DE1533054B1

DE1533054B1 - Verfahren zur Gewinnung von Polonium

Info

Publication number: DE1533054B1
Application number: DE19661533054
Authority: DE
Inventors: Claudette Cimetiere; Jean Desroches; Claude Routier; Haute De Seine
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1965-03-17
Filing date: 1966-03-10
Publication date: 1969-09-11
Also published as: LU50667A1; CH454467A; NL6603452A; ES324199A1; FR1436746A; GB1109016A; US3459513A; BE676807A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Polonium, das durch Neutronenbestrahlung von Wismut oder von Wismutverbindungen gebildet wird.

Polonium 210 wird durch Neutronenbestrahlung von Wismut 209 oder einer Wismutverbindung gebildet. Bei der Bestrahlung wandelt sich das Wismut ' in sein radioaktives Isotop Bi 210 um, das durch ß-Zerfall in Polonium 210 übergeht.

Zur Gewinnung des im bestrahlten Wismut ge- ίο bildeten Poloniums wird das Wismut im allgemeinen ■ in einer Salzsäurelösung, aufgelöst und das Polonium dann mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel extrahiert. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß man das bestrahlte Wismut in einer Salzsäurelösung auflöst und das Polonium aus dieser Lösung durch Adsorption an Kupferelementen »extrahiert« und von diesen durch Destillation im Vakuum desorbiert.

Nach diesen relativ komplizierten Verfahren kann jedoch nur ein geringer Anteil des gebildeten Poloniums gewonnen werden.

Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, das in der Polonium-Wismut-Mischung enthaltene Polonium dadurch abzutrennen, daß man diese Mischung in einer Salzsäurelösung auflöst und dann die erhaltene Lösung mit_ Ionenaustauscherharzen in Kontakt bringt, die das Polonium und Wismut adsorbieren. Die Desorption des Wismuts wird dann mit konzentrierter Salzsäure erreicht und diejenige des Poloniums mit konzentrierter Salpetersäure.

Dieses Verfahren hat indessen zahlreiche Nachteile, die im wesentlichen auf der Anwendung von Ionenaustauscherharzen beruhen. Die Ionenaustauscher sind teure Materialien, deren Betriebsdauer für diese Anwendung dadurch begrenzt wird, daß sie durch Einwirkung von Strahlung abgebaut bzw. verändert werden. Außerdem gelangen ihre Radiolyseprodukte als Kontamination in die endgültige Poloniumlösung.

Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Gewinnung von Polonium, das diese Schwierigkeiten umgeht, und zwar durch Verwendung von Aktivkohle als Adsorptionsmittel, also durch Verwendung eines Materials, das relativ billig ist und sich unter der Strahlungseinwirkung praktisch nicht zersetzt bzw. verändert und das außerdem nicht mit den für die Desorption verwendeten Säuren reagiert. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung Milieu wurden die in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegebenen Werte für die adsorbierten Mengen in Abhängigkeit von der Kontaktzeit erhalten.

Tabelle 1

Kontaktzeit (Stunden)	Adsorption (°/„)
1	17,7
4	35
6	48,8
19	89,4
24	93,5

Wie man sieht, ist eine Kontaktzeit von wenigstens 19 Stunden notwendig, um eine genügende Poloniumadsorption zu erzielen.

Aus den erhaltenen Werten kann man die Gleichung für die Adsorptionsgeschwindigkeit ableiten, und man erhält:

C= 100(l-e-°-^U53i)

mit C = adsorbierter Anteil in % und t = Kontaktzeit in Stunden.

Die Desorption des von der pulverisierten Aktivkohle (mit einer Korngröße, die vorzugsweise zwischen 500 und 2000 μ liegt) zurückgehaltenen Poloniums kann durch Oxydation mit konzentrierter Salpetersäure bewirkt werden.

Die Desorption kann ebenso auch dadurch erreicht werden, daß man die mit Polonium beladene Aktivkohle in einer salzsauren Lösung mit metallischem Silber in Kontakt bringt; im Laufe einer gewissen Kontaktzeit wandert das Polonium dann von der Kohle zum Silber.

