RU2522905C1 - Способ извлечения редкоземельных элементов из жидких сплавов с цинком - Google Patents
Способ извлечения редкоземельных элементов из жидких сплавов с цинком Download PDFInfo
- Publication number
- RU2522905C1 RU2522905C1 RU2012150654/04A RU2012150654A RU2522905C1 RU 2522905 C1 RU2522905 C1 RU 2522905C1 RU 2012150654/04 A RU2012150654/04 A RU 2012150654/04A RU 2012150654 A RU2012150654 A RU 2012150654A RU 2522905 C1 RU2522905 C1 RU 2522905C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- zinc
- alloy
- rare
- alloys
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области создания пирохимических технологий переработки облученного ядерного топлива, а именно к способу извлечения редкоземельных элементов из жидкого сплава с цинком. Предлагаемый способ включает погружение сплава в солевой расплав с последующим переводом редкоземельных элементов из жидкого сплава в расплав путем окисления. При этом окисление редкоземельных элементов осуществляют в расплаве хлорида цинка в интервале температур 420-550°С, а в качестве окислителя используют ионы цинка из расплава. Способ обеспечивает большой выход по массе среди продуктов деления. 2 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области создания пирохимических технологий переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ).
В качестве рабочих сред для пирохимической переработки ОЯТ наиболее перспективно использование расплавленных смесей хлористых солей. В основе процессов переработки лежит селекция компонентов ОЯТ в системе «солевой расплав - металл». В качестве металлов целесообразно применять легкоплавкие, например цинк. Распределение компонентов между жидкими солевыми и металлическими фазами можно осуществлять электролизом, либо обменными окислительно-восстановительными процессами. Бестоковые методы значительно проще в технологическом плане. Одной из важных операций при организации технологических схем является извлечение редкоземельных продуктов деления, имеющих большой выход по массе в ОЯТ и высокую суммарную радиоактивность, из жидких сплавов с цинком. На создание такого способа, отличающегося эффективностью и простотой, направлено предлагаемое изобретение.
Анализ уровня техники в данной области свидетельствует о том, что наиболее близким к заявляемому способу является способ извлечения редкоземельных элементов из жидких сплавов с цинком, включающий погружение сплава в солевой расплав с последующим переводом редкоземельных элементов из жидкого сплава в солевой расплав путем окисления (А.В. Ковалевский, В.А. Лебедев и
И.Ф. Ничков "Анодное растворение сплавов иттрия и редкоземельных металлов с цинком в расплавленной смеси хлоридов калия и лития", в кн.: Физическая химия и электрохимия солевых расплавов. Сб. трудов УПИ им. СМ. Кирова, №220, 1973, с.73-76). Извлечение иттрия и редкоземельных металлов (РЗМ) из цинковых сплавов за счет их окисления электрическим током осуществлялось при 500, 600 и 700°С в инертной среде при плотностях тока 0.010-0.015 А/см2 в расплаве KaCl-LiCl.
Основными недостатками этого способа являются: необходимость использования в качестве катода газодиффузионного электрода, омываемового химически агрессивным газом - хлором; сложность управления электрохимическим процессом при создании оптимальных режимов растворения; частичное растворение цинка совместно с РЗМ. Данные факторы приводят к удорожанию и усложнению всей технологии извлечения редкоземельных элементов из облученного ядерного топлива.
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного и простого в технологическом оформлении бестокового способа извлечения редкоземельных элементов из жидких сплавов с цинком, имеющего большой выход по массе среди продуктов деления.
Указанная задача решается тем, что извлечение редкоземельных элементов из жидкого сплава с цинком, включающее погружение сплава в солевой расплав с последующим переводом редкоземельных элементов из жидкого сплава в расплав путем окисления, осуществляется в расплаве хлорида цинка в интервале температур 420-550°С, а в качестве окислителя используются ионы цинка из расплава.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что редкоземельные металлы могут быть извлечены из жидкометаллических сплавов с цинком в солевую фазу ZnCl2 в результате обменных реакций непосредственно с ионами цинка, содержащимися в расплаве ZnCl2,
Для успешного извлечения РЗМ из жидких сплавов на основе цинка, контактирование солевой и металлической фаз необходимо проводить при температурах от 420 до 550°С. Нижний температурный предел обусловлен температурами плавления сплавов, а верхний - высокой летучестью паров хлорида цинка.
В качестве расплава необходимо использовать индивидуальный хлорид цинка, что позволит достичь максимально эффективного извлечения РЗМ и не вызовет загрязнения солевого расплава и жидкого сплава посторонними компонентами.
