UA112690C2 - Спосіб надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу - Google Patents

Спосіб надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу Download PDF

Info

Publication number
UA112690C2
UA112690C2 UAA201412371A UAA201412371A UA112690C2 UA 112690 C2 UA112690 C2 UA 112690C2 UA A201412371 A UAA201412371 A UA A201412371A UA A201412371 A UAA201412371 A UA A201412371A UA 112690 C2 UA112690 C2 UA 112690C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
supercritical
metal complexes
extraction
reactor
supercritical solvent
Prior art date
Application number
UAA201412371A
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Вікторович Борц
Стелла Федорівна Іванова
Юрій Генадійович Казарінов
Іван Матвійович Неклюдов
Сергій Анатолійович Сіренко
Віктор Іванович Ткаченко
Original Assignee
Національний Науковий Центр "Харківський Фізико-Технічний Інститут"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Національний Науковий Центр "Харківський Фізико-Технічний Інститут" filed Critical Національний Науковий Центр "Харківський Фізико-Технічний Інститут"
Priority to UAA201412371A priority Critical patent/UA112690C2/uk
Priority to RU2015120500A priority patent/RU2606973C2/ru
Publication of UA112690C2 publication Critical patent/UA112690C2/uk

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/02Solvent extraction of solids
    • B01D11/0203Solvent extraction of solids with a supercritical fluid

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Винахід належить до галузі хімії, зокрема до техніки надкритичної флюїдної екстракції металів з твердої фази за допомогою розчинів екстрагентів при підвищеному тиску. Спочатку створюють надкритичний розчинник в реакторі і розчиняють комплекси металу з лігандами у присутності води. Створюють градієнт температури не менше 0,10 °C/см уздовж вертикального стовпа надкритичного розчинника при вищій температурі нижнього рівня стовпа в порівнянні з його верхнім рівнем. Екстракцію комплексів металу з лігандами з реактора здійснюють з шару, що знаходиться в нижній частині стовпа надкритичного розчинника. При використанні діоксиду вуглецю як надкритичного розчинника для екстракції комплексів урану в екстрагованих матеріалах спостерігалася зміна ізотопного складу із збільшенням змісту ізотопуU на 20 % у порівнянні з природним вмістом.