Man.kann die Desorption des Poloniums schließlich auch dadurch erreichen, daß man die Aktivkohle mit einer Lösung von Salpetersäure mit einer Normalität, die vorteilhafterweise in der Gegend von 6 N liegt, wäscht bzw. behandelt, wodurch das gesamte adsorbierte Polonium zurückgewonnen werden kann.

Der Adsorptionsvorgang sollte in einem Gefäß ausgeführt werden, das möglichst wenig Polonium adsorbiert. Zu diesem Zweck wurde nach verschiedenen Untersuchungen resistentes Glas vom Pyrex-

von Polonium aus einer Mischung mit Wismut ist 50 Typ ausgewählt, denn es hat eine geringere Adsorpdaher im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß tionsfähigkeit für Polonium als Materialien, wie man diese Mischung in einer Lösung einer starken beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder Polyvinyl-Mineralsäure auflöst, die erhaltene Lösung mit chlorid. So wurden nach einem 19 Stunden langen Aktivkohle in Kontakt bringt und die Desorption Kontakt einer normalen salpetersauren Lösung von des an der Aktivkohle adsorbierten Poloniums mit 55 Polonium mit 4,6 · 10~⁷ gAtomen Polonium pro. einer sauren Lösung vornimmt.

Die zur Auflösung des Wismuts oder seiner Verbindungen verwendete Lösung einer starken Mineralsäure ist vorzugsweise eine Lösung von Salpetersäure einer Normalität zwischen 0,5 und 2 N und Vorzugsweise in der Gegend von 1 N; man kann jedoch auch andere Säurelösungen verwenden wie beispielsweise eine Lösung von Salzsäure einer Normalität zwischen 0,5 und 2.N und vorzugsweise in der Gegend von 1 N.

Die Kinetik der Poloniumadsorption an Aktivkohle wurde untersucht; für eine Poloniumkonzentration von 5,3 · 1O^-7 gAtomen pro Liter in N HNO3-Liter mit jeweils einem dieser Materialien folgende Adsorptionen beobachtet:

4,2% an Pyrex-Glas,
5,4% an Polytetrafluoräthylen, 17,5% an weichgemachtem Polyvinylchlorid.

Daraus folgt, daß bei Arbeiten in. einem Gefäß aus Pyrex-Glas nur ein geringer Prozentsatz Polonium durch das Gefäß adsorbiert wird.

Die Aktivkohlekörner werden in der Weise zerkleinert, daß ihre Korngrößen vorzugsweise zwischen 2 und ⁵/iomm liegen; diese so zerkleinerte Kohle wird mit 3 N-Salpetersäure gewaschen, mehrere

Male mit destilliertem Wasser gespült und dann getrocknet, bevor sie für die Adsorption verwendet wird.
Die Adsorption wurde bei verschiedenen pH-Werten und unterschiedlichen Poloniumkonzentrationen untersucht; die erhaltenen Ergebnisse für eine Kontaktzeit von 19 Stunden sind in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengefaßt:

	insgesamt	Tabelle	2	2,5 · ICT⁹	Adsorption von	3 · l(T³	Polonium in %	■ ■ an Glas	an Aktivkohle
	89,2			an Aktivkohle	insgesamt	10,9	75,6
	74,7	Anfangskonzentration des Poloniums in gAtom pro Liter	an Glas	85 '	86,5	21,2 '	42,2
	80	4,2	64,9	63,4	16,6	57,4
PH	81,7	9,8	65,6	74	34,6	33,7
0	80	14,4	62	68,3	45,2	30,7
1	86	19,7	47,2	75,9	23,2 ■	54,8
2	70,8	32,8	66,7	78	16,8	60,6
3	74,4	19,3	55,8	77,4	27,6	50,4
4	71,2	15	45,1	78	40,8	30,2
5		29,3	38,2	71
6	33
7
8

Aus dieser Tabelle entnimmt man, daß ein Adsorptionsmaximum bei pH = 0 und ein weiteres Maximum bei pH = 4 bis 6 existiert.

