Патент на изобретение №2211721
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ И ТРАНСПЛУТОНИЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
(57) Реферат: Изобретение относится к области хроматографического разделения трансплутониевых элементов и редкоземельных элементов. Способ хроматографического разделения редкоземельных и трансплутониевых элементов включает сорбцию на сильнокислотном сульфакатионите в водородной форме. Затем проводят элюирование раствором диэтилентриаминпентаацетата аммония через слой сильнокислотного сульфакатионита в форме иона переходного металла. Элюирование проводят раствором диэтилентриаминпентаацетата, дополнительно содержащим нитрилотриацетат щелочного металла или аммония. Используемый сульфакатионит может быть в форме ионов двухвалентных переходных металлов из группы Ni, Со, Cu, Zn, Cd, Pb, Fe. Использование изобретения позволит увеличить степень очистки прометия и самария от иттрия при сохранении степени очистки кюрия и америция от европия, а также ускорить процесс. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл. Изобретение относится к области хроматографического разделения трансплутониевых (ТПЭ) и редкоземельных элементов (РЗЭ), в частности к способам выделения кюрия, америция, самария и прометия из растворов, полученных после переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ). Известен способ /1/ хроматографического разделения РЗЭ, включающий сорбцию РЗЭ на сульфокатионите в водородной форме и последующее элюирование через катионит в медной форме с помощью 2%-ного раствора этилендиаминтетраацетата аммония (ЭДТА) при рН 8,5. Недостатками данного способа являются: – низкая растворимость самой этилендиамитетрауксусной кислоты и комплексов ЭДТА с РЗЭ, вследствие чего на колонке могут выпадать осадки и уменьшается проходимость колонны; – небольшие концентрации РЗЭ в элюенте, вследствие чего требуется много времени для проведения процесса разделения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ /2/ катионообменного выделения кюрия, америция, самария и прометия. Способ /2/ включает сорбцию на сильнокислотном сульфокатионите Дауэкс-50W в водородной форме, последующую промывку дистиллированной водой и элюирование через катионит в цинковой форме при температуре 70oС раствором диэтилентриаминпентаацетата аммониния (ДТПА) концентрации 20 г/л. При этом на выходе из хроматографической колонны вымываемые элементы располагаются полосами в следующем порядке: Zn-(Cm+Am)-Eu-Sm-Y-Pm-Nd. Соседние полосы элементов имеют зоны смешивания. Величина зоны смешивания не зависит от количества элементов. Поэтому при небольших количествах, например прометия, он весь попадает в зону смешивания с иттрием, что является нежелательным. На фиг.1 представлены результаты процесса, выполненного по способу-прототипу. На второй стадии процесса в способе /2/ для разделения кюрия и америция используют нитрилотриацетат аммония (НТА) концентрации 20 г/л. Недостатками данного способа являются: – низкая очистка прометия от иттрия, что требует дополнительной операции аффинажа прометия; – недостаточная очистка самария от иттрия; – значительное время проведения процесса из-за низкой скорости движения полосы сорбированных элементов по колонке. Технической задачей изобретения является увеличение степени очистки прометия и самария от иттрия при сохранении степени очистки кюрия и америция от европия, а также в ускорении процесса. Поставленная задача достигается тем, что сорбцию разделяемых элементов из исходного раствора проводят на сильнокислотном сульфокатионите КУ-2 в водородной форме, а элюирование проводят раствором, содержащим 10-20 г/л НТА и 5-30 г/л ДТПА аммония или щелочного металла, через катионит в форме ионов двухвалентных переходных металлов (Ni, Co, Сu, Zn, Cd, Pb, Fe) при температуре 70oС. В данных условиях на выходе из хроматографической колонны зоны выделяемых элементов располагаются четко в следующем порядке: Ni (Zn, Со,… )-(Cm+Am)-Eu-Y-Sm-Pm-Nd. При этом прометий не имеет зоны смешивания с иттрием и обеспечивается достаточная очистка кюрия и америция от европия, а самария и прометия – от иттрия (фиг.2). При элюировании с помощью элюента, содержащего только ДТПА, элементы на выходе располагаются следующим образом: Am-Eu-Sm-(Y+Pm)-Nd При элюировании с помощью НТА: Y-(Am+Eu)-Sm-Pm-Nd Полученный при использовании смеси элюентов ДТПА+НТА порядок расположения зон выделяемых элементов априори не очевиден и не может быть рассчитан из значений констант комплексообразования РЗЭ и ТПЭ с применяемыми в процессе комплексонами, т.