FR2643059A1 - PROCESS FOR THE SELECTIVE SEPARATION OF IODINE BY CHROMATOGRAPHY FROM ACUTE AQUEOUS SOLUTION - Google Patents
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Abstract
a) Procédé pour la séparation d'iode par chromatographie à partir d'une solution aqueuse acide. b) Procédé caractérisé en ce que l'on ajoute à la solution un oxydant en une quantité au moins stoechiométrique et, pour retenir l'iode sous forme élémentaire, on envoie la solution sur un polymère macroporeux sans groupes fonctionnels. c) L'invention concerne un procédé pour la séparation sélective d'iode par chromatographie à partir d'une solution aqueuse acide.a) Process for the separation of iodine by chromatography from an acidic aqueous solution. b) Process characterized in that an oxidant is added to the solution in at least a stoichiometric amount and, in order to retain the iodine in elemental form, the solution is sent to a macroporous polymer without functional groups. c) The invention relates to a process for the selective separation of iodine by chromatography from an acidic aqueous solution.
Description
Procédé pour la séparation sélective d'iode par chromatographie à partirProcess for the selective separation of iodine by chromatography from
d'une solution aqueuse acide". L'invention concerne un procédé pour la séparation sélective d'iode par chromatographie à partir d'une solution aqueuse acide qui contient de l'iode à divers degrés d'oxydation et dans laquelle sont présents à l'état dissous d'autres éléments sous forme de sels, en particulier à partir d'une solution contenant des combustibles' nucléaires et/ou des produits de fission dans de l'acide nitrique, procédé par lequel on envoie la solution sur un adsorbant pour retenir l'iode et on élue l'iode adsorbé à l'aide d'un éluant. La séparation d'iode joue un rôle important notamment dans la préparation de produits de fission pour la médecine nucléaire, ainsi que dans le retraitement de combustibles nucléaires. Dans ce cas, l'iode est constitué d'un mélange d'isotopes d'iode pour la plupart radioactifs, présentant un haut The present invention relates to a process for the selective separation of iodine by chromatography from an acidic aqueous solution which contains iodine at various degrees of oxidation and in which dissolved state of other elements in the form of salts, in particular from a solution containing nuclear fuels and / or fission products in nitric acid, the process by which the solution is sent to an adsorbent for retain iodine and elute the iodine adsorbed with an eluent The separation of iodine plays an important role especially in the preparation of fission products for nuclear medicine, as well as in the reprocessing of nuclear fuel In this case, the iodine consists of a mixture of isotopes of iodine, mostly radioactive, with a high
potentiel de risque en cas de libération. risk potential in the event of release.
Jusqu'à présent, on chasse l'iode sous forme So far, Iodine is being removed
élémentaire de solutions de processus à l'ébullition. elementary process solutions to boiling.
Cette élimination est facilitée par l'introduction d'un courant d'air. Cette méthode a avant tout pour inconvénient que d'autres produits de fission sont volatilisés et chassés de la solution, sous forme de vapeurs ou d'aérosols, lqui compliquent la This elimination is facilitated by the introduction of a stream of air. This method has the disadvantage that other fission products are volatilized and expelled from the solution, in the form of vapors or aerosols, which complicate the process.
purification des gaz rejetés.purification of the rejected gases.
Il est en outre possible d'extraire l'iode au moyen de solvants organiques, comme par exemple le tétrachlorure de carbone ou le benzène. L'inconvénient d'un tel procédé réside dans le fait qu'il faut utiliser des produits chimiques inflammables et généralement très toxiques, et qu'en particulier le mélange et la séparation subséquente des phases demandent un coût d'appareillage élevé à l'échelle industrielle. Dans des solutions radioactives, le produit de fission iode peut réagir avec les solvants organiques, pour donner des composés iodés organiques It is furthermore possible to extract the iodine by means of organic solvents, for example carbon tetrachloride or benzene. The disadvantage of such a process lies in the fact that it is necessary to use flammable and generally very toxic chemicals, and that in particular the mixing and the subsequent separation of the phases require a high cost of equipment on the scale. industrial. In radioactive solutions, the iodine fission product can react with organic solvents, to give organic iodinated compounds
difficiles à éliminer.difficult to eliminate.
