DE1467306A1 - Verfahren zum Extrahieren von Hafnium - Google Patents

Verfahren zum Extrahieren von Hafnium

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DE1467306A1 DE19621467306 DE1467306A DE1467306A1 DE 1467306 A1 DE1467306 A1 DE 1467306A1 DE 19621467306 DE19621467306 DE 19621467306 DE 1467306 A DE1467306 A DE 1467306A DE 1467306 A1 DE1467306 A1 DE 1467306A1
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Description

ι aienianv/illfa
DIPL.-1'.T-. R. f.r-E
DiPt.-;:5 ·. ..;.;»'.;nCHT ' .
Münciu-n 21, S.'.u.sdorfatr.iO
410-8207P ■ 14.12.1962
COMMIHiUHI AI A L» SlfÜRGIiä ATüMlQÜÄ, P a r i ο 7^me (Pr untre ich) Verfahren sun ^Extrahieren von Hafnium
Die !gründung betrifft ein Verfahren sum Extrahieren von Hafnium au« wäßrigen Lüeun,-r»n, die Hhfnium, Zirkonium und Verunreinigungen enthalten.
Kine wichtige« jedoch nicht ausschließliche Anwendung der Erfindung bestellt in der Gewinnung von Hafniumoxid von nuklearer Reinheit» ausgehend von bei der Sirkonoxydherstellung anfallenden Nebenprodukten nuch der in der frans· Patentschrift 1 101 241 x beschriebenen. Methode· Diese Methode besteht in der selektiven Kxtraiction von in saurer wäürlger Phase gelüsten Zirkonium durch ein alt der wAfirigen Phase nicht «lachbarβa organisches Lösungsmittel, BIe organische und waSrige Phase bewegen sich is Q*g*natro» sueinander und das XirJconiu» wandert in das LöBungaeittel, wahrend die wtJrige Phase praktisch das gesamte Hafnium, die Verunreinigungen sowie eine geringe Menge Zirkonium aufnimmt·
Das verwendete organische Lösungsmittel ist im allgemeinen Tributyl-Phosphat» im folgenden mit TBP beseichnet, das allein oder susammen mit einem Verdtlnnungemlttel, wie einem Mineralöl (white Spirit), verwendet wird. Öle surilckbleibende wäflrlge Phase enthalt innerhalb gewisser Orensen der Säurekonsentration praktisch Aas gesamte Kafnium und die Verunreinigungen, die sich
410-1 5*7-3*-·** (10) * dt. Pat .Ann. C 10 <K.'()/40a
οηΛΛΛ^ BADOWQINAL
im weoentlichen aus 3ilieJ.ua, Miaen, Calcium, Magnesium, Aluminium, Phosphor, Titnn und Natrium zuamaraeneetzen. Der Hufniumgehalt diener Lösung, nue^edrUcjct durch die Anzahl Atome Hafnium, bezogen, nuf uie Anzahl Atome Zirkonium una ft *f nium liegt bei etwa 20 Ϊ.