Результатом рассматриваемой технологической операции является получение хлорида цинка, обогащенного хлоридами редкоземельных элементов, и металлического цинка с низким остаточным содержанием РЗМ, пригодного для вторичного использования в качестве растворителя металлического топлива либо жидкометаллических электродов.
Пример 1
Сплавы Zn-La готовили сплавлением индивидуальных металлов, исходное содержание лантана в сплаве варьировали от 0.2 до 5 мас.%. Выдержку образцов сплавов в расплаве проводили внутри кварцевой ячейки, в которую помещали алундовый тигель с солью и образцами. Расплав в ячейке находился под атмосферой очищенного аргона при 450°С. Время контакта сплавов с расплавленным хлоридом цинка составляло 10 часов. Исходная масса электролита ZnCl2 была равна 15 г, масса сплавов около 3 г. После испытаний в расплав опускали капилляр и производили отбор пробы электролита. Далее расплав охлаждали до комнатной температуры, извлекали образцы сплавов, отмывали и сушили их. В отобранной пробе электролита определяли концентрации лантана, перешедшего в расплав из образцов сплава Zn-La при контакте с хлоридом цинка. Солевой плав и образцы сплавов анализировали методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. В ходе каждого эксперимента определяли содержание лантана в сплавах до и после их выдержки в расплаве ZnCl2.
В процессе контакта сплава Zn-La с расплавом ZnCl2 идет процесс обменного вытеснения РЗМ в солевой электролит в результате протекания окислительно-восстановительной реакции
В ходе протекающей реакции образуется лантансодержащий хлоридный расплав на основе ZnCl2. Результаты химического анализа сплавов до и после контакта с хлоридом цинка приведены в табл.1. Там же представлены данные о концентрации лантана в полученном солевом плаве и величины степени извлечения лантана из сплава. Согласно полученным результатам в результате 10 часов выдержки в расплаве хлорида цинка исходный сплав Zn-La обогащается по цинку и значительно обедняется по лантану. Содержание лантана в полученном электролите ZnCl2- ZnCl3 варьируется в зависимости от исходного содержания РЗМ в сплаве.
Таблица 1 | |||
Результаты опытов по извлечению лантана из сплавов Zn-La при 450°С в течение 10 часов | |||
Начальное содержание La в сплаве, мас.% | Конечное содержание La в сплаве, мас.% | Содержание La в плаве ZnCl2-LaCl3, мас.% | Степень извлечения La, % |
0.16 | <0.001 | 0.03 | >99 |
0.37 | 0.006 | 0.08 | 98 |
0.86 | 0.17 | 0.17 | 87 |
4.62 | 0.53 | 1.01 | 89 |
Средняя скорость растворения лантана из сплава Zn-La 5 мас.% составляет 4.22 мг/(см2·ч), для сплава Zn-La 0.5 мас.% - 0.35 мг/(см2·ч). Потери лантана в процессе обменного вытеснения составляют меньше 0.3%, что соответствует допустимым погрешностям химического анализа.
Пример 2
Сплавы Zn-Nd готовили сплавлением индивидуальных металлов, исходное содержание неодима в сплаве варьировали от 0.2 до 5 мас.%. Выдержку образцов сплавов в расплаве проводили внутри кварцевой ячейки, в которую помещали алундовый тигель с солью и образцами. Расплав в ячейке находился под атмосферой очищенного аргона при 450°С. Время контакта сплавов с расплавленным хлоридом цинка составляло 10 часов. Исходная масса электролита ZnCl2 была равна 15 г, масса сплавов около 3 г. После испытаний в расплав опускали капилляр и производили отбор пробы электролита. Далее расплав охлаждали до комнатной температуры, извлекали образцы сплавов, отмывали и сушили их. В отобранной пробе электролита определяли концентрации неодима, перешедшего в расплав из образцов сплава Zn-Nd при контакте с хлоридом цинка. Солевой плав анализировали методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. В ходе каждого эксперимента определяли содержание неодима в сплавах до и после их выдержки в расплаве ZnCl2.
В процессе контакта сплава Zn-Nd с расплавом ZnCl2 идет процесс обменного вытеснения неодима в солевой электролит в результате протекания окислительно-восстановительной реакции
В ходе протекающей реакции образуется неодимсодержащий хлоридный расплав на основе ZnCl2. Результаты химических анализов сплавов до и после контакта с хлоридом цинка приведены в табл.1. Там же представлены данные о концентрации неодима в полученном солевом плаве и величины степени извлечения неодима из сплава.