Pour la séparation d'iode de solutions organiques, une autre possibilité consiste en une séparation par chromatographie de l'anion iodure sur Another possibility for the separation of iodine from organic solutions is chromatographic separation of the iodide anion on
des échangeurs d'anions appropriés. appropriate anion exchangers.
L'inconvénient de cette méthode réside dans le fait que l'iodure ne peut pas être séparé suffisamment sélectivement d'un mélange de sels. Dans ce procédé, l'échangeur d'anions se charge également The disadvantage of this method is that the iodide can not be separated sufficiently selectively from a salt mixture. In this process, the anion exchanger also
en d'autres anions que l'iodure.in other anions than iodide.
Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients cités et en particulier de proposer un procédé sélectif et efficace, simple à mettre en oeuvre, pour la séparation de l'iode. Celle-ci ne doit pas être gênée par la présence de sels étrangers dans la solution. L'iode doit en outre pouvoir être The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and in particular to provide a selective and efficient method, simple to implement, for the separation of iodine. This must not be hindered by the presence of foreign salts in the solution. Iodine must also be able to be
récupéré sous forme pure.recovered in pure form.
Le but est atteint selon l'invention par un procédé pour la séparation sélective d'iode par chromatographie à partir d'une solution aqueuse acide qui contient de l'iode à divers degrés d'oxydation et dans laquelle sont présents à l'état dissous d'autres éléments sous forme de sels, en particulier à partir d'une solution contenant des combustibles nucléaires et/ou des produits de fission dans de l'acide nitrique, procédé par lequel on envoie la solution sur un adsorbant pour retenir l'iode et on élue àl'iode adsorbé à l'aide d'un éluant, caractérisé en ce que l'on ajoute à la solution un oxydant en une quantité au moins stoechiométrique et pour retenir l'iode sous forme élémentaire, on envoie la solution sur un The object is achieved according to the invention by a process for the selective separation of iodine by chromatography from an aqueous acidic solution which contains iodine at various degrees of oxidation and in which the dissolved state is present. other elements in the form of salts, in particular from a solution containing nuclear fuels and / or fission products in nitric acid, by which process the solution is sent on an adsorbent to retain iodine and is eluted with the adsorbed iodide using an eluent, characterized in that the oxidant is added to the solution in an amount at least stoichiometric and to retain the iodine in elemental form, the solution is sent to a
polymère macroporeux sans groupes fonctionnels. macroporous polymer without functional groups.
Suivant une caractéristique de l'invention, According to a feature of the invention,
le pH de la solution est compris entre 3 et 0. the pH of the solution is between 3 and 0.
Suivant une autre caracéristique de l'invention, on utilise en tant qu'oxydant des nitrites, du peroxyde d'hydrogène ou de l'acide According to another characteristic of the invention, nitrites, hydrogen peroxide or acid are used as the oxidant.
nitrique concentré.concentrated nitric.
Suivant une autre caractéristique de l'invention on utilise en tant que polymère According to another characteristic of the invention, it is used as a polymer
macroporeux, un polyacrylate et/ou un poly(styrène- macroporous, a polyacrylate and / or a poly (styrene
divinylbenzène). Suivant une autre caractéristique de l'invention, on élue l'iode à l'aide de solutions aqueuses contenant H2S03, de bases ou de solvants organiques. Selon l'invention, on ajoute un oxydant à la solution contenant de l'iode. Les nitrates et le peroxyde d'hydrogène sont particulièrement appropriés en tant qu'oxydant. Ces oxydants font passer au moins une partie de l'iode se trouvant à d'autres degrés d'oxydation, au degré d'oxydation 0, c'est-à-dire sous la forme élémentaire. Grâce à l'oxydant, les ions iodure présents dans la solution sont oxydés et les divinylbenzene). According to another characteristic of the invention, the iodine is eluted with aqueous solutions containing H 2 SO 3, bases or organic solvents. According to the invention, an oxidant is added to the solution containing iodine. Nitrates and hydrogen peroxide are particularly suitable as an oxidant. These oxidants pass at least a portion of the iodine at other oxidation levels, the degree of oxidation 0, that is to say in the elemental form. Thanks to the oxidant, the iodide ions present in the solution are oxidized and the
ions iodate sont réduits.iodate ions are reduced.
