Экстракция трансплутониевых и редкоземельных элементов циркониевой солью дибутилфосфорной кислоты из азотнокислых растворов

• Автор: Шмидт, Ольга Витальевна
• Шифр специальности: 02.00.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Экстракционные системы для извлечения ТПЭ и РЗЭ из азотнокислых

РАСТВОРОВ

1.1.1. Общие положения

1.1.2. Экстракция нейтральными соединениями

1.1.3. Экстракция аминами

1.1.4. Экстракция кислыми фосфорорганическими соединениями

1.1.5. Другие экстракционные системы

1.1.6. Выбор экстракционной системы

1.2. Экстракционные свойства циркониевых солей диалкилфосфорных кислот и их структура
1.2.1. Влияние элементов на экстракционные свойства алкилфосфорных кислот
1.2.2. Структура соединений циркония с ФОК
1.3. Постановка задачи
2. МЕТОДИКА ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ И РЕАГЕНТОВ
2.1. Методика проведения лабораторных экспериментов
2.2. Условия проведения экспериментов
2.2.1. Влияние способа приготовления раствора 2х на экстракцию ТПЭ и РЗЭ
2.2.2. Влияние времени и температуры на экстракцию ТПЭ и РЗЭ
2.3. Описание многоцелевого стенда центробежных экстракторов
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Исследование экстракционных свойств ДБФК и ее солей по
отношению к РЗЭ и ТПЭ.
3.1.1. Экстракция ТПЭ и РЗЭ с помощью ДБФК из азотнокислых растворов.
3.1.2. Экстракция РЗЭ и ТПЭ солями ДБФК с элементами.
3.1.3. Изотермы экстракции РЗЭ с помощью ЦС ДБФК переменного состава.
3.1.5. Экстракция азотной кислоты раствором ЦС ДБФК.
3.1.6. Изучение состава комплекса ЦС ДБФК с НЫОз и РЗЭ с помощью ИКС.
3.1.7. Обсуждение результатов по разделу 3.1.
3.2. Влияние ТБФ на экстракционные свойства ДБФК и ЦС ДБФК.
3.2.1. Влияние ТБФ на экстракцию РЗЭ и ТПЭ с помощью раствора
ДБФК в ксилоле.
3.2.2. Определение оптимального состава экстракционной системы
на основе солей ДБФК с элементами и с другими металлами.
3.2.3. Изменение изотерм экстракции РЗЭ в присутствии ТБФ.
3.2.4. Межфазное распределение азотной кислоты в экстракционной
системе ЦС ДБФКТБФксилол.
3.2.5. Обсуждение результатов по разделу 3.2.
3.3. Особенности экстракциии ТПЭ и РЗЭ раствором ЦС ДБФК в ТБФ с
предельными углеводородами.
3.3.1. Экстракция ТПЭ и РЗЭ из растворов ШЧОз системой ДБФКТБФдекан.
3.3.2. Экстракционные свойства растворов солей ДБФК с Т, Ъх и Н
3.3.3. Создание базы данных для математического моделирования экстракции РЗЭ и ТПЭ.
3.3.4. Фазовая устойчивость ЦС ДБФК с РЗЭ.
3.3.5. Экстракция азотной кислоты экстрагентом ЦС ДБФК ТБФ декан.
3.3.6. Обсуждение результатов по разделу 3.3.
3.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦС ДБФК ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТПЭ И РЗЭ ИЗ ВЫСОКОАКТИВНОГО
РАФИНАТА 1 ГО ЭКСТРАКЦИОННОГО ЦИКЛА ПЕРЕРАБОТКИ ОЯТ АЭС
3.4.1. Обоснование области практического применения.
3.4.2. Проверка использования ЦС ДБФК в непрерывном процессе.
3.4.3. Стендовые испытания по извлечению и очистке ТПЭ и РЗЭ
в отсутствие Ъх в ВАО.
3.4.4. Лабораторные испытания на реальном растворе
3.4.5. Обсуждение результатов по разделу 3.4.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Тип перерабатываемых отходов предъявляет ряд специфических требований к выбору экстракционной системы и методам ее исследования. Большинство предложенных на сегодняшний день экстракционных систем и методов переработки могут быть в той или иной мере использованы для решения обеих задач, и поэтому, в химическом аспекте их следует рассматривать с единых позиций 1. Следует отметить, что современные методы переработки базируются на использовании экстрагентов несовместимых с ТБФ, а