Description

матеріалах спостерігалася зміна ізотопного складу із збільшенням змісту ізотопу 25) на 20 95 у порівнянні з природним вмістом.
Винахід належить до галузі хімії, зокрема до надкритичної флюїдної екстракції металів з твердої фази за допомогою розчинів екстрагентів при підвищеному тиску.
Використання надкритичних флюїдів (НКФ) в процесах екстракції основане на високій розчинювальній здатності різних речовин в надкритичному стані, яка може бути порівняна з розчинювальною здатністю рідких органічних розчинників. Використовується також істотна особливість, пов'язана з тим, що розчинювальна здатність флюїду в надкритичній області зазнає значні зміни при малих змінах температури і тиску. Це у свою чергу дозволяє проводити поглиблене фракціонування початкової сировини і регенерацію розчинника без додаткових енергетичних витрат шляхом дроселювання флюїду до тиску, при якому розчинність дуже мала.
Найважливішою перевагою НКФ технологій є можливість передбаченого масштабування технологічних процесів від лабораторного рівня до рівня промислового виробництва із збереженням основних характеристик технологічного процесу.
Надкритичну флюїдну екстракцію здійснюють, як правило, по схемі двостадійного безперервного процесу в апаратах високого тиску, наприклад, в тарілчастих колонах. На першій стадії надкритичний газ контактує з рідкою або твердою сумішшю, витягуючи розчинні компоненти. На другій стадії екстрагент регенерують шляхом скидання тиску або зміни температури, що приводить до повного осадження речовин, які екстрагують. Потім робочі параметри газу змінюють до необхідних значень і знову направляють його на першу стадію, організовуючи циркуляцію екстрагента.
Відомі способи надкритичної екстракції різних металів (М/аі С.М.; Зтап М..; РпеїІр5, О5
Раїепі 5606724 А. Опубл. 25 лютого 1997 р.; Весктап Е.9У.; Киб55е! А.). О5 Раїепі 5641887 А.
Опубл. 24 червня.1997 р.; УМаї С.М. Раїепі РСТ Іпіегпайіопаї; М/О 9533541 АТ. Опубл. 14 грудня 1995 р.), що дозволяють проводити екстракцію різних металів, таких як уран, рідкоземельні елементи. За цими способами матриця (пісок, папір, поверхня неіржавіючої сталі і тому подібне), що містить метали, обробляється комплексоном, розчиненим в надкритичному діоксиді вуглецю. Як комплексони використовувалися різні органічні сполуки, якнайкращі результати спостерігалися для фторованих В-дикетонів.
Відомий також спосіб (Мурзин А.А., Старченко В.А., Шадрин А.Ю. та інш. Доповідь "Ресопіатіпацйіоп ої Веа! МУопа Сопіатіпаїей 5іаїіпієзв 2геє! Овіпу Зирегстйса! СОг". 5ресігипт98,
Репмег, Соіогадо, О5А, бЗерієетбьбег 13-18, 1998, Ргосеєдіпд5, Атегісап Мисієаг босієїу Іпс, О5А, 1998, р. 94-98). За цим способом матриця (пісок, папір, поверхня неіржавіючої сталі і тому подібне), що містить цезій, обробляється сумішшю краун-ефіру і ді-2д-етилгексилфосфорної кислоти, розчиненими в надкритичному діоксиді вуглецю. Спосіб дозволяє екстрагувати цезій і трансуранові елементи з різних матриць.
Відомий спосіб надкритичної флюїдної екстракції металів, що включає витримку матриці, що містить метал, в камері високого тиску в середовищі надкритичного розчинника у присутності води, поліфторкарбонових кислот і поліетиленгліколів (Бабайин В.А., Киселева Р.Н., Мурзин А.А., та інш. Патент РФ Мо 2168779 "Способ сверхкритической флюидной зкстракции металлов". БИ
Мо16. 10.06.2001. МПК 21 9/28).
Як найближчий аналог можна розглянути, наприклад, спосіб надкритичної флюїдної екстракції металів, за яким створюють надкритичний розчинник в реакторі і розчиняють комплекси металу з лігандами у присутності води. Після витримки здійснюють екстракцію розчинених комплексів металу з лігандами з реактора (Мясоедов Б.Ф., Куляко Ю.М., Шадрин
А.Ю., Самсонов М.Д. Сверхкритическая флюидная зкстракция нуклидов // "Сверхкритические
Флюидь!: Теория и Практика". Том 2. Мо 3. 2007).
Загальним недоліком всіх наведених вище способів є неможливість зміни ізотопного складу металу при його екстракції з реактора.
Задачею, на вирішення якої направлений винахід, що патентується, є удосконалення способу надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу для реалізації можливості зміни ізотопного складу металу при його екстракції з реактора. Задача повинна вирішуватися вибором режимних параметрів розчинення комплексів металу в надкритичному розчиннику і особливістю його екстракції з реактора.
Поставлена задача вирішується способом надкритичної флюїдної екстракції металів, що патентується, відповідно до якого, також як і в найближчому аналогу, створюють надкритичний розчинник в реакторі і розчиняють комплекси металу з лігандами у присутності води. Потім здійснюють їх екстракцію з реактора.
На відміну від найближчого аналога в середовищі надкритичного розчинника при збереженні його надкритичного стану створюють градієнт температури не менше 0,10 "С/см уздовж його вертикального стовпа при вищій температурі нижнього рівня стовпа в порівнянні з його верхнім рівнем. Екстракцію комплексів металу з лігандами з реактора здійснюють з шару, що знаходиться в нижній частині стовпа надкритичного розчинника.
Спосіб, що патентується, можна реалізувати, висаджуючи спочатку комплекси металу з лігандами на матриці, яку потім поміщають у вищезазначений реактор.
Як надкритичний розчинник може бути використаний діоксид вуглецю при тиску більше 7,38
Мпа і критичній температурі вище 31,06 "С
При розчиненні в надкритичному розчиннику комплексів урану, підтримують вищезазначений градієнт температури в режимі 0,10-0,23 "С/см, екстракцію здійснюють в шарі, що знаходиться на висоті від 1/3 до 2/5 висоти стовпа надкритичного розчинника від його нижнього рівня.
Як показали експерименти, завдяки вищенаведеному градієнту температури у вертикальному стовпі надкритичного розчинника, при екстракції комплексів металу з шару, що знаходиться в нижній частині стовпа, відбувається зміна ізотопного складу металу із збільшенням частки легшого ізотопу. При градієнті температури менше 0,10 "С/см зміна ізотопного складу стає незначною для практичного використання. Верхня межа температурного градієнта визначається енергетичними можливостями.
Пояснити отриманий результат можна таким чином. Процес перерозподілу ізотопного складу комплексів металу обумовлений фізичним механізмом індукованого переходу квазічастинок, що містять комплекс металу, між двома енергетичним рівнями, один з яких відповідає енергії квазічастинок в матриці, другій, - в розчині. Наявність принаймні двох ізотопів металу в утворюваних комплексах металів створює умови для формування двох видів квазічастинок, утворюваних в мікрокраплях води. Одні квазічастинки містять тільки легкий ізотоп, інші - тільки важкий. Вірогідності переходів між енергетичними рівнями залежить від температури середовища. Легші квазічастинки (що містять легкий ізотоп) характеризуються більшою частотою індукованих переходів між рівнями при вищій температурі, ніж важкі квазічастинки (що містять важкий ізотоп). Відзначимо, що щільність надкритичного розчинника із збільшенням температури зменшується, і в результаті цього створюються умови для конвективного масопереносу по висоті реактора, що сприяє збільшенню інтенсивності перерозподілу квазічастинок. Тому при вищій температурі нижньої частині вертикального
Зо стовпа надкритичного розчинника в нижній частині реактора відбувається переважне скупчення легшого ізотопу металу.
Приклад реалізації способу, що патентується, розглянемо на надкритичній флюїдній екстракції комплексів урану, проведеній на лабораторній установці. Як надкритичний розчинник використовувався діоксид вуглецю за ДЗСТ 8050-85 з об'ємним вмістом СО» 99,8 95. Для додання початковим зразкам властивості розчинності в надкритичному діоксиді вуглецю проводилася пробопідготовка. Початковий зразок граніту із природним вмістом ізотопу 295) від 0,72 до 0,71 95 дробився і розмелювався в порошок з розміром зерна менше 50 мкм. Відібрана кількість порошку заливалася 40 95 розчином азотної кислоти і витримувалася протягом доби.
Отриманий відфільтрований розчин змішувався з 30 95 розчином трибутилфосфату в гасі і збовтувався. Після розшарування органічна фаза фільтрувалася через паперовий фільтр.
Таким чином створювалася матриця з комплексами урану з лігандами. Далі ця матриця поміщалася в реактор. Верхній фланець реактора нагрівався до 35 "С, нижній фланець - до 40 об з тим, щоб в стовпі надкритичного розчинника підтримувався градієнт температури 0,10- 0,23 "С/см. Потім в реактор нагнітався діоксид вуглецю до тиску 16,0 МПа і додавалася вода в кількості, яка відповідає границі її розчинності в діоксиді вуглецю. Після чого здійснювалася витримка протягом 30 хвилин для утворення відповідного розчиненого стану комплексів урану з лігандами і розподілу їх по висоті стовпа в реакторі. Екстракція здійснювалася з шарів, що знаходяться на висоті від 1/3 до 2/5 висоти стовпа надкритичного розчинника від його нижнього рівня. В результаті в екстрагованих комплексах урану спостерігалася зміна ізотопного складу із збільшенням вмісту ізотопу 2951) на 20 95 в порівнянні з природним змістом.
Цей результат отриманий при аналізі екстрагованих зразків на зміст ізотопів урану по спектрах, зареєстрованих детектором гамма-випромінювання з подальшою їх обробкою програмою ЕКАМ, розробленою в Лосаламоській національній лабораторії. Використовувався коаксіальний германієвий детектор С 1818 з відносною ефективністю реєстрації евідн-18 95, енергетичним розрізненням ЛЕ-180 кеВ при енергії гамма-квантів Е,-1,33 МеВ.
Слід зазначити, що описаний спосіб може бути використаний для зміни ізотопного складу різних металів, що реагують з азотною кислотою, при розчиненні і екстракції їх комплексів з реактора. Як надкритичний розчинник можуть бути використані фреони і інші розчинники. (510)