La solution probablement traitée de cette façon est envoyée selon l'ivention sur un adsorbant constitué d'un polymère macroporeux sans groupes fonctionnels. L'iode élémentaire est alors adsorbé, tandis que des anions et cations ne sont pas retenus. En raison de la séparation de l'iode élémentaire, l'équilibre entre l'iode élémentaire et l'iode à divers degrés d'oxydation est en outre déplacé dans le sens de l'iode élémentaire, de sorte que l'iode est retenu pratiquement en totalité sur l'adsorbant, même si dans la solution préalablement traitée, il ne se The solution probably treated in this way is sent according to the ivention on an adsorbent consisting of a macroporous polymer without functional groups. Elemental iodine is then adsorbed, while anions and cations are not retained. Due to the separation of elemental iodine, the equilibrium between elemental iodine and iodine at various degrees of oxidation is further displaced in the direction of elemental iodine, so that iodine is retained practically in total on the adsorbent, even if in the solution previously treated, it does not
trouve que partiellement sous forme élémentaire. found only partially in elementary form.
Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est essentiel que la solution contenant l'iode ait une réaction nettement acide. De préférence, on ajuste le pH entre 3 et 0. Le procédé selon l'invention peut également être mis en oeuvre dans des solutions très fortement acides, par exemple dans des solutions d'acide nitrique 7 à 8 M. Dans de telles solutions d'acide nitrique, l'addition d'un autre oxydant est superflue, car l'acide nitrique For carrying out the process according to the invention, it is essential that the solution containing iodine has a clearly acidic reaction. Preferably, the pH is adjusted to between 3 and 0. The process according to the invention can also be carried out in very strongly acidic solutions, for example in 7-8 M nitric acid solutions. nitric acid, the addition of another oxidant is superfluous because nitric acid
fortement concentré correspond lui-même à un oxydant. highly concentrated is itself an oxidant.
En tant que polymère macroporeux, on peut utiliser avec succès un polyacrylate ou un poly(styrène-divinylbenzène) sans groupes fonctionnels. Le polymère est utilisé sous forme de produit granulaire, par exemple ayant des tailles de As the macroporous polymer, a polyacrylate or poly (styrene-divinylbenzene) without functional groups can be successfully used. The polymer is used in the form of a granular product, for example having
grains comprises entre 0,1 et i mm.grains between 0.1 and 1 mm.
On peut utiliser avantageusement la matrice de polyacrylate commercialisée sous le nom commercial de SM 7 par la firme Bio-Rad, à M nich. La firme Bayer-Leverkusen commercialise sous la dénomination It is advantageous to use the polyacrylate matrix marketed under the trade name SM 7 by the company Bio-Rad, in M nich. The firm Bayer-Leverkusen markets under the name
commerciale Lewatit 1023 un adsorbant poly(styrène- Lewatit 1023 a poly (styrene) adsorbent
divinylbenzène) chargé de phosphate de tributyle (TBP), qui est également avantageusement utilisable après l'élimination du TBP par lavage. Des produits divinylbenzene) charged with tributyl phosphate (TBP), which is also advantageously usable after the removal of TBP by washing. Some products
similaires sont mis sur le marché par la firme Bio- similar products are placed on the market by the firm Bio-
Rad, sous les désignations SM 2 et SM 4. Rad, under the designations SM 2 and SM 4.
Dans tous ces produits, l'iode est retenu presque exclusivement sous forme élémentaire. L'iode adsorbé peut être élué par des solutions aqueuses contenant H2S03 avec de l'eau ou des acides minéraux en tant que solvant, ou par des milieux basiques tels que des solutions de NH40H ou des solutions d'hydroxydes alcalins. L'élution peut en outre être effectuée avec une solution d'ammoniac ou une solution d'hydroxyde de sodium contenant H202. Une autre possibilité consiste à effectuer l'élution avec des solvants organiques, comme par exemple le benzène, In all these products, iodine is retained almost exclusively in elemental form. The adsorbed iodine can be eluted by aqueous solutions containing H2SO3 with water or mineral acids as a solvent, or by basic media such as NH40H solutions or alkaline hydroxide solutions. Elution may further be carried out with an ammonia solution or a sodium hydroxide solution containing H 2 O 2. Another possibility is to carry out the elution with organic solvents, such as for example benzene,
le chloroforme ou le tétrachlorure de carbone. chloroform or carbon tetrachloride.
