Спосіб розділення цирконію та гафнію у сульфатних розчинах з використанням безперервної іонообмінної хроматографії

Є ще 7 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Безперервний спосіб розділення та очищення цирконію та гафнію, який включає:

(a) приготування вихідного водного сульфатного розчину сульфатних комплексів цирконію та гафнію;

(b) введення згаданого вихідного водного сульфатного розчину в іонообмінну хроматографічну колонку безперервної дії, яка містить у собі аніонообмінну смолу;

(c) введення елюювального водного сульфатного розчину в згадану колонку для елюювання згаданого вихідного водного сульфатного розчину з аніонообмінної смоли; і

(d) збирання окремо практично чистої фракції цирконію, практично чистої фракції гафнію і щонайменше однієї фракції відходів зі згаданої колонки.

2. Спосіб за п.1, в якому приготування згаданого вихідного водного сульфатного розчину на стадії (а) включає:

(і) хлорування сировинного цирконієвого піску, який містить цирконій і гафній, у присутності вуглецю при підвищеній температурі для одержання неочищеної фракції тетрахлориду цирконію і тетрахлориду гафнію;

(іі) розчинення неочищеної фракції тетрахлориду цирконію і тетрахлориду гафнію у розбавленому розчині сірчаної кислоти для одержання неочищеного водного розчину оксихлориду цирконію і оксихлориду гафнію;

(ііі) осадження згаданого неочищеного розчину оксихлориду цирконію і оксихлориду гафнію у концентрованому розчині сірчаної кислоти для одержання неочищеної фракції сульфату цирконію і сульфату гафнію; та

(iv) розчинення згаданої неочищеної фракції сульфату цирконію і сульфату гафнію у розбавленому розчині сірчаної кислоти для одержання згаданого вихідного водного сульфатного розчину.

3. Спосіб за п.2, в якому стадію розчинення (іі) здійснюють при температурі приблизно від 0°С до 5°С з метою послаблення реакцій співполімеризації цирконію з гафнієм.

4. Спосіб за п.3, в якому розбавлена сірчана кислота на стадії розчинення (іі) має концентрацію приблизно від 0,5М до 2М, і її додають повільно для послаблення розбризкування в процесі виділення газоподібного хлороводню.

5. Спосіб за п.2, в якому стадію осадження (ііі) здійснюють при температурі приблизно від 5°С до температури навколишнього середовища.

6. Спосіб за п.5, в якому концентрована сірчана кислота для осадження згаданої фракції сульфату цирконію і сульфату гафнію з розчину на стадії осадження (ііі) має концентрацію приблизно 6М або вище.

7. Спосіб за п.2, в якому розбавлена сірчана кислота на стадії розчинення (iv) має концентрацію приблизно від 2М до 4М.

8. Спосіб за п.7, в якому розбавлена сірчана кислота на стадії розчинення (iv) має концентрацію приблизно від 2М.

9. Спосіб за п.1, в якому водний сульфатний елюент на стадії (с) містить сірчану кислоту.

10. Спосіб за п.9, в якому концентрація сірчаної кислоти у водному сульфатному елюенті становить приблизно від 1 до 4М.

11. Спосіб за п.10, в якому концентрація H2SО4 у водному сульфатному елюенті становить приблизно від 1М до 2М для елюювання гафнію і приблизно від 3М до 4М для елюювання цирконію.

12. Спосіб за п.1, в якому вміст гафнію у фракції цирконію на стадії збирання (d) з метою одержання матеріалів ядерної чистоти становить менше 50 частин на мільйон.

13. Спосіб за п. 1, який додатково включає:

(e) обробку окремо фракції цирконію та окремо фракції гафнію для одержання металічного цирконію ядерної чистоти та металічного гафнію ядерної чистоти;

(f) зменшення об'єму фракції відходів для видалення; і

(g) рециркуляцію елюенту для повторного використання на стадії (с).

14. Спосіб за п.1, який додатково включає:

е) хроматографічну обробку окремо фракції цирконію та окремо фракції гафнію для одержання ізотопно збагачених цирконію та гафнію ядерної чистоти.

15. Спосіб за п.1, який додатково включає роботу з колонкою, вихідними водними сульфатними розчинами та елюювальними водними сульфатними розчинами при температурі приблизно від 0°С до 5°С.