Ea scheint theoretisch möglich, dieee Lücung mit einem Lösungsmittel der gleichen \rt, wie dasjenige, das zur Extraktion dee Zirkoniums gedient hat, unter verschieden enuren Bedingungen in Berührung au bringen, um daraus das Hafnium au etränieren. Bei dor Durchführung rufen jedoch die in der Lösung enthaltenen Emulgiermittel (vor allem Kieselsäure) schnell eine totale Verstopfung dee zur Extraktion verwendeten Mut»·rials hervor (Kolonnen oder Miech-Klärgefäöe). Daο Verfahren schien daher bia Jetzt praktisch nicht durchführbar·
Gegenstand der Erfindung let ein Verfahren sur, Extraktion »v ο η Üifnium, das eine Vorstufe zur Entfernung der Kauptmenge der Verunreinigungen umfaßt. Daneben sieht die ürfinduni; ein Verfahren vor, dae in einer zweiten Stufe die Extraktion dee gereinigten Hafniums umfaßt, ausgehend von der Lösung, die vom Hauptanteil der Verunreinigungen bofreit ist·
, Dae erfindungegeiiaoe Verfahren umfaßt eine voxläiafig« H«i«A-r gungaphue·, die darin b«et«ht, eine Hafnium enthaltend· SÄure wäBrig· Löüun« mit eine» organischen Löeun^emittel wie Mono-, Si .- oder Tributylphoephat vollständig zu, eeulgieren und nach ,,< Buh·, und D*kmnti*ren di· vorg«r«inigt· organiach» töeuÄg, w«lch· nah«*u das geeümt« Hafnium und das g«eamt· Zirkon!u» enthält,
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BAD ORIGINAL
abzutrennen, wobei die Verunreinigungen in der widrigen Lösung und in dem gebildeten iJchraut« verbleiben und dnc restliche Hafnium in der wäßrigen Lösung enthalten ist·
Mit anderen Worten genagt,gestuttet ee dae erflndungagemäee Verfahren, die nachteilige iStnul ei one bildung durch Verunreinigungen während späterer Verfahrenestufen weitgehend au vermeiden! es bewirkt eine Vorreinigung »ur Extraktion des Hafniums aus seinen wäßrigen Lösungen durch vollständige Dnulgierung dieser wäßrigen Lösungen mit einem organischen Lösunguaittel, das dann nach Abaitienlfieeen und Klärung die Abtrennung nahezu dea gesagten Hafniums sowie des gesamten Zirkoniums in Fora hochgereinigter organischer Lösung gestattet· Während die bisherigen Verfahren versuchen, alt Hilfe komplexer und aehr oder weniger wirksamer Mittel die Enulsionebildung und Fohautibildung zu verhindern, ruft das erfindungBgemäflc Verfahren sofort diese lirscheinungen hervor, lokalisiert sie und wendet sie nUtslioh an,
Xn gleicher Weise wird erfindungsgemäe ein Verfahren vorgeschlagen, das die Anreicherung des Hafniums in einem eineigen Arbeitsgang aus einer vorgereinigten organischen, Hafnium und Zirkonium enthaltenden Lösung umfaflt, durch Gegenstromextraktion der vorgereinigten organischen Lösung, die Hafnium und Zirkonium in Lösung enthält, mit einer wüßrigen Phase von geeigneter Acidität unter lusMtslicher Zugabe von friechea organisohen Lösungsmittel oberhalb der Einführung der dit «u extrahierenden Stoff« enthaltenden organischen Lösung, wodurch dl« selektive Extraktion des Zirkon!une gewährleistet wird· ü'
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BAD ORIQINAt.
Dieeen Verfahren ermöglicht die Extraktion des Hafnium« In einem οinaiven Arbeitsgang und unter industriellen Konzentration«», ohne d.aü lästige "BulrsiongMldung und Verotopfunc der Kolonnen oder MirchklärjTefüfle auftreten. Dieee Ealusionablldung nacht die Anwendung der Methode «ur Abtrennung von Hifniua in industriellen Konzentrationen unmöglich* Biese Methode bestand in einer einfachen Trennung durch öe^enttroaextrnktion der iu extrahierenden organischen itlBune; und der wlQrigen Hiioe xur Extraktion «lee llafniuraa, wobei ein Vorhiiltniii von organischer Phase zu wüßrigor Hiaae von unter 3 untorßa^t war» Der vorgehend definierte Hafniuagehult wäre daher auf einen Wert xwleohen 60 und 80 f' be~ Gchritnkt, in Abhängigkeit von der Auagangekon»entration der äu extrahierenden orgunipohen
Die Erfindung, wird durch die Beechreibung und ein Znhlenbeicur Anwendung der· Verfjiltrene näher erläutert.
Die wüßriße, Hjfniura und Zirkonium enthaltende Löeung weist» wenn es oich um eine Rentlörun# handelt, die aus den JExtraktionegefäßen dee Zirkon!umη herntoamt, einen Hafniuagehalt von etwa 20 > auf.