Etant donné que selon l'invention, l'adsorption d'espèces ionogènes peut être pratiquement exclue, la présence de sels dissous Since according to the invention, the adsorption of ionogenic species can be practically excluded, the presence of dissolved salts
quelconques ne nuit pas à la rétention de l'iode. does not interfere with the retention of iodine.
Un avantage essentiel du procédé selon l'invention, lorsqu'il est mis en oeuvre pour la préparation du nucléide de fission pour la médecine nucléaire réside dans le fait que l'on peut séparer sélectivement et efficacement, et isoler sous forme chimiquement pure, de l'iode présent dans les solutions de processus à des concentrations relativement faibles. L'iode séparé de cette façon peut être réutilisé, par exemple sous forme de An essential advantage of the process according to the invention when it is used for the preparation of the fission nuclide for nuclear medicine lies in the fact that it is possible to selectively and efficiently separate and isolate in chemically pure form from iodine present in process solutions at relatively low concentrations. Iodine separated in this way can be reused, for example in the form of
préparations thérapeutiques.therapeutic preparations.
L'invention est illustrée plus en détail à The invention is illustrated in greater detail in
l'aide des exemples descriptifs et non limitatifs ci- using the descriptive and non-limiting examples
apres.after.
Exemple 1:Example 1
A une solution d'acide nitrique 1 M, on a ajouté de l'iodure de potassium et du nitrite de sodium dissous dans de l'eau, ainsi que du 123I en tant qu'indicateur radioactif. Les concentrations de l'iodure et du nitrite étaient chacune de 5 * 10-3 mole/1. On a garni deux colonnes de verre de mêmes dimensions (diamètre interne 9,7 Nmm) sur 100 mm de hauteur, respectivement, avec du polyacrylate granulaire (SM 7, firme Bio-Rad) et avec du poly(styrène-divinylbenzène) (Lewatit 1023, firme To a solution of 1M nitric acid was added potassium iodide and sodium nitrite dissolved in water, as well as 123I as a radioactive indicator. The concentrations of iodide and nitrite were each 5 * 10-3 mol / l. Two glass columns of the same dimensions (internal diameter 9.7 mm) were packed 100 mm high, respectively, with granular polyacrylate (SM 7, firm Bio-Rad) and poly (styrene-divinylbenzene) (Lewatit). 1023, firm
Bayer). La taille de particules était de 0,2 à 0,4 mm. Bayer). The particle size was 0.2 to 0.4 mm.
On a envoyé la solution d'iodure de bas en haut à We sent the solution of iodide upwards to
travers les colonnes de verre.through the glass columns.
Le rapport de la quantité d'iode ayant traversé les colonnes et de celle ayant été retenue a été établi par mesure comparative de l'activité de 123I. La figure donne la variation de la proportion d'iode ayant traversé les colonnes (en %) en fonction du degré de charge respectif (solution The ratio of the amount of iodine passed through the columns to the one that was retained was established by comparative measurement of the activity of 123I. The figure shows the variation of the proportion of iodine which has passed through the columns (in%) as a function of the respective degree of charge (solution
ajoutée en ml).added in ml).
D'après la figure, on peut voir que dans le cas d'une alimentation par 80 ml de solution, correspondant à une quantité d'iode de 50 mg, l'iode a From the figure, it can be seen that in the case of feeding with 80 ml of solution, corresponding to a quantity of iodine of 50 mg, the iodine
été adsorbé en totalité sur la colonne SM 7. all adsorbed on the SM 7 column.
On a obtenu le même résultat en agitant auparavant la solution avec du phosphate de tributyle (TBP) dans du kérosène et en la séparant ensuite à The same result was obtained by previously stirring the solution with tributyl phosphate (TBP) in kerosene and then separating it with
nouveau de la phase organique.new organic phase.