16. Безперервний спосіб розділення та очищення цирконію та гафнію, який включає:

a) приготування вихідного водного сульфатного розчину іонів цирконію та гафнію;

b) введення зазначеного вихідного водного сульфатного розчину в аніонообмінну смолу, яка знаходиться в іонообмінній хроматографічній колонці безперервної дії кільцевого хроматографа безперервної дії;

c) введення елюювального водного сульфатного розчину в аніонообмінну смолу для елюювання вихідного водного сульфатного розчину з іонообмінної хроматографічної колонки;

d) обертання кільцевого хроматографа безперервної дії при здійсненні стадій (b) і (с) в процесі проходження вихідного сульфатного розчину та елюювального водного сульфатного розчину через аніонообмінну смолу;

e) збирання окремо фракції гафнію, фракції цирконію і щонайменше однієї фракції відходів в окремих місцях збирання у кільцевому хроматографі безперервної дії;

f) обробку окремо фракції цирконію та окремо фракції гафнію для одержання цирконію ядерної чистоти та гафнію ядерної чистоти; і

g) рециркуляцію водного сульфатного елюенту для повторного використання на стадії (с).

17. Спосіб за п.16, який додатково включає:

h) збирання змішаної фракції цирконію і гафнію, введення згаданої змішаної фракції в аніонообмінну смолу на стадії (b) і повторення стадій (с)-(g).

18. Спосіб за п.17, який додатково включає:

(і) збирання окремо фракції продукту у місці збирання між фракцією цирконію та фракцією гафнію; і

j) рециркуляцію згаданої фракції продукту для повторного використання на стадії (b).

19. Спосіб за п.16, в якому згадана стадія (с) елюювання є градієнтним елююванням.

20. Спосіб за п.16, який здійснюється за одне проходження через кільцевий хроматограф безперервної дії стадії (b).

