ЭКСТРАКЦИОННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ АКТИНИДОВ ИЗ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
EXTRACTION MIXTURE FOR SEPARATING ACTINIDES FROM LIQUID RADIOACTIVE WASTES

Предлагаемое изобретение относится к процессам извлечения и концентрирования радионуклидов и может быть использовано в радиохимических технологиях при переработке жидких радиоактивных отходов. В современных процессах ядерного топлива образуются радиоактивные отходы различного состава. Одной из наиболее сложных химических задач является отделение минорных актинидов (америций, кюрий) от сопутствующих продуктов деления - редкоземельных металлов (от лантана до тербия) и иттрия.
Известен способ отделения америция и кюрия от редкоземельных элементов с помощью экстракционной смеси на основе диалкилфосфорных кислот - TALSPEAK - процесс (M. Nilsson, K.L. Nash // Solv. Extr. Ion Exch., 2007, V.25, N 6, 665-701).
Известен способ разделения америция и кюрия от редкоземельных элементов с помощью экстракционной смеси на основе карбамоилфосфиноксидов - SETFICS-процесс (Y. Koma, M. Watanabe, S. Nemoto, Y. Tanaka // Solv. Extr. Ion Exch., 1998, V.16, N 6, 1357-1367).
Известен также способ выделения и разделения актинидов с помощью экстракционноых смесей на основе амидов кислот и различных комплексонов (M. Miguirditchian, P. Baron, US Patent application 2011/0002823, Jan. 6, 2011, RU 2009119466 10.12.2010)
Известен также способ отделения америция от РЗЭ с помощью сложной схемы с использованием экстракционной смеси на основе на основе диамидов малоновой кислоты и дигексилфосфорной кислоты - заявка РФ №2008145593 от 27.05.2010., БИ №15
Недостатками указанных экстракционных смесей, использованных для отделения актинидов от редкоземельных элементов, является сложность технологической схемы, невысокие коэффициенты разделения америция и кюрия от европия и гадолиния, высокие содержания комплексонов в реэкстракте.
Известны способы отделения америция от редкоземельных элементов с помощью экстракционных смесей на основе полиазотсодержащих гетероциклических соединений различной структуры (С. Hill Overview of Recent Advances in An (III)/Ln (III) Separation by Solvent Extraction, in "Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances", V.19, Editor: B.A. Moyer, pp 119-193).
Недостатками известных экстракционных смесей на основе полиазотсодержащих гетероциклических соединений является либо возможность их использования только в области низких концентраций азотной кислоты, либо невысокая химическая устойчивость, либо слабая растворимость в органических разбавителях. Указанные недостатки препятствуют применению указанных экстракционных систем в радиохимической технологии.
Наиболее близкой к предлагаемой экстракционной смеси является экстракционная смесь, предложенная для совместного извлечения долгоживущих акгинидов (C. Marie, M. Miguirditchian, et al., WO 2011/009814, 27.01.2011), которая была выбрана в качестве прототипа.
По способу-прототипу азотнокислый раствор, содержащий актиниды, контактируют с экстракционной смесью, представляющую собой раствор N,N,N',N'-тетра алкил-6,6''-(2,2':6',2''-терпиридин)диамида (рисунок 1) в растворителе. В качестве растворителя использовались н-октанол, нитробензол и их смеси с углеводородами.
Недостатком предлагаемой в способе экстракционной смеси является низкая экстракционная способность по отношению америцию, кюрию (коэффициенты распределения не превышают значения 0,3 даже для раствора, содержащего 1 моль/л экстрагента. Коэффициенты распределения урана также очень невелики - менее единицы. Таким образом, по прототипу можно извлечь из смеси актинидов (или из раствора облученного топлива) только плутоний.
Задачей изобретения является обеспечение в одном экстракционном цикле совместного извлечения актинидов и отделения их от основной массы редкоземельных элементов и других продуктов деления.
Поставленная задача достигается использованием в качестве экстракционной смеси замещенных диамидов дипиридилдикарбоновой кислоты (рисунок 2) в полярном фторорганическом разбавителе при следующем соотношении компонентов, моль/л:
экстрагент
- 0,03-0,15
разбавитель
- остальное
В качестве разбавителей используют следующие соединения: нитробензотрифторид, фенилтрифторметилсульфон, бис-тетрафторпропиловый эфир диэтиленгликоля.
Предлагаемые примеры иллюстрируют возможности применения экстрагента.
Пример 1
Раствор, содержащий 0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде, контактируют с раствором, содержащим 3 мол./л азотной кислоты, редкоземельные элементы, некоторые другие продукты деления и индикаторные количества америция-241. Состав раствора приведен в таблице 1. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Данные приведены в таблице 2.