Diese Lösung wird konzentriert und einer Behandlung sur Sntfernung der Uvuptmen^e der Verunreinigungen unterworfen. Sie Löeuttg wird aneeeUuert und dann während einer kureen Zeitdauer alt einen organisohen Lüsungenittel durchgeführt, wobei Säur·» und geeignete Ttäeungemlttel ρ pin er zug*£*ht>i\ werden« Die gebildete Eauloion klärt eich nach und nach und trennt eich in atwei klare
BAD
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s U67306
Phmen» die durch eine BchmutMwischenBChicht getrennt sind· Der Hauptanteil an Verunreinigungen wandert in die "chmutsaohicht, •In geringer Teil (der hauptsächlich die löslichen Verunreinigungen enthält)» geht in die wäörige Phase unü tier liest in die organisch· Phase. Sie obere organische Schicht enthält praktisch das gesamte Hafnium und dua geaturte Zirkoniumι die untere wiiflrige !hase hält das restliche Hafnium suriick und kann in einen früheren fabrlicationsabsohnitt wieder »urüekgefUhrt werden. Der Schaut «anteil wird nach Rückgewinnung den Lösungsmittels verworfen· Diese Maßnahmen können bei Raumtemperatur mit bestimmten Säuren (vor allem Salpetereäure) durchgeführt werden» während andere ein rbeiten in der Wärme erfordern·
Der angewendete Aciditätograd muß genügend hoch «ein, damit der mittlere Verteilungukoeffislent awinchen den Phasen merklioh Über 1 liegt» für Hafnium und Zirkonium in allgemeinen bei etwa 3»β, so daß der Hauptanteil duo «roteren und praktisch die Oesatatraenge den letzteren in der organischen Phase in Luuung bleiben. Im Öegeneats dacu bleibt der Verteilungnitoeffislent fUr die Verunreinigungen gering» was deren Entfernung ermöglicht·
Dae auf diene Weise eohematialerte Verfahren kann nut wäarige RUckatundelHeun^en nngewendet werden» die pro Liter 4 bis 60 g ZrO^ und 1 ble 20 g HfO2 neben üblichen Verunreinigungen enthalten.
Diese Lösungen werden mit Hilf« einer geoigneten Säure» vorsugeweiee Mineralsäure, auf eine Ac ld L tut gebraoht» die einer Vermalitat von Über 7 entspricht, im ungemeinen etwa 9 bis 10· Man verwendet im allgemeinen Salpetereäure» da der damit erreichte
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VerteilungaKoeffijsient beiäondera hoch lot, Jedoch Kennen die meisten Sauren» deren Hafnium- und Ziriconiumaalao löelLch oind (HCX, H2SO, uew.) verwendet werden.
ob*?re Grenze der fiorimilität wird vor allem durch awei' Beding un<-en fe^t^elegti ;line wäßrige Lorning von asu hoher Aciditüt lauft Gefahr, -Amt organische Lii8un£sci.ittel anzugreifen. Andoreeite öinu die tuchniHchen ;3üurnn vßrdUnnt, so weist iibliche 'Jtlpotersfiuro eine Honaalität von Γ5 auf.
Unter den verwendbaren organischen Lösun^eniitteln liefert das TBP in Verdünnung mit einem Geraisch mu (;rd'jllcohlonwtoner-Btoffen, wie *.B, white spirit, die'beaten yrgwbniöee. Oleichwohl können auch >indere L{>:*ung»mittfil ven^endet werden, a.B. Trloctylphosphat, Mono-, Di- odor Tribut,ylphoephut, Öutyl-phenyl-phoephat» ButyluoetHt, I'.το-imylacet.it usw. Im ' ulle von TBP verwendet man ein· Löaun^eraittelmengt·, die weni^utene» 1,D Volumen Lösung»mittel pro Volumen dor zu behandelnden wäßrigen Lüüung entspricht.
im nll^emeinen währt-nd einiger Minuten durchgeführte Rühren kann nuf jede geeignete yieiae, voreu^ewelae in einer vor den ßxtrahiergefüßtm lie^enUen /orriohtung, us.D. einera einfachen, mit Ruhrwerk versehenen Gefäü, stattfinden·
l)i« Klärung dauert im Ί!gemeinen oini^u Stunden,
Die ab^eiöo^one or^ini«ch« Huiae enthält Huf nium und 2Lrkonlua, jedoch nur noch gering Hen^an nxi /urunreini^un^an. üinse Filtiee «teilt die vor^ereini^te Auegang3lc5oung fUr die Inrelchö- run« von Hafnium dar. ßAD omGmAL
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J.