Текст

Дивитися

1 Безперервний спосіб розділення та очищення цирконію та гафнію, який включає (a) приготування вихідного водного сульфатного розчину сульфатних комплексів цирконію та гафнію, (b) введення згаданого вихідного водного сульфатного розчину в іонообмінну хроматографічну колонку безперервної дії, яка містить у собі аніонообмінну смолу, (c) введення елюювального водного сульфатного розчину в згадану колонку для елюювання згаданого вихідного водного сульфатного розчину з аніонообмінної смоли, і (d) збирання окремо практично чистої фракції цирконію, практично чистої фракції гафнію і щонайменше однієї фракції ВІДХОДІВ зі згаданої колонки 2 Спосіб за п 1, в якому приготування згаданого вихідного водного сульфатного розчину на стадії (а) включає (і) хлорування сировинного цирконієвого піску, який містить цирконій і гафній, у присутності вуглецю при підвищеній температурі для одержання неочищеної фракції тетрахлориду цирконію і тетрахлориду гафнію, (м) розчинення неочищеної фракції тетрахлориду цирконію і тетрахлориду гафнію у розбавленому розчині сірчаної кислоти для одержання неочищеного водного розчину оксихлориду цирконію і ок сихлориду гафнію, (їм) осадження згаданого неочищеного розчину оксихлориду цирконію і оксихлориду гафнію у концентрованому розчині сірчаної кислоти для одержання неочищеної фракції сульфату цирконію і сульфату гафнію, та (iv) розчинення згаданої неочищеної фракції сульфату цирконію і сульфату гафнію у розбавленому розчині сірчаної кислоти для одержання згаданого вихідного водного сульфатного розчину 3 Спосіб за п 2, в якому стадію розчинення (м) здійснюють при температурі приблизно від 0°С до 5°С з метою послаблення реакцій співполімеризації цирконію з гафнієм 4 Спосіб за п 3, в якому розбавлена сірчана кислота на стадії розчинення (м) має концентрацію приблизно від 0,5М до 2М, і м додають повільно для послаблення розбризкування в процесі виділення газоподібного хлороводню 5 Спосіб за п 2, в якому стадію осадження (їм) здійснюють при температурі приблизно від 5°С до температури навколишнього середовища 6 Спосіб за п 5, в якому концентрована сірчана кислота для осадження згаданої фракції сульфату цирконію і сульфату гафнію з розчину на стадії осадження (мі) має концентрацію приблизно 6М або вище 7 Спосіб за п 2, в якому розбавлена сірчана кислота на стадії розчинення (iv) має концентрацію приблизно від 2М до 4М 8 Спосіб за п 7, в якому розбавлена сірчана кислота на стадії розчинення (iv) має концентрацію приблизно від 2М 9 Спосіб за п 1, в якому водний сульфатний елюент на стадії (с) містить сірчану кислоту 10 Спосіб за п 9, в якому концентрація сірчаної кислоти у водному сульфатному елюенті становить приблизно від 1 до 4М 11 Спосіб за п 10, в якому концентрація H2SO4 у водному сульфатному елюенті становить приблизно від 1М до 2М для елюювання гафнію і приблизно від ЗМ до 4М для елюювання цирконію 12 Спосіб за п 1, в якому вміст гафнію у фракції цирконію на стадії збирання (d) з метою одержання матеріалів ядерної чистоти становить менше 50 частин на мільйон 13 Спосіб за п 1, який додатково включає О 00 48979 (є) обробку окремо фракції цирконію та окремо фракції гафнію для одержання металічного цирконію ядерної чистоти та металічного гафнію ядерної чистоти, (f) зменшення об'єму фракції ВІДХОДІВ ДЛЯ видалення, і (д) рециркуляцію елюенту для повторного використання на стадії (с) 14 Спосіб за п 1, який додатково включає є) хроматографічну обробку окремо фракції цирконію та окремо фракції гафнію для одержання ізотопно збагачених цирконію та гафнію ядерної чистоти 15 Спосіб за п 1, який додатково включає роботу з колонкою, вихідними водними сульфатними розчинами та елюювальними водними сульфатними розчинами при температурі приблизно від 0°С до 5°С 16 Безперервний спосіб розділення та очищення цирконію та гафнію, який включає a) приготування вихідного водного сульфатного розчину ІОНІВ цирконію та гафнію, b) введення зазначеного вихідного водного сульфатного розчину в аніонообмінну смолу, яка знаходиться в іонообмінній хроматографічній колонці безперервної дії кільцевого хроматографа безперервної дії, c) введення елюювального водного сульфатного розчину в аніонообмінну смолу для елюювання вихідного водного сульфатного розчину з іонооб Винахід стосується, взагалі, галузі процесів розділення елементів, а також процесів розділення ІЗОТОПІВ і, більш конкретно, способів та систем для безперервного часткового або повного розділення та очищення цирконію (Zr) і гафнію (Hf) з метою одержання металічного цирконію ядерної чистоти та металічного гафнію ядерної чистоти Цей винахід стосується також способу та системи безперервного часткового або повного відділення ІЗОТОПІВ цирконію та гафнію або від сировинних цирконієвих мінералів, або від розділених та очищених розчинів цирконію та гафнію, одержаних після процесів розділення елементів, з метою одержання ізотопно збагачених металічного цирконію ядерної чистоти та металічного гафнію ядерної чистоти Ще більш конкретно, цей винахід стосується вдосконалених процесів розділення та очищення цирконію та гафнію, де цирконій та гафній розділяють та очищають за одну операцію за допомогою безперервної іонообмінної хроматографії з використанням сульфатних вихідних розчинів як вихідної (сировинної) суміші, сульфатних елюювальних розчинів як рухомої фази та аніонообмінних смол як стаціонарної фази Цей винахід стосується хроматографічної переробки цирконію з метою відділення його від гафнію та для доведення до мінімуму його перерізу захоплення теплових нейтронів шляхом зміни його природного стану з підвищенням таким чином його придатності для використання як покриття паливних стрижнів ядерних реакторів Винахід також мінної хроматографічної колонки, d) обертання кільцевого хроматографа безперервної дії при здійсненні стадій (Ь) і (с) в процесі проходження вихідного сульфатного розчину та елюювального водного сульфатного розчину через аніонообмінну смолу, є) збирання окремо фракції гафнію, фракції цирконію і щонайменше однієї фракції ВІДХОДІВ В окремих місцях збирання у кільцевому хроматографі безперервної дії, f) обробку окремо фракції цирконію та окремо фракції гафнію для одержання цирконію ядерної чистоти та гафнію ядерної чистоти, і д) рециркуляцію водного сульфатного елюенту для повторного використання на стадії (с) 17 Спосіб за п 16, який додатково включає п) збирання змішаної фракції цирконію і гафнію, введення згаданої змішаної фракції в аніонообмінну смолу на стадії (Ь) і повторення стадій (с)-(д) 18 Спосіб за п 17, який додатково включає (і) збирання окремо фракції продукту у МІСЦІ збирання між фракцією цирконію та фракцією гафнію, і j) рециркуляцію згаданої фракції продукту для повторного використання на стадії (Ь) 19 Спосіб за п 16, в якому згадана стадія (с) елюювання є градієнтним елююванням 20 Спосіб за п 16, який здійснюється за одне проходження через кільцевий хроматограф безперервної дії стадії (Ь) стосується хроматографічної переробки гафнію для відділення його від цирконію та для доведення до максимуму його перерізу захоплення теплових нейтронів шляхом зміни його природного стану з підвищенням таким чином його придатності для використання як матеріалу регулювальних стрижнів ядерних реакторів ВІДПОВІДНО, спосіб та система згідно з цим винаходом підвищують СТІЙКІСТЬ цирконію та гафнію як конструкційних матеріалів внутрішніх вузлів ядерних реакторів Історично, металічний цирконій використовують, головним чином, як конструкційний матеріал для внутрішніх вузлів ядерних реакторів, наприклад, як покриття паливних стрижнів, виготовлених з оксиду урану Покриття паливних стрижнів забезпечує в першу чергу зовнішню металічну оболонку, яка, як правило, охоплює паливний елемент і служить, inter aha, для запобігання корозії ядерного палива та виходу продуктів поділу в охолоджувальний контур Інші привабливі застосування металічний цирконій знаходить при виготовленні корозійно-стійкого обладнання для ХІМІЧНИХ процесів та високоякісної кераміки у вигляді оксидів Матеріали для використання у ядерних реакторах добирають, поряд з іншими властивостями, зокрема, за їх перерізом захоплення теплових нейтронів Цирконій добирають для застосування в ядерній енергетиці, поряд з іншими властивостями, завдяки його низькому перерізу захоплення теплових нейтронів (приблизно, 0,18 барн), високій ковкості, високій СТІЙКОСТІ до радіаційного пошко 48979 дження та чудовій корозійній СТІЙКОСТІ у гарячій воді під тиском при температурах приблизно до 350°С Цирконій з природним розподілом ІЗОТОПІВ має низький середній переріз захоплення теплових нейтронів, що є бажаним для певних матеріалів ядерних реакторів Природні ізотопи цирконію наведено у Таблиці 1 Таблиця 1 Природні ізотопи цирконію