Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
303
диспергированная фаза отделяется от сплошной. Перемешивание обычно осуществляется при помощи механических мешалок, реже потоком воздуха или впрыскиванием одной фазы в другую многочисленными тонкими струйками. В противоточном экстракторе, состоящем из нескольких смесительно-отстойных ступеней, движение фаз в противоположных направлениях достигается за счет либо нагнетательного действия мешалок, либо различия в плотности жидких фаз, т. е. самотеком, либо путем установки между ступенями дополнительных насосов.
Смесители-отстойники менее пригодны для проведения процессов экстракционной ультраочистки, нежели экстракционные колонны, так как в смесителях-отстойниках почти всегда присутствуют разнообразные механические устройства (мешалки, насосы). Кроме того, в силу более совершенного характера процесса в колоннах необходимый эффект при применении последних достигается быстрее, чем в многоступенчатых смесителях-отстойниках. Таким образом, в экстракционных колоннах очищаемое вещество в течение более продолжительного отрезка времени контактирует со стенками аппаратуры, трубопроводами, различными уплотняющими устройствами, что повышает вероятность внесения в него внешних загрязнений.
Необходимо упомянуть и о центробежных экстракторах, принцип действия которых основан на том, что центробежная сила создает противоток между двумя фазами, одна из которых течет сплошным тонким слоем по твердой поверхности, а вторая—через окружающее ее пространство. Центробежные экстракторы уступают в экономическом отношении описанным выше аппаратам, при их изготовлении не могут быть использованы в необходимой мере неметаллические материалы, однако они отличаются компактностью, большой производительностью и малым временем контакта. Аппараты подобного рода находят применение в небольших по масштабу производствах при очистке не обладающих агрессивностью веществ, например некоторых биохимических препаратов.
ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСТРАКЦИИ
ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Как уже говорилось выше, в настоящее время экстракция является одним из основных методов, применяемых в промышленности при переработке ядерного горючего и вспомогательных материалов. При этом в разработанных технологических схемах экстракционные процессы применяются как на стадиях извлечения и разделения ряда элементов (урана, тория, циркония, гафния, ниобия, тантала), так и на стадии их глубокой очистки, которая является очень ответственной операцией, ибо к чистоте конечных продуктов предъявляются весьма высокие
зо*
\
требования. Так, при использовании урана в качестве топлива для атомных реакторов содержание в нем примесей других элементов не должно превышать 1 • Ю-4 — 1 • 10-6%. Особое внимание обращается на примеси бора, кадмия, редкоземельных элементов, мышьяка и других, которые отличаются особенностью поглощать нейтроны, а также на примеси, влияющие на физическую структуру металлического урана, — сульфаты, фосфаты, углерод, хлор, фтор, или же образующие летучие фториды— молибден, ванадий, кремний и т. п.
Первоначальные технологические схемы получения чистого урана предусматривали экстракцию уранилнитрата диэтиловым эфиром [16—18]. При этом в качестве сырья используется или богатый ураном минерал уранинит, обогащенный физическими методами, или (что чаще) химические урановые концентраты; оба вида сырья содержат до 80% урана. Из концентрата последний переводят в уранилнитрат и экстрагируют его соединение при 35° С эфиром. Полезной оказывается добавка некоторого количества азотной кислоты (порядка 1 моль/л) и высаливате-лей — нитратов аммония или магния.
Присутствие ионов Р", БОГ и РО4" затрудняет экстракцию, так как они образуют с ураном комплексы, возникновению^которых препятствуют нитраты железа и алюминия.
Из эфирного слоя уран реэкстрагируется большим количеством холодной воды. Содержание примесей (в %) в конечном продукте составляет:
Ре
Сг
N1
Мо
Си
I
2 3
< I
< I
10
10_ 10_ 10
РЬ В .
< 1 •10"
< 1 •10"
< 1 • 10" < 1,5-10"
Серьезный недостаток эфирного процесса — высокая огне- и взрывоопасность летучего диэтилового эфира, а также его сравнительно заметная растворимость в воде. По этой причине эфирный процесс был полностью вытеснен технологической схемой, в которой вкачестве экстрагента используется ТБФ [16,19]. Этот экстрагент проявляет относительно большую избирательность к уранилнитрату, сгоек к воздействию азотной кислоты, растворимость его в воде очень низка, температура вспышки ТБФ 145° С. Экстракция уранилнитрата происходит благодаря образованию им с ТБФ непрочного комплекса, которое идет по схеме:
ио22:одн+2Ыо;водн + 2ТБФорг
и°2(К03)2-2ТБФорг
Для экстракции с целью снижения вязкости органической фазы применяется не чистый ТБФ, а его 20—40% раствор в керосине, который в некоторых случаях заменяют гексаном,
2р Зак. 114
305
имеющим более низкую вязкость и плотность. Последнее обстоятельство позволяет ускорить массообмен и уменьшить разделение фаз в экстракционном процессе. Кроме того, в гексане отсутствуют примеси, наличие которых в керосине приводит к взаимодействию последних с азотной кислотой, следствием чего является образование соединений, стабилизирующих эмульсии и комплексующихся с ураном.