Durch d·:.■:' Anreichonui^verf-Jiren id eo möglich, in einem einzigen ' 'xtrakiioneprozeL durch Kini'Uhrung einer v\örigen Phase In eine einzige Kolonne mit einer üblichen teehnlnchen Aul.ige einen Hafniuragehalt von Über 9b */■■ zu erzielen, der eich biu zu 99t5 *·' ntei&ern k inn, Im GegenaatB dazu kann rait den üblicherweise verwendeten /erfahrtη zur Extraktion wäliri^er Phaooii ein Gehalt von 75'/ nicht liberechritten werden, da bei Industriellen Kontentrationen und bei der notv/nndigen Acidität jedeü Verhultnio organiacher Phaae zu waüri^er Bnse unterhalb von etwa 3 Ji hervorruft.
ürfiridunßi^eiaiiß wird vor^eachlaßen, naoh i-rhalt des auf 75 5»
ii Geh Iti? in der wäßrigen Phtoo eine aolektive Extraktion <ic:j SiriconiiiEiü ait friachea oi'ij.mif.chen Lünun^uuiittel in ;:u;'mt2lichbu Gtufeu vorzunuhnun.
t 7 6 I ty i
9 I o 4 1
Das .Λ« Beispiel angeführte Schema zeigt eine Kolonne alt noun "tufen zur Durchführung der Erfindung. Die das xu extrahierende Gut enthaltende organische Phane wird bei A und dl· wäßrige Fh tee bei B eingeführt* Die Acidität der wäßrigen Phase soll so eeln, daii die Verteilungokoefflxienten für Hafniue und Zirkonium tatsächlich verschieden sind. Pur eine Salpetereäurelüüung nirarat txmi im allgemeinen ein<i Normalität von etwa 5. Die nn Hafnium verarmte orgnniacho Phase tritt bei C aua« Die wüflrlge
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jftLifio erreicht bei A einen Hefniuiütjehalti der 75 % nicht Uberaciireitt't, und die vielter« Anreicherung wird in &en Stufen 3 bis 1 uuroh Go^oiuitromextraktitm iai i, bei 2) eingeführtem frischem organischen Lösunguiaittel erziolt, wobei am Zirkonium unter aen Bedingungen tier gewählten Acidlt&t oelektiv entfernt wird« Die bei I, austretende wäßrige Lösung kann einen erhöhten Gehalt erreichen, in Abhängigkeit von der Anxohl Stufen, der Zugabe in £ usw., wobei 99 Überschritten werden können.
Der ernte Abschnitt der Anreicherung in den itufen 4 bis wird aweckmäßig mit einem DurchfluSmengenVerhältnis von etwa 4 bis 7 «wiechfcn der organischen Phase und der wäßrigen Phuee ersielt, wobei die wäßrige Phase durch mit Salpetersäure versetflbs Wasser gebildet wird. Die «weite Stufe wird vorteilh&fterweiee mit einem Imrohflulimengenverhältuis von organischer Phase
(frisches Lösungsmittel) au wäüriger Phaee von «twa 2 bis 4 durchgeführt· *
Das in der wüflrigen LUeung enthaltene Hafnium reichert sich an und wird dann auf Übliche η ei tie ale Hf 0„ ausgefällt·
£ln iBahlenmäüiges Aupführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden wiedergegeben.
Die wäßrige AuagHnßßluaung wird durch Zugabe von Salpetersäure HMO^ auf eine Normalität von 9 gebraoht und enthält 44 g pro Liter Zirkonoxyd ZrO2 und 11 g Hafniumoxyd HfO2, wae «ine» Hufniumgehalt von 20 '/ entspricht· Daneben sind die folgenden Verunreinigungen auf 100 β Hufniumoxyd enthalten·
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19·ΙΌ g
mm
CaO 3,46 g
Fe2O3 4,02 g
7,72 g » 1f34 g
Sa2O 80,30 g
P2°5 β,03 g
Diese Lösung wird mit der dreifachen Volumenmenge eines aus 1,5 Tollmen TBP und 1,5 Volumen Mineral01 (white spirit) mit der Dichte 0,70 bestehenden Lösungsmittels in Berührung gebracht. Man rührt 4 Minuten und lädt einige stunden absetzen, Die durch die gebildete ilohmutsschioht abgetrennte organische Phtiae enthält nun 1> des anfänglich in der Au«K%ng»lü9ung vorliegenden Hafniums und 98 $S dee Zirkonium» sowie die folgenden Verunreinigungen auf g ilnfnlumoxyd ι
SiO2 0,22 «
OaO 0,20 g
3 0,03 g
6,60 g
Al2O5 0,09 g
Ia2O 0,06 g
B Spuren
Ng Spuren
Die Anreicherung von Hafnium durch Extraktion in widriger fhase wird dann in einer Kolonne vorgenommen» Das die su extra-
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"toff« enthaltende T,:5.Timgünji It el wird bsi * und d ui frlacae Looiu^-»nltt')l (SO /fei^*■ TBP-L-J^Un- in Minderali/1.) boi D eingeführt, jeweils in t^intr JDurehflußraenge ναιι 94 pro "tunde, Ik* a an UHtJiIum ver-trinti* Lei ο un«,;y mittel wiru bei C ^euanraelt. Die Ph^se, di»:· durch Jaefior untt>r Zuaufca von 3a
gebildet wird, tun eino Normal!tit von etw.% 5 bia 3,3 zu liuforn, wird bei B in tfiiii?r üuroiifIui3nenge von y) pro Stunde in die neunte Stufe «ugesetat und bei ü rait eintar lurclifluß vtig* von 30 pro nt undo ex tr ihl*irt»
In dem unten scheiitatiroierten /erJT&orttt idlua drei guuätaliche Stufeu 10 bit; 12 --u\ die- Kolonne mgefligt, £um Zweck ο der Wi gevlnnur^; dr;ts Ziri:oiiiußiü aurt duin org» nii.chen
C 4 j 12 j 11 : 10 j j 9 j Ü J7I6I5I4! ^ I 2 I 11 " E
:untainwr;lioiertec Wanaer wird in liner Durchflußraen^t? von 30 pro stiuicti bei J? in die ,tufe 12 ein^nführt un«i bei 0 entnommen. Da« :i-w?,f>,r belildt 3icti in üen stufen 12 bin 10 mit Zirkonium* während ein«! organisch«* Ltjtäun^aiaittel vt*r:a*iat, bei C wird und in diß Kolonne aurüeiq;eit?itut werden icann.
W-'ihrend den ernten Abschnitts (x\uf;t,:,u3ch üwiöohen nf;i38er und mit iixtruktionsffut b«.>ludeneia Löisfltungönittel von der Stufe 9 bis eur 55v/ioohenntufö 4, in der d-ts beladono Loaun^amittel eingeführt wird) xmin durch die Anreicherung an Hnfiiiura ein Gehalt von otwn 70 hlv 7i> : oraiult werden, '„.iiirend der awt iteh Jtufe
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- 4-r -
(AuotauBch zwischen der wüßrißcm Phase, tile <uf etwa 70 hie 75 ?:n Hafnium nn^ereicliert int und frischem Ui^uriRMaittfil von der i bl» zur tufe 1) errc-ieUt der GwUnIt 'in
ctWi 39 bi{<; 99»^ ?· Ira ersten \b«oUnitt bt-tragt das der buiOhfluUmtn^eiz. an ;ait ^xtraj^tionsjrut beladenem tcl/v/;ißri£er i'ii'.ce ?, 1. Iw «weiten Abschnitt i«t dns von iriachom Losimguai.ttel/'*aflriger Ph-^te 3f1.
il'.iii erhiilt aiii" ctloü« Uvlae oine wäßrige Lö«uii^, die *n flüfniura awgert iciitu't i«t und niheau vow den ßfeOHwteft uiif xng« voriiundenen Veruiiroini^ungcii befreit int. Man ist ,jedoch damn interoooiert, wenn .raaa ceiir reince HAlniua crh*lt«in aüohte, da» Titnn auf bekannte Art und Weise, z»B· auf chöiaißchem Wog (Auefallunr mit Hmdcl8?iure), durch lononituotuusch oder durch Destillation zu entfernen. Hau erhält ochlieölich it fniua nit einem öehilt von 99 c-'■, düa die fol^endvn Vorunreini(runden «fnthält (Gewicht)ι
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BAD OWGINAL
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Claims (1)

U eh«?
