Условия образования третьей фазы при экстракции циркония из

УДК 621.039.53 Перспективные технологии и материалы атомной промышленности
У.В. БОРТНИКОВА, Е.А. ЖЕРЕБЬЕВА. О.А. СИНЕГРИБОВА
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕТЬЕЙ ФАЗЫ
ПРИ ЭКСТРАКЦИИ ЦИРКОНИЯ ИЗ АЗОТНОКИСЛЫХ
СРЕД В ТБФ
Найдены условия появления третьей фазы при экстракции циркония из азотнокислых растворов в ТБФ. Установлена решающая роль кислотности органической фазы при ее расслаивании на 2 органические фазы. Расслаивание происходит
при экстракции циркония в том случае, когда ТБФ насыщен азотной кислотой и
свободного экстрагента практически нет. При этом концентрация металла в органической фазе почти не влияет на объем выделившейся третьей фазы. Третья фаза
появляется в системах с алифатическими разбавителями, ее объем возрастает при
увеличении длины углеводородной цепочки. При насыщении органической фазы
цирконием в третьей фазе образуется соединение Zr(NO3)4.2ТБФ.HNO3. Избыточная азотная кислота вытесняется в водную фазу.
Расслаивание органической фазы на 2 составляющих - явление, с которым приходится сталкиваться в радиохимической технологии, при экстракционном извлечении урана, при разделении циркония и гафния экстракцией. При отработке соответствующей технологии было установлено,
что третья фаза появляется при высокой кислотности и избежать образования третьей фазы можно, используя добавки модификаторов к алифатическим разбавителям или используя разбавители ароматического типа.
Сложилось представление, что обязательным условием образования третьей фазы является высокая концентрация металла в органической фазе.
Это подтверждается данными, приведенными в [1].
В последние годы появились работы, направленные на выявление природы третьей фазы применительно к урану, торию [2,3] и [4,5]. Много
внимания уделяется определению предельной концентрации металла в
органической фазе, выше которой начинается расслаивание органической
фазы.
В настоящей работе изучено влияние концентрации азотной кислоты,
металла, ТБФ и природы разбавителя на появление и количество образовавшейся третьей фазы.
В условиях низкой концентрации азотной кислоты (4 моль/л) даже при
насыщении 40 % ТБФ в октане цирконием до 123 г/л, появление третьей
фазы не наблюдается. Для данной системы нижняя граница кислотности,
при которой начинает образовываться третья фаза, равна 6 моль/л, причем
ISBN 5-7262-0559-6. IV Конференция «Научно-инновационное сотрудничество». Часть 2
53
УДК 621.039.53 Перспективные технологии и материалы атомной промышленности
с увеличением концентрации азотной кислоты увеличивается объем третьей фазы.
Установлено, что третья фаза при экстракции циркония появляется
при насыщении экстрагента азотной кислотой, когда свободный ТБФ
практически отсутствует. Объем третьей фазы определяется концентрацией азотной кислоты и мало зависит от концентрации металла. Поведение
многокомпонентной системы подчиняется правилу фаз Гиббса и диктуется диаграммой состояния.
Появлению третьей фазы способствует удлинение углеродной цепочки
в алифатическом разбавителе. Так, например, третья фаза в большом количестве (более 50%) образуется при использовании таких разбавителей
как декан, додекан, парафин, причем даже при небольшом содержании
металла в органической фазе. С повышением концентрации ТБФ объем
третьей фазы уменьшается и повышается нижняя граница концентрации
азотной кислоты, при которой происходит расслоение фаз.
Анализ показал, что при насыщении органической фазы цирконием в
третьей фазе образуется соединение Zr(NO3)4.2ТБФ.HNO3. Избыточная
азотная кислота вытесняется в водную фазу.
По результатам исследования легкой органической фазы на содержание металла и кислоты можно сделать вывод, что она представляет собой
практически чистый разбавитель.
Определены предельные концентрации циркония в органической фазе,
выше которых начинается расслаивание органической фазы для различных концентраций азотной кислоты. Так, для 9,5 моль/л HNO3 предельная
концентрация циркония в органической фазе равна 15 г/л. Для сравнения,
в работе [4] получена предельная концентрация циркония в органической
фазе при экстракции в 30% ТБФ в Exxol D-80 из 5 моль/л HNO3, она составляет 12 г/л.
Список литературы
1. K.Osseo-Asare (1991), Adv. in Coll. and Interface Sci. 37, 123-180.
2. M.P.Jensen, R.Chiarisia, J.R.Ferraro, M.Borcowski, K.L.Nash, P.Thiyagarajan, K.C.Littrel
(2002), Proc.ISEC 2002, Cape Town, 1137-1142.
3. S.Kumar and S.B. Koganti (2003), Solvent Extr. Ion Exch., 21, 547-557.
4. M.Borkowscy, R.Chiarisia, M.P.Jensen, J.R.Ferraro, P.Thiyagarajan, K.S.Littrel (2003),
Sep.Sci.Technol. 38, 3333-3351.
5. M.J.Carrot, R.J.Taylor, I.S.Denniss, B.Ya.Zilberman (2001), Proc.Int.Conf. Global’01,
Paris, rep.FP-316.
54
ISBN 5-7262-0559-6. IV Конференция «Научно-инновационное сотрудничество». Часть 2