RU2274486C2 - Metal extraction process - Google Patents
Metal extraction process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2274486C2 RU2274486C2 RU2003113308/06A RU2003113308A RU2274486C2 RU 2274486 C2 RU2274486 C2 RU 2274486C2 RU 2003113308/06 A RU2003113308/06 A RU 2003113308/06A RU 2003113308 A RU2003113308 A RU 2003113308A RU 2274486 C2 RU2274486 C2 RU 2274486C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acid
- extraction
- solvent
- metal
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
Landscapes
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области экстракции металлов из твердой фазы с помощью растворов экстрагентов в легкокипящих жидкостях или сжиженных газах при повышенном давлении (в частности, жидком диоксиде углерода) и может быть использовано в аналитических целях или для дезактивации радиоактивных отходов.The invention relates to the field of extraction of metals from a solid phase using solutions of extractants in low boiling liquids or liquefied gases at elevated pressure (in particular liquid carbon dioxide) and can be used for analytical purposes or for the decontamination of radioactive waste.
Известны способы сверхкритической экстракции различных металлов (Wai, C.M.; Smart N.G.; Phelps, С. US Patent 5606724 А. Опубл 25 Feb 1997; Beckman, E. J.; Russel A. J. US Patent 5641887 А. Опубл. 24 июня 1997 г.; Wai, C.M. Patent PCT International; WO 9533541 A1. Опубл. 14 декабря 1995 г.), позволяющие проводить экстракцию различных металлов, таких как уран, редкоземельные элементы. По предлагаемым способам матрица, содержащая металлы (песок, бумага, поверхность нержавеющей стали и т.п.), обрабатывается комплексоном, растворенным в сверхкритическом углекислом газе. В качестве комплексонов использовались различные органические соединения, наилучшие результаты наблюдались для фторированных β-дикетонов.Known methods for supercritical extraction of various metals (Wai, CM; Smart NG; Phelps, C. US Patent 5606724 A. Publ. Feb 25, 1997; Beckman, EJ; Russel AJ US Patent 5641887 A. Publ. June 24, 1997; Wai, CM Patent PCT International; WO 9533541 A1. Publ. December 14, 1995), allowing the extraction of various metals, such as uranium, rare earth elements. According to the proposed methods, a matrix containing metals (sand, paper, stainless steel surface, etc.) is treated with a complexon dissolved in supercritical carbon dioxide. Various organic compounds were used as complexones; the best results were observed for fluorinated β-diketones.
Известен также способ (Мурзин А.А., Старченко В.А., Шадрин А.Ю. и др. Доклад "Decontamination of Real World Contaminated Stainless Steel Using Supercritical CO2 "Spectrum'98, Denver, Colorado, USA, September 13-18, 1998, Proceedings, American Nuclear Society Inc, USA, 1998, p.94-98). По этому способу матрица, содержащая цезий (песок, бумага, поверхность нержавеющей стали и т.п.), обрабатывается смесью краун-эфира и ди-2-этилгексилфосфорной кислоты, растворенными в сверхкритическом углекислом газе. Способ позволяет экстрагировать цезий и трансурановые элементы (ТУЭ) с различных матриц.There is also a known method (Murzin A.A., Starchenko V.A., Shadrin A.Yu. et al. Report "Decontamination of Real World Contaminated Stainless Steel Using Supercritical CO 2 "Spectrum'98, Denver, Colorado, USA, September 13 -18, 1998, Proceedings, American Nuclear Society Inc, USA, 1998, p. 94-98). In this method, a cesium containing matrix (sand, paper, stainless steel surface, etc.) is treated with a mixture of crown ether and di-2-ethylhexylphosphoric acid dissolved in supercritical carbon dioxide. The method allows to extract cesium and transuranic elements (TUE) from various matrices.
Известен способ сверхкритической флюидной экстракции цезия (C.M.Wai, Y.M.Kulyako, B.F.Myasoedov// Mendeleev Communications. (1999) 5, N9, pp.180-181) с помощью фторированных карбоновых кислот и краун-эфиров.A known method of supercritical fluid extraction of cesium (C.M. Wai, Y.M. Kulyako, B.F. Myasoedov // Mendeleev Communications. (1999) 5, N9, pp. 180-181) using fluorinated carboxylic acids and crown ethers.
