahujícím uranylové kationty a druhá fáze je měničem kationtů vyznačený tím, že jako druhá fáze se použije karboxylový měnič kationtů na akrylové bázi.These disadvantages are overcome by the present invention. It describes a method for the separation of uranium isotopes by a controlled distribution method using in particular a concentration isotopic phenomenon in two-phase systems, one of which is an aqueous or non-aqueous solution of uranium isotopes containing uranyl cations and the other phase is a cation exchanger. based on acrylic.

Uvedené karboxylové měniče kationtů vyměňují v podmínkách separace uranylové kationty pomaleji, než měniče se sulfonovými skupinami, což se projeví v prodloužení účinného intervalu při separaci isotopů metodou řízené distribuce. Ve srovnatelných pokusech bylo například zjištěno, že zatímco styrenový sulfonový katex Amberlite IR 120 (viz příklad 3) vykazoval extrém separačního faktoru 2 minuty, karboxylový katex na akrylové bázi Amberlite IRC 84 30 (3tx 60 minut.Said carboxyl cation exchangers exchange uranyl cations more slowly in the separation conditions than those with sulfone groups, which results in a prolonged isotope separation interval by a controlled distribution method. In comparable experiments, for example, it was found that while the Amberlite IR 120 styrene sulfone cation exchanger (see Example 3) exhibited an extreme separation factor of 2 minutes, the Amberlite IRC 84 30 acrylic cation exchanger carcase (3tx 60 minutes).

Příprava karboxylových katexů je jednoduchá a nezavádí se při ní do struktury cizí skupiny. V tom se příznivě liší od chelatujících katexů s iminodioctovými skupinami. Karboxylové katexy se připravuji suspensní kopolymerací kyseliny methakrylové nebo akrylové se sírujícím činidlem (například s divinylbenzenem nebo ethylendimethakrylátem) nebo polymeranalogickým zmýdelněním perlového zesítěného polymethakrylového esteru (například kopolymeru methylakry•látu s divinylbenzenem). Karboxylové katexy na akrylové bázi jsou výhodnější než chelatující katexy s iminodioctovými skupinami, neboí jejich struktura je dobře definovaná a jednotná, vyznačuje se vysokou koncentrací sorpčně aktivních center, nebo? každá vinylická strukturní jednotka obsahuje karboxylovou skupinu. Za těchto podmínek je vysoká pravděpodobnost, že dojde k vysycení komplexační schopnosti uranylových kationtů, jak to vyžaduje nový způsob separace isotopů metodou řízené distribuce.The preparation of carboxyl cation exchangers is simple and is not introduced into the structure of the foreign group. In this it differs favorably from chelating cation exchangers with iminodiacetic groups. Carboxylic cation exchangers are prepared by suspension copolymerization of methacrylic acid or acrylic acid with a crosslinking agent (e.g., divinylbenzene or ethylenedimethacrylate) or by polymer-analogous saponification of a bead cross-linked polymethacrylic ester (e.g., copolymer of methyl acrylate with divinylbenzene). Acrylic-based cation exchangers are preferred over chelating cation exchangers with iminodiacetic groups, since their structure is well defined and uniform, characterized by a high concentration of sorption-active centers, or? each vinyl structural unit contains a carboxyl group. Under these conditions, there is a high likelihood of saturation of the complexing ability of uranyl cations as required by the new method of isotope separation by the controlled distribution method.

Výhodou karboxylových katexů proti katexům se sulfonovými skupinami je snazší eluce uranylových kationtů kyselinami, která je dána relativně nízkou hodnotou disociaění konstanty karboxylových. skupin. Snadná regenerovatelnost těchto katexů se významně projeví zvláště při provozním využívání nové separaění metody.The advantage of carboxyl cation exchangers over sulfonic group cation exchangers is the easier elution of uranyl cations with acids, which is due to the relatively low dissociation value of the carboxylic constant. groups. The ease of regeneration of these cation exchangers will have a significant effect especially in the operational use of the new separation method.