Zur Gewinnung des Poloniums, das während der Bestrahlung von Wismut oder seiner Verbindungen gebildet wird, werden diese (bzw. dieses) nach der Bestrahlung in einem Reaktorkanal in einer Lösung von starker Mineralsäure gelöst. Die Säure kann beispielsweise Salpetersäure oder Salzsäure sein, gegebenenfalls unter Zugabe von Wasserstoffperoxyd: Nach der Auflösung wird die erhaltene Lösung mit Aktivkohle eine ausreichende Zeit lang in Kontakt gebracht, die von der Ausgangskonzentration an Polonium abhängt, um eine maximale Adsorption des Poloniums sicherzustellen. Dieser Vorgang findet vorzugsweise bei Umgebungstemperatur statt, d. h. bei einer Temperatur in der Gegend von 15 bis 20⁰C. Man ist im allgemeinen gezwungen, zwei Operationen vorzunehmen, wobei man die erste bei einer adsorbierten Menge von 75% abbricht und die Lösung dann erneut mit Aktivkohle in Kontakt bringt, wodurch man zu einer Adsorptionsausbeute in der Gegend von 100% gelangen kann.

Das Wismut wird von der Aktivkohle nicht adsorbiert; zum Nachweis dessen wurden Lösungen von Wismutnitrat in N-Salpetersäure 24 Stunden lang mit Aktivkohle in Kontakt gebracht. Nach mehrmaligem Waschen der Aktivkohle mit Salpetersäure konnten in der resultierenden Lösung keinerlei Wismutspuren festgestellt werden.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Beispiels für eine Art der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besser verstanden werden.

Im Verlauf dieser Zeit gelangt man zu einer Ansammlung von 75% des in der Lösung anwesenden Poloniums (an der Aktivkohle). Die dabei mitgeschleppte Wismutmenge beträgt maximal 5 ppm (Grenze für den analytischen Nachweis). Der Anreicherungsfaktor F kann leicht berechnet werden, er wird gegeben durch die Gleichung:

F =

Bl

Ende

Anfang

Beispiel

60

Aus 100 g eines 270 Tage lang in einem Reaktorkanal bestrahlten Wismuts konnten 1 Curie Polonium 210 erhalten werden. Das Wismutoxyd wird in einer normalen Salpetersäurelösung gelöst und die erhaltene Lösung 19 Stunden lang mit Aktivkohle einer Korngröße zwischen 0,05 und 1 mm in Kontakt gebracht.

Bei diesem Beispiel erreicht man einen Anreicherungsfaktor von größer oder gleich 150 000, während beim üblicherweise angewandten Verfahren kaum Werte über etwa 2500 erreicht werden können. Die Ausgangslösung wird erneut 19 Stunden lang mit Aktivkohle in Kontakt gebracht, und man gelangt so zur Gewinnung des Poloniumrestes und zu einer gesamten Adsorptionsausbeute in der Gegend von 100%. Die Desorption wurde durch Oxydation der pulverisierten Aktivkohle mittels konzentrierter HNO3 vorgenommen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Polonium aus einer Wismut und Polonium enthaltenden Mischung durch Auflösen dieser Mischung in einer Lösung einer starken Mineralsäure und Abtrennung des Poloniums durch selektive Adsorption, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wismut und Polonium enthaltende Lösung zur Abtrennung des Poloniums mit Aktivkohle in Kontakt bringt und die Aktivkohle zur Desorption des adsorbierten Poloniums mit einer sauren Lösung behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einer starken Mineralsäure eine Salpetersäure- oder Salzsäurelösung ist, deren Normalität zwischen 0,5 und 2 N und vorzugsweise in der Gegend von 1 N liegt.

5 6

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, Aktivkohle in salzsaurer Lösung mit metallischem dadurch gekennzeichnet, daß man die beladene Silber in Kontakt bringt.

Aktivkohle bis zu einer Korngröße zwischen 2000 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2,

und 500 μ zerkleinert und mit konzentrierter dadurch gekennzeichnet, daß man die beladene

Salpetersäure oxydiert. 5 Aktivkohle mit einer Lösung von Salpetersäure

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, einer Normalität zwischen 5 und 7 N und vordadurch gekennzeichnet, daß man die beladene zugsweise in der Gegend von 6 N wäscht.