Известен способ сверхкритической флюидной экстракции металлов, включающий выдержку матрицы, содержащей металл, в камере высокого давления в среде сверхкритического растворителя в присутствии воды, полифторкарбоновых кислот и полиэтиленгликолей (Бабаин В.А., Киселева Р.Н., Мурзин А.А., и др. Патент РФ 2168779 "Способ сверхкритической флюидной экстракции металлов". БИ №16. 10.06.2001. МПК G 21 F 9/28) - прототип.A known method of supercritical fluid extraction of metals, comprising holding the matrix containing the metal in a high pressure chamber in a supercritical solvent in the presence of water, polyfluorocarboxylic acids and polyethylene glycols (Babain V.A., Kiseleva R.N., Murzin A.A., and other RF Patent 2168779 "Method for supercritical fluid extraction of metals". BI No. 16. 06/10/2001. IPC G 21 F 9/28) - prototype.
Общим недостатком всех предлагавшихся ранее способов, как и способа-прототипа является то, что с их помощью удается экстрагировать такие металлы, как цезий и стронций, только в сверхкритическом углекислом газе при высоких давлениях (100-400 атм) и с использованием дополнительных комплексонов - краун-эфиров или полиэтиленгликолей. Экстракция этих металлов очень важна, т.к. их изотопы - цезий-137 и стронций-90 дают основной вклад в радиоактивность отработавшего ядерного топлива. Использование краун-эфиров или полиэтиленгликолей приводит к трудностям при реэкстракции металлов, что затрудняет и в некоторых случаях делает практически невозможным регенерацию экстрагента.A common drawback of all previously proposed methods, as well as the prototype method, is that with their help it is possible to extract metals such as cesium and strontium only in supercritical carbon dioxide at high pressures (100-400 atm) and using additional complexones - crown esters or polyethylene glycols. The extraction of these metals is very important, because their isotopes - cesium-137 and strontium-90 make the main contribution to the radioactivity of spent nuclear fuel. The use of crown ethers or polyethylene glycols leads to difficulties in the re-extraction of metals, which makes it difficult and in some cases makes regeneration of the extractant practically impossible.
Использование высоких давлений - 100-400 атм создает трудности, особенно применительно к радиохимическим процессам. Требования безопасности при работе установок с высоким давлением (более 100 атм) существенно строже и сильно удорожают процесс. Разгерметизация при аварии при таких давлениях приведет к выбросу радионуклидов в окружающую среду. Способы предотвращения такого выброса сложны и сильно удорожают проведение работ.The use of high pressures - 100-400 atm creates difficulties, especially in relation to radiochemical processes. Safety requirements for the operation of high-pressure installations (more than 100 atm) are much stricter and greatly increase the cost of the process. Depressurization during an accident at such pressures will lead to the release of radionuclides into the environment. Ways to prevent such an outbreak are complex and greatly increase the cost of work.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение извлечения из твердой фазы различных радионуклидов, в том числе одновременно цезия и стронция, при давлении не выше 70 атм.The task of the invention is the provision of extraction from the solid phase of various radionuclides, including cesium and strontium at a pressure of not higher than 70 atm.
Предлагаемый способ состоит в обработке матрицы (например, твердой соли, поверхности нержавеющей стали или ткани, загрязненной радионуклидами) жидким при умеренно повышенном давлении (30-70 атм) растворителем, содержащим органическую кислоту, такую как ди-полифторалкилфосфорную, или ее смесь с октанолом или ТБФ, с последующим пропусканием жидкого растворителя через камеру высокого давления для обеспечения полноты экстракции, сбором экстракта в испарителе и испарением жидкого растворителя из экстракта.The proposed method consists in treating a matrix (for example, a solid salt, a stainless steel surface or a fabric contaminated with radionuclides) with a liquid at a moderately elevated pressure (30-70 atm), a solvent containing an organic acid, such as di-polyfluoroalkylphosphoric acid, or its mixture with octanol or TBP, followed by passing a liquid solvent through a high-pressure chamber to ensure complete extraction, collecting the extract in an evaporator and evaporating the liquid solvent from the extract.
Ниже приведены формулы применяемых кислот.The following are the formulas of the acids used.