Таблица 1
Состав раствора
Металл
Концентрация, мг/л
Fe
5,6
Mo
9,6
Zr
9,1
Sr
8,7
La
13,9
Ce
14,0
Pr
14,1
Nd
14,4
Sm
15,0
Eu
15,2
Gd
15,7
Tb
15,9
Dy
16,3
Ho
16,4
Er
16,7
Tm
16,9
Yb
17,3
Lu
17,5
Таблица 2
Экстракция америция и продуктов деления из раствора 3 мол./л азотной кислоты. Органическая фаза - 0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде
Металл
D
D<sub>Am</sub>/D<sub>Me</sub>
Металл
D
D<sub>Am</sub>/D<sub>Me</sub>
Am
9,3
-
Ho
0,29
32
La
0,81
12
Er
0,26
36
Ce
0,61
15
Tm
0,21
44
Pr
0,57
16
Yb
0,18
52
Nd
0,63
15
Lu
0,15
63
Sm
0,64
15
Fe
0,06
164
Eu
0,52
18
Mo
0,02
387
Gd
0,30
31
Sr
<0,01
>900
Tb
0,37
25
Zr
0,44
21
Dy
0,34
28
Пример 2
Раствор, содержащий 0,1 моль/л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде, контактируют с раствором, содержащим уранилнитрат и азотную кислоту. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения урана. Данные приведены в таблице 3.
Таблица 3
Экстракция урана в зависимости от концентрации азотной кислоты. Органическая фаза - 0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде
Концентрация азотной кислоты, мол./л
Коэффициент распределения урана
0,01
0,2
0,1
0,32
0,5
1,3
1,0
14
2,0
180
3,0
>400
Пример 3
-4
Раствор, содержащий азотную кислоту, 10 мол./л нитрата европия и индикаторные количества америция-241 и европия -152, контактируют с раствором в диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в метанитробензотрифториде. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Коэффициенты распределения приведены в таблице 4.
Таблица 4
Экстракция америция и европия из азотной кислоты раствором диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в метанитробензотрифториде.
Концентрация Dyp-7, мол./л
Экстракция из 5 мол./л азотной кислоты
Экстракция из 3 мол./л азотной кислоты
D<sub>Am</sub>
D<sub>Eu</sub>
D<sub>Am</sub>
D<sub>Eu</sub>
0,02
1,9
0,22
-
-
0,04
4,9
0,45
1,6
0,18
0,05
6,7
0,59
2,0
0,2
0,06
12
0,72
2,3
0,25
0,08
18
1,3
2,9
0,3
0,10
45
1,9
5,2
0,52
Пример 4
Раствор, содержащий 0.1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде, контактируют с раствором, содержащим нитрат плутония (IV) - и азотную кислоту. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения урана. Данные приведены в таблице 5.
Таблица 5
Экстракция плутония (IV) в зависимости от концентрации азотной кислоты. Органическая фаза - 0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в мета-нитробензотрифториде
Концентрация азотной кислоты, мол./л
Коэффициент распределения плутония (IV)
0,5
1,3
1,0
8.9
2,0
20
3,0
34
5,0
22
Пример 5
Раствор, содержащий 0,1 мол./л диэтил ди(пара-этил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в нитробензотрифториде, контактируют с раствором, содержащим уранилнитрат (1,9 ммол./л по металлу), нитрат плутония (IV), америция (III), европия (III) в 3 мол./л азотной кислоте. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Коэффициент распределения для урана составил >150, для плутония (IV) - 74, америция (III) - 12, европия - 1,2.
Пример 6
Органический раствор из примера 5 (содержащий уран, плутоний, америций) контактируют с раствором 1 мол./л азотной кислоты. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Коэффициент распределения для урана составил 20, для плутония (IV) - 10, америция (III) - 0,2, европия - 0,03. Таким образом, при изменении концентрации кислоты в водной фазе можно отделить америций от плутония и урана на стадии реэкстракции.
Пример 7
Растворы содержащие, 0,01-0,1 мол./л диэтил ди(пара-гексил фенил)диамида дипиридилдикарбоновой кислоты в фенилтрифторметилсульфоне, контактируют с раствором, содержащим нитраты америция (III) и европия (III) в 3 мол./л азотной кислоте. Фазы разделяют и определяют коэффициенты распределения металлов. Данные приведены на рисунке 3.
Таким образом, показано, что по сравнению со способом-прототипом предлагаемая экстракционная смесь позволяет извлечь уран, плутоний и америций совместно и отделить их от основной массы редкоземельных элементов и других продуктов деления, а также разделить актиниды на стадии реэкстракции.