Příklad 1Example 1

0,5 S nabotnalého, odstředěného karboxylovéhó kátexu na akrylové bázi Amberlite IRC 84 v H⁺ - formě bylo kontaktováno ?a míchání při teplotě 298K S 25 ml roztoku o složení 0,01M síran uranylu (U0gS0^). Po dané době bylo míchání přerušeno, kapalná a ionexová fáze byly od sebe odděleny a v kapalné fázi byla stanovena celková koncentrace uranu (fotometrickou metodou pomocí činidla AZO i) a atomární poměr izotopů uranu(u) : ^J uranu(u) (na hmotovém spektrometru zn.MICROMASS 30B). Izotopové složení výchozího roztoku odpovídalo složení přírodního uranu, tj. ^J9uranu(u) i ^J uranu(u)= = 0,725.10 . Z výsledků byla počítána hodnota separačního faktoru (separaění faktor je definován jako poměr izotopických poměrů ^^^uran(u) : ^^uran(u) ve fázi ionexu k témuž izotopickému poměru ve fázi roztoku). Výsledky, tj. hodnoty celkové koncentrace uranu0.5S of the swollen, centrifuged, acrylic-based carboxylate amberlite IRC 84 in H ⁺ form was contacted and stirred at 298K with 25 ml of a solution of 0.01M uranyl sulphate (MgSO4). After a given time, stirring was discontinued, the liquid and ion exchange phases were separated, and the total uranium concentration (by AZO i photometric method) and the atomic isotope ratio of uranium (u): ^J uranium (u) (on a mass spectrometer) were determined in the liquid phase. brand MICROMASS 30B). The isotopic composition of the starting solution corresponded to the composition of natural uranium, ie ^J9 uranium (u) and ^J uranium (u) = 0.725.10. The value of the separation factor was calculated from the results (the separation factor is defined as the ratio of isotopic ratios of uranium (µ): uranium (µ) in the ion exchange phase to the same isotopic ratio in the solution phase). Results, ie total uranium concentration

a separačních faktorů jako funkce čas and separation factors as a function of time u jsou shrnuty v následující u are summarized in the following tabulce: table: 5 5 čas(min) time (min) 0 0 10 30 10 30 60 60 120 120 Celková koncentrace uranu (m) Total uranium concentration (m) 0,01 0.01 0,0085 0.0085 0,0077 0,0074 0,0077 0,0074 0,0067 0.0067 0,0061 0,0061 Separaění faktor Separation factor 1,000 1,000 0,993 0.993 1,000 1,018 1,000 1,018 1,020 1,020 1,002 1,002

Příklad 2Example 2

0,25 g nabotnalého, odstředěného karboxylového katexů na akrylové bázi Amberlite IRC 84 v H⁺ - formě bylo kontaktováno za míchání při teplotě 298K s 25 ml roztoku o složení 0,01M dusičnanu uranylu [uo -(NO-)-}. Další postup byl stejný jako v příkladě 1. Výsledky,0.25 g of the swollen, centrifuged, carboxylic cation exchange resin based on Amberlite IRC 84 in the H ⁺ form was contacted with stirring at 298K with 25 ml of a 0.01 M uranyl nitrate solution [µ - (NO -) -}. The procedure was the same as in Example 1. Results,

A J Á tj. hodnoty celkové koncentrace uranu a separačních faktorů jako funkce času, jsou shrnuty v následující tabulce;A J ie the values of total uranium concentration and separation factors as a function of time are summarized in the following table;

120120

Čas(min)Time (min)

Celková koncentrace uranu(m)Total uranium concentration (m)

Separační faktorSeparation factor

0 0 5 5 10 10 0,01 0.01 0,0093 0.0093 0,0091 0,0091 1,000 1,000 0,958 0,958 0,945 0,945

60 0,0082 0,0081 0,007960 0.0082 0.0081 0.0079

0,976 0,972 0,9950.976 0.972 0.995

Příklad 3Example 3

0,4 g nabotnalého, odstředěného silně kyselého katexu Amberlite IR 120 v H - formě bylo kontaktováno za míchání při teplotě 298K s 30 ml roztoku o složení 0,01M síran uranylu (UO^SO^)· Další postup byl stejný jako v příkladě 1. Výsledky, tj. hodnoty celkové0.4 g of swollen, centrifuged strongly acidic cation exchanger Amberlite IR 120 in H form was contacted with stirring at 298K with 30 ml of a 0.01 M uranyl sulphate solution (UO 2 SO 4). · The procedure was the same as in Example 1 Results, ie total values

koncentrace uranu a separačnich faktorů jako shrnuty v následující tabulce: uranium concentration and separation factors such as summarized in the following table: funkce function času, jsou time, they are Čas(min) Time (min) 0 0 2 2 5 5 10 10 15 15 Dec 45 45 Celková koncentrace uranu(m) Total uranium concentration (m) 0,01 0.01 0,0066 0.0066 0,0037 0.0037 0,0018 0.0018 0,0008 0.0008 0,0005 0.0005 Separační faktor Separation factor 1,000 1,000 1,021 1,021 1,009 1,009 1,006 1,006 1,004 1,004 1,001 1,001

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION

Claims

Method for the separation of uranium isotopes by a controlled distribution method using in particular a concentration isotope phenomenon in two-phase systems, one of which is an aqueous or non-aqueous solution of uranium isotopes containing uranyl cations and the other phase is a cation exchanger _t characterized in acrylic-based cation exchanger.