Ізотоп Zr yu Zr y i Zry^ Zry4 ZryD Переріз захоплення Розповсюдженість, теплових нейтронів, % барн (10 28 м 2 ) 51,45 0,03 11,32 1,14 17,49 0,21 17,28 0,055 2,76 0,020 Однак існує постійна зацікавленість щодо зменшення тенденції цирконію ядерної чистоти до поглинання теплових нейтронів, спричиненої його забрудненням непрозорим для нейтронів гафнієм Чим більше прозорими для теплових нейтронів є конструкційні матеріали внутрішніх вузлів ядерного реактору, тим ефективніше функціонує ядерний реактор, оскільки певна КІЛЬКІСТЬ ЦИХ теплових нейтронів є необхідною для підтримки реакцій поділу, які запускаються нейтронами ВІДПОВІДНО, переріз захоплення теплових нейтронів конструкційних матеріалів внутрішніх вузлів ядерного реактору, наприклад, цирконію, бажано зменшувати Початкові зусилля по зменшенню перерізу захоплення теплових нейтронів цирконієм були спрямовані на відділення цирконію від гафнію, які, до речі, є найважчими для розділення елементами періодичної таблиці Ці два елементи, цирконій та гафній, у природних умовах зустрічаються спільно, однак гафній має значно більший переріз захоплення теплових нейтронів (майже у 600 разів більший від цирконію) Таким чином, відділення цирконію від гафнію дає можливість виготовлення цирконію ядерної чистоти зі зниженим середнім перерізом захоплення теплових нейтронів завдяки видаленню гафнію ВІДОМІ на сьогодні промислові процеси виготовлення цирконію ядерної чистоти є різновидами процесів екстрагування розчинниками, де цирконієвий пісок перетворюють у металічний цирконій шляхом дещо задовгої ПОСЛІДОВНОСТІ стадій Цей процес екстрагування потребує застосування органічних розчинників, як правило, гексонового розчинника, та різних водних розчинів, у тому числі хлористоводневої кислоти Від цирконію слід ВІДДІЛЯТИ гафній, який є ХІМІЧНО подібним до цирконію Для цієї мети звичайно використовують систему розчинників, що включає гексоновий розчинник, тюціанат та хлористоводневу кислоту, процес потребує низки окремих стадій екстрагування, а також окремих розділювальних колонок Цирконій, органічний розчинник та тюціанат, виділені на стадії відділення гафнію, звичайно піддають додатковій обробці для забезпечення виділення з системи максимально можливої КІЛЬКОСТІ цирконію У більшості процесів екстрагування розчинниками цирконій на кінцевій стадії виділяють у формі чистого оксиду цирконію (ZrO2) У розповсюдженому промисловому процесі оксид цирконію потім хлорують для одержання тетрахлориду цирконію (ZrCU), який очищають і піддають відновленню за Кроллом для одержання металічного цирконію, придатного для використання в ядерній енергетиці Водні та органічні рідини, які використовують у цьому процесі, як правило, містять відходи металів та ІНШІ матеріали, які слід ВІДПОВІДНИМ чином видаляти Одним зі способів обробки цих рідких ВІДХОДІВ є вміщення їх у басейниВІДСТІЙНИКИ для подальшої обробки та очищення Однак подібне рішення щодо поводження з відходами стає все більш неприйнятним, особливо внаслідок того, що федеральні закони та закони штатів щодо видалення ВІДХОДІВ стають все більш жорсткими Процеси екстрагування розчинниками забезпечують ефективне відділення цирконію від гафнію з одержанням цирконію необхідної якості для використання у ядерних реакторах і взагалі в ядерній промисловості Проте, підвищене занепокоєння суспільства, наукової спільноти та законодавчих органів, викликане відходами, які утворюються в разі застосування процесів екстрагування розчинниками, примусило ядерну промисловість до розроблення альтернативних способів приготування цирконію, які не викликають подібного занепокоєння з точки зору поводження з відходами На додаток до вищезгаданих процесів екстрагування розчинниками, було запропоновано ІНШІ процеси розділення цирконію та гафнію В результаті недавніх досліджень було запропоновано практичні з економічної точки зору способи відділення цирконію від гафнію, а також розділення ІЗОТОПІВ цирконію та гафнію за допомогою безперервної іонообмінної хроматографії в стаціонарному режимі на кільцевому хроматографі безперервної дм (КХБД), як описано, наприклад, у патентах США №5,023,061 (Снайдер (Snyder) та ІНШІ), №5,024,749 (Снайдер та ІНШІ), №5,098,676 (Лі (Lee) та ІНШІ), №5,110,566 (Снайдер та ІНШІ), №5,112,493 (Снайдер та ІНШІ) та №5,174,971 (Снайдер та ІНШІ) У вищезгаданих патентах описано безперервні способи та системи для