Exemple 2:Example 2
La haute sélectivité du procédé selon l'invention a pu être confirmée par des essais subséquents, en présence des isotopes de produits de fission radioactifs 144Ce, 95Zr et 106Ru. Les essais ont été effectués en ajoutant KI, NaNO2 et les marqueurs de produits de fission cités, à une solution de HNO3 3 M. Les concentrations d'iodure et de nitrite étaient chacune de 10-3 mole/l. On a envoyé dans chaque cas 25 ml d'une telle solution, comme dans The high selectivity of the process according to the invention could be confirmed by subsequent tests in the presence of isotopes of radioactive fission products 144Ce, 95Zr and 106Ru. The tests were carried out by adding KI, NaNO2 and the fission product markers mentioned, to a solution of 3M HNO3. The concentrations of iodide and nitrite were each 10-3 mol / l. 25 ml of such a solution was sent in each case, as in
l'exemple 1, à travers deux colonnes garnies de SM 7. Example 1, through two columns packed with SM 7.
Au moyen de mesures comparatives d'activité, By means of comparative activity measurements,
on a calculé la rétention des différentes nucléides. the retention of the different nuclides was calculated.
Les conditions expérimentales et les résultats obtenus sont récapitulés dans le tableau suivant. The experimental conditions and the results obtained are summarized in the following table.
Tableau:Board:
Diamètre interne de la colonne 9,7 mm Quantité d'adsorbant 1 g Volume de lit 3,3 ml Vitesse de la charge 50 ml/h Taille de particules de l'adsorbant 0,2- 0,4 mm Concentration de HN03 de l'acide de lavage 3 moles/1 Nucléide Activité de Activité Rétention la solution dans l'effluent (impulsion/ (+ 10 ml d'acide s) de lavage Essai i: I2 (123I) 750 n.d. > 99,9 % Column internal diameter 9.7 mm Amount of adsorbent 1 g Bed volume 3.3 ml Loading speed 50 ml / h Adsorber particle size 0.2- 0.4 mm HN03 concentration Wash acid 3 moles / 1 Nucleotide Activity Activity Retention solution in the effluent (pulse / (+ 10 ml of acid s) washing Test i: I2 (123I) 750 nd> 99.9%
l06Ru 635 45i n.d.l06Ru 635 45i n.e.
gsZr 532 382 n.d.gsZr 532 382 n.e.
44Ce 780 545 n.d.44Ce 780 545 n.e.
Essai 2: 12 (123I) 920 n.d. > 99,9 % Test 2: 12 (123I) 920 n.d.> 99.9%
l06Ru 762 548 n.d.l06Ru 762,548 n.e.
Zr 833 589 n.d.Zr 833 589 n.e.
144Ce 791 562 n.d.144Ce 791 562 n.e.
(n.d.: non décelable) En effectuant les essais, on a déterminé ce qui suit: - L'efficacité de la séparation d'iode de solutions d'acide nitrique évolue parallèlement avec la formation de l'iode élémentaire; elle s'effectue d'autant plus rapidement que la concentration en HN03 est élevée. En présence de HN03 7 M, la formation d'I2 s'effectue en l'espace de quelques minutes. - Par addition de nitrite de sodium ou en présence de NO2, la formation d'I2 s'effectue pratiquement spontanément dans la plage étudiée, comprise entre 0,01 et 7 M. - En cas d' utilisation d'adsorbants dont la taille des particule est comprise dans la plage de 0, 2 à 0,4 mm de diamètre ou moins ne nuisent aucunement aux propriétés de rétention des vitesses de charge allant jusqu'à 30 volumes de colonne par h. - On n'a pas pu déceler de recul de la rétention d'iode en présence de contaminants organiques tels que TBP ou kérosène, présents compte tenu de leur (nd .: not detectable) In carrying out the tests, it was determined that: - The efficiency of the iodine separation of nitric acid solutions evolves in parallel with the formation of elemental iodine; it is carried out more rapidly than the concentration of HN03 is high. In the presence of HNO3 7 M, the formation of I2 takes place within a few minutes. - By addition of sodium nitrite or in the presence of NO2, the formation of I2 takes place almost spontaneously in the studied range, between 0.01 and 7 M. - When using adsorbents whose size of particle is in the range of 0, 2 to 0.4 mm in diameter or less in no way detract from the retention properties of charge rates of up to 30 column volumes per hour. - There was no evidence of a decline in iodine retention in the presence of organic contaminants such as TBP or kerosene, given their
solubilité dans HN03.solubility in HN03.
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