1. Verfahren eur JSxtvoJctlon von Hafnium aus einer aawe« wäßrige» Pii'tae, die Hafnium* iälrkoatwa und Verunreinigungen enthält, ge&enneelchnet* durch eine in der laari «unächst eine vollständige iSmulslonsfeiläung d«r rigen iibsung mit einem orguniisciien Lösungsmittel durehfühyt» die ioauleion dann yyhen und aicli klären läöt und achii«811ch vorgereinigte organisch«? Loaung, die nahe au da« geearate Hafnium und daa gesamte Zirkonium enthält» abtrennt« während die Verun- : reinigungen in der wäßrigen Läsung und in der gebildeten 5-ehmutB-Iichicht bleiben und dae restliche Hafnium i21 der wäßrigen Lot-ung verbleibt*
2» VerXsüiren nach Anspruch 1( dfAdurch gekenneeiohnet, dafi man während der Vorreinigun^sfltufe die wäßrige, Hafnium und Zirkonium enthaltende Lösung anö&uort und auf ein« lioraalit&t von über 7 bringt» die wäßrige, angesäuerte LUsung mit einem geeieneten organlachen I*öeungsmittel behandelt« &m öeaieoh bla sur Kaulcione-bildung rührt und genügend lange abeltsen lädt« um eine Trennung in eine organische, obere Ph^ee, dl« praktisch das ge~ saate Hafnium und einen Teil deκ airkoniuas enthält und eint wäßrige, untere Phase, die den Rest des ,Sirkoniumie »nth&lt soul« ein« SwiBciiaaeGliatutsashicht hervorzurufen, und clad man die obere Söhiöht, die durch die g«r»inl£tet organieolie Phase ftbil&tt wirÄ und das aftfnium tnthält» abts»«iiiät.
3· Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gektnnaeicnnet, dali ·
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man die aua der Vorreinigungootufe gewonnene, unter*? wäßrige Schicht in Apparat© vorangehender Verf-ihreiiöetufen der Pabrikationsanlage surlLckleitet.
4* Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, d »,durch geättiinseichnet, daß nan als organische»? Lösungsmittel während der Vorreinigungsstufe Iribtttylpfeöerphat verdünnt »it Hineralöl (white spirit) im Verhältnis von drei Volumen Löaiiuiieamittel auf drei /oltuaen der zu behandelnden wäßrigen Lü^ung verwendet·
5» Verfahren n&eh Anspruch 1 bis 4» welches eine Stufe »ur Anreioherung von Hafnium in einem einstigen Prozeß aus der vorgereinigten, Hafnium und Zirkonium enthaltenden organischen Loaung uiafaöt, indem stan die vorgereinigte, organische Lösung, welche Hafnium und Zirkonium enthält« mit einer wäßrigen Hume von geeigneter Aoidltüt im Geßenfitroia extrahiert, dadurch gejtennsseiohne t, daß man frisches, organischem» Xilieungemittel oberhalb der Blnführung der daa au oxtrahlerende Gut enthaltenden Lösung eusetat, wodurch eine selektive Extraktion dee Zirkoniums erzielt wird»
6» Verfahren nach Anspruch 5» daduroh gekeanaeichnet, daß Stufe jsur Anreicherung von Hafnium %ua der orgaiil»ohen Lösung ao aurohg*führt wird, ά&& man diese Lösung mit einer wäßrigen Phase von geeigneter Acldität im öegeaötroja extrahiert, wobei ein Durchfluflaengenverhältnia »wleehen der organiaohen, das »u extrahierende Gut enthaltenden Jftiaae und der wäürigen Phaße von etwa 4 bis ? angewendet wird,uiu; daß nan in einen Abschnitt, der oberhalb der Einführung der d*ü au extrahierende Out enthaltenden organischen
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Phnee liegt» frisches organ!sehe,*> Lösungsmittel In elneia Burciiflußmeiigenverhältnia zur wäßrigen Phase voxi etwa 2 bis 4 zugibt*
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DE19621467306 1961-12-27 1962-12-14 Verfahren zur Abtrennung von Hafnium aus einer Zirkonium, Hafnium und Verunreinigungen enthaltenden wässrigen Phase Pending DE1467306B2 (de)

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