одночасного відділення та очищення цирконію від гафнію та/або одночасного виділення ІЗОТОПІВ цирконію з низьким перерізом захоплення теплових нейтронів та ІЗОТОПІВ гафнію з високим перерізом захоплення теплових нейтронів, які містяться у природних елементах у досить значних кількостях, за одну стадію Хоча кожний з цих способів є придатним до технічного втілення, вони не дають можливості оптимізувати процес стосовно до підвищення ефективності, зменшення утворення ВІДХОДІВ та зниження експлуатаційних витрат Необхідними є спосіб та система хроматографічного відділення цирконію від гафнію за одну стадію з застосуванням оптимізованих параметрів процесу, придатні для операцій промислового масштабу У минулому промислово прийнятні способи розділення цирконію та гафнію на КХБД з використанням сировинних водних хлорид них вихідних 48979 розчинів, одержаних шляхом гідролізу продуктів карбохлорування цирконієвого піску, а також водних хлоридних або сульфатних розчинів для елюювання в комбінації з катюно- або аніонообмінними смолами, не виправдали надій Одержати на КХБД цирконій зі вмістом менше 50 частин на мільйон [Hf] у [Zr], концентрації цирконію вище 15г/л [Zr] та вихід продукту приблизно 90% з використанням сировинних водних хлоридних вихідних розчинів виявилося неможливим Потрібен вдосконалений спосіб та система для безперервного відділення та очищення цирконію від гафнію, а також, у разі потреби, для безперервного та селективного збагачення ІЗОТОПІВ цирконію та гафнію для одержання матеріалів ядерної чистоти за допомогою безперервних іонообмінних хроматографічних способів розділення в стаціонарному режимі, а також вдосконалених вихідних розчинів та розчинів для елюювання та вдосконалення умов роботи КХБД, що забезпечить істотне підвищення чистоти продукту, концентрації та виходу, а також виключення видалення рідких ВІДХОДІВ та органічних реагентів ВІДПОВІДНО, цей винахід спрямовано на вдосконалення технології з метою підвищення загальної якості одержуваних матеріалів ядерної чистоти з точки зору підвищення ефективності очищення, підвищення виходу, спрощення схеми процесу, скорочення експлуатаційних витрат, зменшення утворення ВІДХОДІВ тощо Метою цього винаходу є створення вдосконаленого безперервного іонообмінного хроматографічного способу та системи для розділення та очищення в стаціонарному режимі сировинних цирконієвих мінералів на фракції цирконію та гафнію та/або на окремі фракції їх ІЗОТОПІВ, ЯКІ забезпечують підвищену чистоту, концентрацію та вихід цирконію та гафнію ядерної чистоти у фракціях продукту, а також зменшення утворення ВІДХОДІВ та скорочення експлуатаційних витрат у порівнянні з попередніми способами та системами Іншою метою цього винаходу є створення вдосконаленого способу та системи для відділення та очищення цирконію від гафнію за допомогою безперервного іонообмінного хроматографічного способу в стаціонарному режимі на основі сульфатних розчинів з використанням водних комплексних вихідних розчинів сульфату металічного цирконію (який містить також гафній) як вихідної суміші, водних сульфатних елюювальних розчинів як рухомої фази, та розділенням матеріалів на аніонообмінних смолах, які використовують як стаціонарну фазу Згідно З ОДНИМ З аспектів, цей винахід пропонує безперервний спосіб та систему для відділення та очищення цирконію та гафнію, які характеризуються такою сукупністю операцій (А) приготування сировинного водного сульфатного вихідного розчину ІОНІВ цирконію та гафнію, (В) введення сульфатного вихідного розчину в іонообмінну хроматографічну колонку безперервної дії, яка містить у собі аніонообмінну смолу, (С) введення водного сульфатного елюювального розчину в колонку з метою елюювання сульфатного вихідного розчину з аніонообмінної смоли, і (D) роздільне збирання щонайменше однієї окремої фракції ВІДХОДІВ, практично чистої фракції цирко 8 нію і практично чистої фракції гафнію Спосіб та система можуть також додатково характеризуватись такими операціями (Е) окрема обробка фракції цирконію та фракції гафнію для одержання металічного цирконію та металічного гафнію ядерної чистоти, (F) зменшення об'єму фракцій ВІДХОДІВ для видалення, (G) рециркуляція елюювального розчину для повторного використання на етапі (С), та (Н) подальша рециркуляція змішаної фракції цирконію та гафнію для повторного використання на стадії (В) Спосіб та система згідно