Ториевый топливный цикл
3.2.3 Разделение 233U и 232Th методом жидкостной экстракции
Экстракция - это извлечение вещества из одной жидкой фазы (обычно водного раствора) в другую (обычно органическую).
Экстракционные методы отделение тория от урана и редкоземельных элементов (РЗЭ) получили широкое распространение. Чаще всего из водных растворов торий и уран экстрагируют несмешивающимся с водой трибутилфосфатом. Разделение урана и тория происходит на стадии избирательной реэкстракции. При определенных условиях торий из органического растворителя перетягивается в водный раствор азотной кислоты, а уран остается в органической фазе. В качестве экстрагентов могут применяться также метилизобутилкетоны, пентаэфир, оксид мезитила, моно- и диэтилфосфаты, дикетоны. Так же торий от урана можно отделить с помощью диэтилового эфира, который экстрагирует только уран.
Максимальное разделение урана и тория при экстракции трибутилфосфатом происходит в том случае, если органическая фаза близка к насыщению по урану. [9]
Основные стадии экстракционного разделения U и Th:
Для начала весь U и Th нужно растворить в азотной кислоте (HNO3).
Затем готовят раствор диэтилового эфира.
Далее нитраты тория и урана помещают в экстрактор.
Диэтиловый эфир приливают к нитратам U и Th, тщательно перемешивают. Таким образом уран экстрагирует в органическую фазу, а торий остается в водной.
Производят отделение органической и водной фазы, т.е. разделяют растворы урана и тория.
Проводят реэкстракцию урана (извлекают U из органической фазы).
Достоинства и недостатки процесса экстракции:
Достоинства:
низкие рабочие температуры;
возможность сочетания с иными процессами химической технологии (например, с ректификацией и кристаллизацией);
непрерывность процесса;
высокая степень разделения, что позволяет получать особо чистые вещества;
относительная простота аппаратурного оформления, так как процесс обычно протекает при нормальной температуре и давлении;
высокая эффективность и скорость массообмена;
возможность полной автоматизации;
безопасность для окружающей среды.
Недостатки:
- возможность образования в процессе экстракции стойких эмульсий;
-пожароопасность ряда экстрагентов и разбавителей;
-необходимость дополнительной очистки рафината от растворённого экстрагента (разбавителя).
Если сравнивать эти методы, то наиболее перспективным с точки зрения экономики и конструкции аппаратов для разделения, является метод жидкостной экстракции, т.к. данный метод является классическим, а это значит, что он отработан. В настоящее время метод жидкостной экстракции является основным в технологии переработки ядерного топлива, тогда как другие методы являются новыми и имеют большее количество недостатков.
4. Основы технологии переработки облученных в газоохлаждаемом канальном реакторе ториевых стержней методом жидкостной экстракции