Claims (4)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу, що включає: - створення надкритичного розчинника в реакторі і розчинення комплексів металу з лігандами у присутності води, - екстракцію розчинених комплексів металу з лігандами з реактора, який відрізняється тим, що - у середовищі надкритичного розчинника при збереженні його надкритичного стану створюють градієнт температури не менше 0,10 "С/см уздовж його вертикального стовпа при вищій температурі нижнього рівня стовпа в порівнянні з його верхнім рівнем, - екстракцію комплексів металу з лігандами з реактора здійснюють з шару, що знаходиться в нижній частині стовпа надкритичного розчинника.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що спочатку комплекси металу з лігандами висаджують на матриці, яку потім поміщають у вищезазначений реактор.
З. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як надкритичний розчинник використовують діоксид вуглецю при тиску більше 7,38 МПа і критичній температурі вище 31,06 "С.
4. Спосіб, за одним із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що в надкритичному розчиннику розчиняють комплекси урану, підтримують вищезазначений градієнт температури в режимі 0,1- 0,2 "С/см, екстракцію здійснюють з шару, що знаходиться на висоті від 1/3 до 2/5 висоти стовпа надкритичного розчинника від його нижнього рівня.
UAA201412371A 2014-11-17 2014-11-17 Спосіб надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу UA112690C2 (uk)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201412371A UA112690C2 (uk) 2014-11-17 2014-11-17 Спосіб надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу
RU2015120500A RU2606973C2 (ru) 2014-11-17 2015-05-29 Способ сверхкритической флюидной экстракции комплексов урана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201412371A UA112690C2 (uk) 2014-11-17 2014-11-17 Спосіб надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA112690C2 true UA112690C2 (uk) 2016-10-10