При использовании предлагаемого способа степень экстракции достигается такая же, а иногда и выше, чем в способе-прототипе, при этом краун-эфиры или полиэтиленгликоли не используются и процесс проходит при давлении менее 100 атм. Поэтому регенерация экстрагента сводится к простой отмывке металла из органической фазы с помощью кислоты. Дополнительным преимуществом предлагаемого способа является возможность одновременного извлечения цезия и стронция. При экстракции карбоновыми кислотами или диалкилфосфорными кислотами экстракция стронция вместе с цезием невозможна.When using the proposed method, the degree of extraction is achieved the same, and sometimes higher than in the prototype method, while crown ethers or polyethylene glycols are not used and the process takes place at a pressure of less than 100 atm. Therefore, the regeneration of the extractant is reduced to a simple washing of the metal from the organic phase using acid. An additional advantage of the proposed method is the ability to simultaneously extract cesium and strontium. When extraction with carboxylic acids or dialkylphosphoric acids, the extraction of strontium together with cesium is impossible.
В качестве жидкого растворителя может использоваться углекислый газ. Однако возможно использование и других носителей, таких, например, как фреоны. Существовавшее мнение о том, что эффективность экстракции в жидком углекислом газе в десятки раз ниже, чем в сверхкритических условиях оказалось в данном случае неверным - эффективность экстракции практически такая же, как в сверхкритических условиях.Carbon dioxide can be used as a liquid solvent. However, you can use other carriers, such as, for example, freons. There was an opinion that the extraction efficiency in liquid carbon dioxide is ten times lower than under supercritical conditions, which turned out to be incorrect in this case - the extraction efficiency is almost the same as under supercritical conditions.
В качестве кислот возможно использование ди-(полифторалкил)фосфорных кислот, при этом наиболее высокие степени экстракции наблюдаются для ди-(полифторалкил)фосфорных кислот с длиной алкильного радикала C5-С7.As acids, it is possible to use di- (polyfluoroalkyl) phosphoric acids, while the highest degrees of extraction are observed for di- (polyfluoroalkyl) phosphoric acids with a C 5 -C 7 alkyl radical length.
Следующие примеры иллюстрируют возможности и границы применения способа. Эксперименты выполняли следующим образом: а) на поверхность образца был предварительно нанесен радионуклид; б) на тот же образец наносили кислоту и (или) октанол, помещали в экстракционную камеру объемом 50 мл и нагнетали углекислый газ, содержащий 0,02% об. воды, камеру оставляли при этих условиях на 20 минут, после чего через ячейку пропускали 200 мл чистого жидкого растворителя, собирали экстракт и испаряли жидкий растворитель при температуре 60°С. Давление при этом составляло 50-70 атм.The following examples illustrate the scope and application of the method. The experiments were performed as follows: a) a radionuclide was previously applied to the surface of the sample; b) acid and (or) octanol were applied to the same sample, placed in a 50 ml extraction chamber and carbon dioxide containing 0.02% vol. was injected. water, the chamber was left under these conditions for 20 minutes, after which 200 ml of pure liquid solvent was passed through the cell, the extract was collected, and the liquid solvent was evaporated at a temperature of 60 ° C. The pressure was 50-70 atm.
Пример 1Example 1
Поверхность образца хлопка, содержащую 100 мкг нитрата цезия на 10 см2, обрабатывали как описано выше. В качестве жидкого растворителя использовали углекислый газ. Извлечение цезия по способу-прототипу и предлагаемому способу приведено в табл.1The surface of the cotton sample containing 100 μg of cesium nitrate per 10 cm 2 was treated as described above. Carbon dioxide was used as a liquid solvent. Extraction of cesium by the prototype method and the proposed method are given in table 1
Извлечение нитрата цезия с поверхности хлопка растворами кислот в диоксиде углерода (60 атм., 25°С, 100 μg CsNO3)Table 1
Extraction of cesium nitrate from the surface of cotton with solutions of acids in carbon dioxide (60 atm., 25 ° C, 100 μg CsNO 3 )
Данные Табл.1 показывают, что растворы как перфторвалериановой, так и диоктафторамилфосфорной кислот в жидком диоксиде углерода могут быть использованы для удаления цезия с поверхности хлопка.The data in Table 1 show that solutions of both perfluorovaleric and dioctafluoroamylphosphoric acids in liquid carbon dioxide can be used to remove cesium from the surface of cotton.