з цим винаходом можуть також додатково характеризуватись такими операціями (І) окрема обробка відділених та очищених фракцій цирконію та гафнію зі стадії (D) для одержання ізотопно збагачених цирконію та гафнію ядерної чистоти Спосіб переважно здійснюють безперервно в стаціонарному режимі, і особлива перевага віддається його здійсненню в кільцевому хроматографі безперервної дії (КХБД) Спосіб може також здійснюватись при зниженій температурі у діапазоні приблизно від 0°С до 5°С з метою додаткового поліпшення розділення цирконію та гафнію Перевага віддається використанню як вихідної суміші водного розчину аніонів, основу якого складає суміш цирконію та гафнію у формі сульфатів Перевага віддається використанню як рухомої фази, або елюенту, водного кислотного розчину у формі сульфату, переважно, сірчаної кислоти Перевага віддається використанню аніонообмінної смоли як стаціонарної фази Згідно З ІНШИМ аспектом, цей винахід пропонує вдосконалений спосіб одержання з сировинних цирконієвих мінералів водних сульфатних вихідних розчинів ІОНІВ цирконію та гафнію, які використовують як сировину для іонообмінного хроматографічного процесу На малюнках представлені як приклади деякі варіанти втілення цього винаходу, яким віддається перевага на цей час Слід розуміти, що цей винахід не обмежується варіантами втілення, розкритими як приклади, і може варіюватись у межах ідеї та обсягу формули винаходу, яка додається На рисунках Фіг 1 графічно представляє ідеалізований порядок елюювання хлоридних комплексів цирконію та гафнію на аніонообмінній смолі, Фіг 2 графічно представляє ідеалізований порядок елюювання сульфатних комплексів цирконію та гафнію на аніонообмінній смолі, Фіг 3 графічно представляє ідеалізовану картину впливу присутності хлориду у системах на основі сульфатів на порядок елюювання цирконію та гафнію, який перешкоджає повному розділенню цирконію та гафнію, на Фіг 4 показана принципова схема способу та системи розділення цирконію та гафнію згідно з цим винаходом, на Фіг 5 показано перспективний вид збоку кільцевого хроматографу безперервної дії (КХБД) з частковим розрізом для демонстрації кільцевої хроматографічної розділювальної колонки, придатної для використання у способі та системі розділення цирконію та гафнію згідно з цим винаходом, і Фіг 6 - вид у вертикальному розрізі кільцевого 48979 хроматографу безперервної дм (КХБД), придатного для використання у способі та системі розділення цирконію та гафнію згідно з цим винаходом Цей винахід пропонує як спосіб, так і систему для безперервного розділення та очищення елементів цирконію (Zr) та гафнію (Hf) з сировинних цирконієвих мінералів, які містять домішки гафнію, за одну стадію в кільцевому хроматографі безперервної дії (КХБД) Розділені та очищені цирконій та гафній можна після цього використовувати як конструкційні матеріали ядерної чистоти для ядерних реакторів Ці продукти можна також використовувати як ВИХІДНІ матеріали для подальшого розділення у КХБД або одночасно на тій же самій стадії, або послідовно на ІНШІЙ стадії з метою ізотопного збагачення розділених та очищених цирконію та гафнію Спосіб та система згідно з цим винаходом, зокрема, поліпшують безперервне іонообмінне хроматографічне відділення у стаціонарному режимі (1 ) цирконію від гафнію та, у разі потреби, (2) ізотопне збагачення цирконію та гафнію у КХБД з використанням для розділення сульфатних розчинів, що забезпечує підвищення чистоти, концентрацій та виходів продуктів, а також зменшення КІЛЬКОСТІ ВІДХОДІВ, що уможливлює застосування хроматографічного процесу у промислових масштабах як засобу відділення цирконію від гафнію Вибір систем на основі сульфатів забезпечує переваги над системами на основі хлоридів, до яких належить підвищена розчинність металу при вищих концентраціях сульфатного (наприклад, H2SO4) елюенту, у порівнянні з хлоридним (наприклад, НСІ) елюентом, підвищені коефіцієнти розділення у сульфатних системах (приблизно 7), порівняно з хлоридними системами (приблизно 1,3), більша СТІЙКІСТЬ сировинних комплексів металів цирконію та гафнію у формі сульфатів, видалення домішок металів під час приготування вихідного розчину перед розділенням, прискорена кінетика розділення, скорочений час затримання у КХБД, менший корозійний ефект сульфатів (наприклад, H2SO4) у порівнянні до хлоридів (наприклад, НСІ) та ІНШІ, такі переваги не обмежені