к. один из комплексонов, а именно НТА, образует с элементами два вида комплексов MeR и MeR2, соотношение которых может быть различно и зависит от многих причин, которые не могут быть учтены при расчете. При использовании элюента, содержащего НТА <10 г/л или ДТПА>30 г/л, увеличивается проникновение иттрия в зону самария, а затем и прометия и уменьшается степень очистки последних от иттрия. При увеличении содержания НТА в элюирующем растворе более 20 г/л и содержании Д1ПА<5 г/л ухудшается очистка кюрия и америция от европия. Существенным отличительным признаком данного способа является использование элюента, состоящего из смеси комплексонов ДТПА и НТА. Заявленное техническое решение соответствует критерию “существенные отличия”, т. к. его отличительный признак – элюирование смесью комплексонов ДТПА+НТА – не известен в научно-технической литературе. Кроме того, заявленное техническое решение приводит к новому техническому свойству объекта, а именно: изменению порядка вымывания элементов, что в свою очередь приводит к положительному эффекту: повышению степени очистки прометия и самария от иттрия при сохранении степени очистки америция и кюрия от европия и обеспечивает возможность одновременного (одностадийного) выделения нескольких целевых продуктов: кюрий + америций, самарий, прометий. Примеры выполнения способа: Пример 1 (фиг.2): 200 мл исходного раствора состава: азотнокислых солей европия – 2; иттрия – 1,5; самария – 4,5; прометия – 0,025; кюрия и америция -0,25; неодима – 2 мг/мл (по металлу); азотной кислоты – 1 моль/л пропускают через сорбционную колонку (высотой Н=20 см, сечением S=1,2 кв. см), содержащую сильнокислотный сульфокатионит КУ-2 в водородной форме. После проведения операции сорбции к колонке подсоединяют последовательно три разделительные колонки, содержащие катионит КУ-2 в никелевой форме (Н1=Н2=Н3=80 см; S1=0,6; 82= 0,3; S3=0,2 кв. см). Элюирование проводят при температуре 70+-2oС с помощью элюента, содержащего 10 г/л ДТПА и 15 г/л НТА. Результаты разделения приведены на фиг.2 и в таблице. При этом фракция прометия не содержит иттрия, в 1 г самария содержится 0,05 г иттрия, очистка америция и кюрия от европия не ухудшается по сравнению со способом-прототипом. Скорость движения полосы сорбированных элементов по колонке 30 см/ч. Другие примеры на заявленные значения концентраций ДТПА и НТА и солевые формы катионита выполняются так же, как пример 1. Результаты приведены в таблице. Как следует из примеров выполнения способа, преимущества заявленного технического решения перед способом-прототипом заключаются в следующем: – увеличивается степень очистки самария и прометия от иттрия при сохранении степени очистки америция и кюрия от европия (содержание иттрия в самарии менее 0,05 г на 1 г самария, иттрий во фракции прометия не обнаружен; в то время как в эксперименте, выполненном по способу-прототипу, содержание иттрия в прометии 1,5 г иттрия на 1 г прометия, а в самарии – 0,3 г иттрия на 1 г самария), что обеспечивает одновременное выделение трех целевых продуктов: кюрии + америций, самарий и прометий (без проведения дополнительных операций аффинажа); – сокращается время проведения эксперимента по крайней мере в три раза (в 2-3 раза за счет отсутствия операций аффинажа и промывки и примерно в 1,5 раза за счет более быстрого движения полосы сорбированных элементов по колонке). Источники информации 1. Спеддинг, Поуэлл, Уилрайт. Применение меди в качестве удерживающего иона при десорбции редкоземельных элементов растворами этилендиамитетраацетата аммония. – в Сб. Редкоземельные металлы. Под ред. Л.Н. Комиссаровой и В.Е. Плющева. Изд. ИЛ, М., 1957, с.216. 2. Wheelwright E.G., Roberts F.P., The use of alternating ДТПА and HTA cation exchange flowsheets for the simultaneous recovery and purification of Pm, Am, Cm – Report BNWL – 1072, Battele Northwest Laboratory Richlang, July, 1969. Формула изобретения 1. Способ хроматографического разделения редкоземельных и трансплутониевых элементов, включающий сорбцию на сильнокислотном сульфакатионите в водородной форме с последующим элюированием раствором диэтилентриаминпентаацетата аммония через слой сильнокислотного сульфакатионита в форме иона переходного металла, отличающийся тем, что элюирование редкоземельных и трансплутониевых элементов проводят раствором диэтилентриаминпентаацетата, дополнительно содержащим нитрилотриацетат щелочного металла или аммония. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что элюирование ионов редкоземельных и трансплутониевых элементов проводят раствором состава диэтилентриаминпентаацетат щелочного металла или аммония концентрации 5-30 г/л + нитирилотриацетат щелочного металла или аммония концентрации 10-20 г/л при рН 6-8. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфакатионит используется в форме ионов двухвалентных переходных металлов из группы Ni, Co, Сu, Zn, Cd, Pb, Fe. РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