следовательно, аварийное попадание их в I экстракционный цикл Пурекспроцесса потребует сложной регенерации экстрагента. Поэтому поиск ТБФсовместимых экстракционных систем для переработки ВАО представляег огромный практический интерес. В данной работе рассматриваются экстракционные системы, позволяющие выделять ТПЭ из малозаселенных азотнокислых растворов с высоким содержанием экстрагируемых элементов. Вследствие сходства химических свойств РЗЭ и ТПЭ в водных азотнокислых растворах разделение их затруднено 2, и поэтому большинство предлагаемых способов выделения ТПЭ, а именно Ат и Ст, из ВАО предусматривает совместное извлечение их с РЗЭ. В литературном обзоре подробно рассмотрены только тс экстракционные системы, которые позволяют извлекать РЗЭ и ТПЭ из растворов азотной кислоты, являющейся типичной средой для всех стадий жидкостных процессов переработки ОЯТ. Названия основных рассматриваемых экстрагентов и их структурные формулы приведены в Приложении 1. К нейтральным экстрагентам, использующимися для выделения РЗЭ и ТПЭ из ВАО, относятся фосфорорганические соединения ФОС ряда 3 Р 0 3 Р О и азотсодержащие соединения амиды и диамиды 2 , а также смешанные соединения. Нейтральные ФОС являются производными простых оксикислот фосфора, в которых все группы ОН замещены алкильными, арильными или алкоксильными радикалами. В зависимости от числа функциональных групп эти экстрагенты можно разделить на моно и полифункциональные. В монофункциональных МНФОС соединениях катион металла координирует с кислородом фосфорильной группы Р0. Молекула большинства ФОС характеризуется наличием высоким дипольным моментом. Значительная элекгродонорность фосфорильного атома кислорода объясняет большую склонность ФОС координироваться к катионам металлов по донорноакцепторному механизму. Сравнение коэффициентов распределения различных металлов продемонстрировало влияние заместителей в молекуле экстрагента на экстракционную способность, которая растет в ряду фосфаты фосфонаты фосфинаты фосфиноксиды 3. Ст полярность связи Р0 и эффективный заряд на атоме кислорода, что приводит к повышению прочности образующихся сольватов 4. Длина алкильных цепей и их разветвленность также влияют на экстракционную способность в силу различного рода стерических эффектов. На сильно влияет и выбор разбавителя. Одним из широко применяемых в промышленности реагентов для выделения РЗЭ иТПЭ является трибутилфосфатС4Н0зРО. На практике находит применение как чистый 0 ТБФ, так и в смеси с разбавителями. Методами сдвига равновесия и насыщения установлено, что нитраты РЗЭ образуют с нейтральными ФОС, например, с ТБФ дегидратированные трисольваты 5, однако коэффициенты распределения РЗЭ сильно зависят от их концентрации. Азотная кислота при ее концентрации в водной фазе менее 7 мольл экстрагируется неразбавленным ТБФ в негидратированном состоянии. При более высоких концентрациях МЬЮз в органической фазе существуют соединения, в которых на одну молекулу ТБФ приходится более одной молекулы кислоты, а присоединение молекул НЖз происходит путем образования водородных связей 3. При более высокой концентрации НЫОз экстракция происходит в виде комплексной кислоты НпММОзпз 31ЮзРО, причем в случае фосфиноксидов эта тенденция выражена ярче и наблюдается при более низкой кислотности. Промежуточное положение занимают фосфонаты и фосфинаты 6. В таблице 1. РЗЭ 7, Ат 8 и НЮз 9 при экстракции 0 ТБФ из азотнокислых растворов. Коэффициенты распределения нитратов РЗЭ от Ьа до Ей возрастают по мере увеличения порядкового номера РЗЭ вне зависимости от концентрации кислоты и самих РЗЭ в водной фазе табл.