переліченими вище У попередніх спробах поліпшення відділення цирконію від гафнію у КХБД винахідники концентрували увагу на розділенні у системах на основі чистих хлоридів Цей спосіб включав такі стадії (1) подавання на КХБД, який містив катюно- або аніонообмінну смолу, водного вихідного розчину хлориду цирконію, який містив розчинений ZrOCb (a також HfCb), одержаного шляхом гідролізу продукту карбохлорування сировинного цирконієвого піску, (2) подавання елюювальних розчинів (хлористоводневої кислоти) у КХБД, (3) виведення з КХБД розділених та очищених фракцій продукту У заявці на патент США №08/502,944, яка розглядається одночасно з цією заявкою, що подана на ім'я Байєрса (С Н Byers), Сіссона (W G Sisson), Снайдера (Т S Snyder), Белескі (R J Beleski), Франсіса (Т L Francis) та Наяка (U P Nayak) під назвою "Розділення цирконію та гафнію у хлоридних розчинах за допомогою безперервної іонообмінної хроматографії", розкривається один оптимізований спосіб відділення цирконію від гафнію у хлоридних 10 розчинах, що позбавлений деяких недоліків, притаманних подібним способам розділення Ця вищезгадана розглядана одночасно заявка на патент вказує, що відділення цирконію від гафнію у КХБД з використанням систем на основі чистих хлоридів можна поліпшити і одержати матеріали ядерної чистоти, з одного боку, шляхом контролювання екзотермічної реакції гідролізу, а також утворення вільної кислоти, які, як правило, пов'язані з приготуванням звичайних вихідних розчинів оксихлориду цирконію (ZrOCb), а також, з іншого боку, шляхом зниження робочих температур КХБД Це у свою чергу, послаблює співполімеризацію цирконію й гафнію, наслідком якої є утворення нероздільних комплексів цирконію й гафнію У разі утворення ці нероздільні комплекси спричиняють погіршення відділення цирконію від гафнію внаслідок забруднення фронту зони цирконію, внаслідок чого погіршується загальна якість одержаних матеріалів ядерної чистоти, а також зменшується їх вихід Ця співполімеризація погіршує здатність цирконію та гафнію до розділення Хоча співполімеризація цирконію й гафнію та утворення нероздільного комплексу цирконію та гафнію ефективно зводяться до мінімуму у способі розділення на основі хлоридів згідно з вищезгаданою одночасно розгляданою заявкою, який, таким чином, забезпечує технічну здійсненність операції, ІНШІ економічно обумовлені фактори змусили авторів винаходу до продовження їх пошуків промислово ефективного способу розділення Одним з економічно обумовлених факторів є відкриття того, що при високих концентраціях хлорид ного елюювального розчину розчинність металічного цирконію у формі комплексу оксихлориду цирконію є низькою (наприклад, 200г/л у 2N НСІ, але ІОг/л у 6N НСІ) Ця залежність примушує експлуатувати розділювальну систему при менших за необхідні концентраціях елюенту (НСІ), що збільшує не тільки час затримання металу у колонці КХБД, але й витрати на виділення продукту Автори винаходу спробували використати для відділення цирконію від гафнію змішану систему на основі хлориду та сульфату, що забезпечило частковий успіх, однак чистота цирконію не відповідала технічним вимогам до матеріалу ядерної чистоти ([Hf] / [Zr] зчиненнз хлоридів і збірник елюекгу І (-2800 л/годину) (-4700 л/гадину) Випаетик Сульфат Zr на обпалюваний На рецнркулядію Відходи металів \ у катет Рециркуляція H2SO4 в зШрннк елюенту (-34000 л/годину) в збїривк елюенту (-3300 л/годашу) на обпалювання Hf яаерно! чистота Металевий Zr ядерної чясгс ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for separation of zirconium and hafnium in sulfate solutions with the use of continuous ion exchange chromotography

Назва патенту російською

Способ разделения циркония и гафния в сульфатных растворах с использованием непрерывной ионообменной хроматографии

МПК / Мітки

МПК: C01G 25/00, C01G 27/00, C22B 34/14, B01D 15/02, C22B 3/42, B01J 41/20

Мітки: розчинах, сульфатних, цирконію, використанням, хроматографії, іонообмінної, безперервної, розділення, гафнію, спосіб

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/15-48979-sposib-rozdilennya-cirkoniyu-ta-gafniyu-u-sulfatnikh-rozchinakh-z-vikoristannyam-bezperervno-ionoobminno-khromatografi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб розділення цирконію та гафнію у сульфатних розчинах з використанням безперервної іонообмінної хроматографії</a>

Подібні патенти