Пример 2Example 2
Поверхность хлопка, содержащую 3,5 мкг нитрата стронция на 10 см2, обрабатывали как описано выше. В качестве жидкого растворителя использовали углекислый газ. Извлечение цезия по способу-прототипу и предлагаемому способу приведено в табл.2A cotton surface containing 3.5 μg of strontium nitrate per 10 cm 2 was treated as described above. Carbon dioxide was used as a liquid solvent. Extraction of cesium by the prototype method and the proposed method are shown in table 2
Извлечение нитрата стронция с поверхности хлопка растворами кислот в диоксиде углерода (60 атм., 25°С, 3,5 μg Sr(NO3)2)Table 2
Extraction of strontium nitrate from the surface of cotton with solutions of acids in carbon dioxide (60 atm., 25 ° C, 3.5 μg Sr (NO 3 ) 2 )
Очевидно, что только растворы диоктафторамилфосфорной кислоты позволяют эффективно удалять с поверхности хлопка как цезий, так и стронций.It is obvious that only solutions of dioctafluoroamylphosphoric acid can effectively remove both cesium and strontium from the surface of the cotton.
Пример 3Example 3
На поверхность нержавеющей стали, содержащую 3,5 мкг нитрата стронция, наносили кислоту и (или) октанол, помещали в экстракционную ячейку объемом 5 мл, куда нагнетали углекислый газ при давлении 150 атм (в сверхкритическом состоянии), содержащий 0,02% об. воды, ячейку оставляли при этих условиях на 20 минут, после чего через ячейку прокачивали 200 мл чистого углекислого газа и собирали экстракт в воду при температуре 25°С. Извлечение стронция по предлагаемому способу приведено в табл.3Acid and (or) octanol were deposited on a stainless steel surface containing 3.5 μg of strontium nitrate, placed in a 5 ml extraction cell, where carbon dioxide was injected at a pressure of 150 atm (in a supercritical state), containing 0.02% vol. water, the cell was left under these conditions for 20 minutes, after which 200 ml of pure carbon dioxide were pumped through the cell and the extract was collected in water at a temperature of 25 ° C. The extraction of strontium by the proposed method are given in table.3
Извлечение нитрата стронция с поверхности хлопка растворами кислот в диоксиде углерода (150 атм., 25°С, 3,5 μg Sr(NO3)2)Table 3
Extraction of strontium nitrate from the surface of cotton with solutions of acids in carbon dioxide (150 atm., 25 ° C, 3.5 μg Sr (NO 3 ) 2 )
Пример 4Example 4
На поверхность лавсана, содержащую 3,5 мкг нитрата стронция, 4 мкг нитрата цезия на 10 см2 и индикаторные количества америция, обрабатывали как описано выше, добавляя кроме кислоты и октанола трибутилфосфат. Извлечение металлов по предлагаемому способу приведено в табл.4On the surface of the lavsan containing 3.5 μg of strontium nitrate, 4 μg of cesium nitrate per 10 cm 2 and indicator amounts of americium were treated as described above, adding tributyl phosphate in addition to acid and octanol. Extraction of metals by the proposed method are given in table 4
Извлечение металлов с поверхности лавсана растворами ди(додекафторгептил)-фосфорной кислоты в диоксиде углерода (60 атм., 25°С)Table 4
Extraction of metals from the surface of the lavsan by solutions of di (dodecafluoroheptyl) -phosphoric acid in carbon dioxide (60 atm., 25 ° C)
Таким образом, ди-полифторалкилфосфорные кислоты, например ди(додекафторгептил) или диоктафторамилфосфорная кислота, в отличие от перфторкарбоновых кислот или диалкилфосфорных кислот, эффективно извлекают одновременно цезий и стронций, с поверхностей различных материалов в виде растворов в субкритическом (жидком) растворителе. Смесью ди-полифторалкилфосфорных кислот и ТБФ в жидком (субкритическом) растворителе возможно извлечение одновременно цезия, стронция и америция. Такой процесс существенно (в 5-10 раз) дешевле сверхкритического варианта (прототип) и более безопасен, что особенно важно при дезактивации.Thus, di-polyfluoroalkylphosphoric acids, for example, di (dodecafluoroheptyl) or dioctafluoroamylphosphoric acid, unlike perfluorocarboxylic acids or dialkylphosphoric acids, effectively remove cesium and strontium simultaneously from surfaces of various materials in the form of solutions in a subcritical (liquid) solvent. A mixture of di-polyfluoroalkylphosphoric acids and TBP in a liquid (subcritical) solvent can simultaneously extract cesium, strontium and americium. Such a process is significantly (5-10 times) cheaper than the supercritical option (prototype) and safer, which is especially important during decontamination.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003113308/06A RU2274486C2 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Metal extraction process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003113308/06A RU2274486C2 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Metal extraction process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003113308A RU2003113308A (en) | 2004-10-27 |