Family

ID=57219192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201412371A UA112690C2 (uk) 2014-11-17 2014-11-17 Спосіб надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2606973C2 (uk)
UA (1) UA112690C2 (uk)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995033541A1 (en) * 1994-06-09 1995-12-14 Idaho Research Foundation, Inc. Fluid extraction of metals and/or metalloids
RU2168779C2 (ru) * 1999-09-14 2001-06-10 Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Способ сверхкритической флюидной экстракции металлов
GB9929424D0 (en) * 1999-12-14 2000-02-09 British Nuclear Fuels Plc A method of separating Uranium
RU2274486C2 (ru) * 2003-05-05 2006-04-20 Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Способ экстракции металлов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2606973C2 (ru) 2017-01-10
RU2015120500A (ru) 2016-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bezhin et al. Sorbents based on crown ethers: preparation and application for the sorption of strontium
Rao et al. Supercritical fluid extraction of uranium and thorium employing dialkyl amides
Sinclair et al. Supercritical extraction of lanthanide tributyl phosphate complexes: current status and future directions
Benedict et al. Kinetics and thermodynamics of dissolved rare earth uptake by alluvial materials from the Nevada Test site, southern Nevada, USA
Smirnov et al. Extraction of cesium and americium with p-alkylcalix [8] arenes from alkaline solutions
US7927566B2 (en) Extraction of radionuclides by crown ether-containing extractants
UA112690C2 (uk) Спосіб надкритичної флюїдної екстракції комплексів металу
Tkac et al. Optimization of the processing of Mo disks
Kishor et al. Highly efficient bio-sorption of trivalent f-elements using wild type Rhizopus arrhizus dead fungus
Baulin et al. Acidic phosphoryl podands as components of extraction chromatography material for selective extraction of promethium-147
Puzas et al. Challenges in preparing soil samples and performing a reliable plutonium isotopic analysis by ICP-MS
Leybros et al. Remediation of 137Cs-contaminated concrete rubble by supercritical CO2 extraction
Rao et al. Supercritical carbon dioxide extraction of uranium from acidic medium employing calixarenes
Romanovskiy et al. Combined processes for high level radioactive waste separations: UNEX and other extraction processes
Št’astná et al. Separation of curium from americium using composite sorbents and complexing agent solutions
KR102087906B1 (ko) 방사성동위원소 추적자용 하이드로퀴논 클라스레이트 및 이의 제조 방법
KR102068696B1 (ko) 3성분계 상분리에 의한 세슘 또는 스트론튬의 추출 방법 및 추출 장치
KR102026515B1 (ko) 방사성 폐액에서 방사성 원소의 선택적 추출 분리를 위한 분리처리 방법
Banerjee et al. Extraction separation of 86 Rb from 85 Sr in trace level with 18-crown-6 in nitrobenzene
Abramenkovs et al. Investigations of the sorption of radionuclides by raised bog peat
Srivastava et al. Strontium extraction from the Geo-environment
RU2274486C2 (ru) Способ экстракции металлов
Boron-Brenner Development of chemical separation methods using transition metals for nuclear forensic and medicinal applications
Brown et al. Purification and Concentration of 99Mo from a UREX raffinate
Pier Separation and Detection of Radioactive Materials from Environmental Samples