RU2274486C2 true RU2274486C2 (en) | 2006-04-20 |
Family
ID=36608359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003113308/06A RU2274486C2 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Metal extraction process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2274486C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2606973C2 (en) * | 2014-11-17 | 2017-01-10 | Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" (Ннц Хфти) | Method for supercritical fluid extraction of uranium complexes |
-
2003
- 2003-05-05 RU RU2003113308/06A patent/RU2274486C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АМПЕЛОГОВА Н.И. и др. Дезактивация в ядерной энергетике. М.: Энергоиздат, 1982, с.128-130. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2606973C2 (en) * | 2014-11-17 | 2017-01-10 | Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" (Ннц Хфти) | Method for supercritical fluid extraction of uranium complexes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lin et al. | Supercritical fluid extraction of thorium and uranium ions from solid and liquid materials with fluorinated. Beta.-Diketones and tributyl phosphate | |
Lin et al. | Supercritical fluid extraction of lanthanides and actinides from solid materials with a fluorinated. beta.-diketone | |
Lin et al. | Supercritical fluid extraction of uranium and thorium from nitric acid solutions with organophosphorus reagents | |
EP0914482B1 (en) | Method and apparatus for back-extracting metal chelates | |
RU2560603C2 (en) | Increasing separation factor between americium and curium and/or lanthanides in liquid-liquid extraction process using diglycolamide and another extractant | |
Zhu et al. | Chinese experience in the removal of actinides from highly active waste by trialkylphosphine-oxide extraction | |
US6843921B2 (en) | Method of separation and recovery of elements from radioactive liquid wastes | |
Campbell et al. | Organic analysis at the Hanford nuclear site | |
RU2180868C2 (en) | Method of extraction separation of cesium, strontium, technetium, rare-earth and actinide elements from liquid radioactive residues | |
Toews et al. | Complexation and transport of uranyl nitrate in supercritical carbon dioxide with organophosphorus reagents | |
JP4669516B2 (en) | Extractant containing crown ether, use and regeneration method thereof, and extraction method of radionuclide | |
Samsonov et al. | Supercritical fluid extraction in modern radiochemistry | |
US5510091A (en) | Method of separating transplutonium elements from lanthanides in acidic solutions by solvent extraction | |
RU2274486C2 (en) | Metal extraction process | |
Tachimori et al. | Extraction of some elements by mixture of DIDPA-TBP and its application to actinoid partitioning process | |
RU2366012C2 (en) | Method of irradiated nuclear fuel treatment | |
RU2168779C2 (en) | Method for supercritical fluidic extraction of metals | |
JP2813551B2 (en) | Extraction and separation of metal elements using supercritical fluid as medium | |
Courson et al. | Separation of minor actinides from genuine HLLW using the DIAMEX process | |
RU2755814C1 (en) | Composition for conversion of solid forms of actinoids and rare earth elements into a soluble form | |
JP3145889B2 (en) | Sequential separation of uranium and rare earth elements using supercritical fluid as extraction medium | |
JP4036357B2 (en) | Modification of actinide extraction solvents containing tridentate ligands | |
Kulyako et al. | Dissolution of uranium, neptunium, plutonium and americium oxides in tri-n-butyl phosphate saturated with nitric acid | |
JP2858640B2 (en) | Reprocessing of spent nuclear fuel under mild conditions | |
JP2005283415A (en) | Processing method and system of radioactive waste |