Таблица 2 | |||
Результаты опытов по извлечению неодима из сплавов Zn-Nd при 450°С в течение 10 часов | |||
Начальное содержание Nd в сплаве, мас.% | Конечное содержание Nd в сплаве, мас.% | Содержание Nd в плаве ZnCl2- NdCl3, мас.% | Степень извлечения Nd, % |
0.18 | <0.001 | 0.04 | >99.5 |
0.47 | 0.002 | 0.11 | 99.6 |
0.88 | 0.007 | 0.21 | 99.2 |
4.72 | 0.06 | 0.16 | 98.7 |
Согласно полученным результатам после 10 часов выдержки в расплаве хлорида цинка исходный сплав Zn-Nd обогащается по цинку и значительно обедняется по неодиму. Содержание неодима в полученном электролите ZnCl2-NdCl3 варьируется в зависимости от исходного содержания РЗМ в сплаве.
Таким образом, показана возможность глубокого извлечения редкоземельных продуктов деления из сплавов на основе цинка в ходе обменной реакции с расплавленным хлоридом цинка.
Технический результат заключается в том, что глубина извлечения лантана и неодима из сплавов с цинком в расплавленный хлорид цинка при температурах 420-550°С составляет свыше 99%.
Claims (1)
- Способ извлечения редкоземельных элементов из жидкого сплава с цинком, включающий погружение сплава в солевой расплав с последующим переводом редкоземельных элементов из жидкого сплава в расплав путем окисления, отличающийся тем, что окисление редкоземельных элементов осуществляют в расплаве хлорида цинка в интервале температур 420-550°С, а в качестве окислителя используют ионы цинка из расплава.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150654/04A RU2522905C1 (ru) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Способ извлечения редкоземельных элементов из жидких сплавов с цинком |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150654/04A RU2522905C1 (ru) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Способ извлечения редкоземельных элементов из жидких сплавов с цинком |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012150654A RU2012150654A (ru) | 2014-06-10 |
RU2522905C1 true RU2522905C1 (ru) | 2014-07-20 |
Family
ID=51213867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012150654/04A RU2522905C1 (ru) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Способ извлечения редкоземельных элементов из жидких сплавов с цинком |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2522905C1 (ru) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1533138C3 (de) * | 1966-02-08 | 1973-09-27 | United States Atomic Energy Commission, Germantown, Md. (V.St.A.) | Verfahren zur Trennung des Plutoniums von Uran |
WO2000079542A1 (en) * | 1999-06-17 | 2000-12-28 | Clean Technologies International Corporation | Metal alloy storage product and treatment process for radioactive waste |
-
2012
- 2012-11-26 RU RU2012150654/04A patent/RU2522905C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1533138C3 (de) * | 1966-02-08 | 1973-09-27 | United States Atomic Energy Commission, Germantown, Md. (V.St.A.) | Verfahren zur Trennung des Plutoniums von Uran |
WO2000079542A1 (en) * | 1999-06-17 | 2000-12-28 | Clean Technologies International Corporation | Metal alloy storage product and treatment process for radioactive waste |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
А.В. Ковалевский и др. "Анодное растворение сплавов иттрия и редкоземельных металлов с цинком в расплавленной смеси хлоридов калия и лития" в кн.: Физическая химия и электрохимия солевых расплавов. Сб.трудов УПИ им. С.М. Кирова, 220, 1973, 73-76. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012150654A (ru) | 2014-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chamelot et al. | Feasibility of the electrochemical way in molten fluorides for separating thorium and lanthanides and extracting lanthanides from the solvent | |
Taxil et al. | Lanthanides extraction processes in molten fluoride media: Application to nuclear spent fuel reprocessing | |
Gibilaro et al. | Co-reduction of aluminium and lanthanide ions in molten fluorides: Application to cerium and samarium extraction from nuclear wastes | |
RU2603844C1 (ru) | Способ переработки нитридного отработавшего ядерного топлива в солевых расплавах | |
US8506786B2 (en) | Method for recovery of residual actinide elements from chloride molten salt | |
Souček et al. | Pyrochemical reprocessing of spent fuel by electrochemical techniques using solid aluminium cathodes | |
Souček et al. | Exhaustive electrolysis for recovery of actinides from molten LiCl–KCl using solid aluminium cathodes | |
US10066307B2 (en) | Electrolytic method, apparatus and product | |
Novoselova et al. | The influence of the temperature and Ga-In alloy composition on the separation of uranium from neodymium in molten Ga-In/3LiCl-2KCl system during the recycling of high-level waste | |
Novoselova et al. | Thermodynamic properties of ternary Me-Ga-In (Me= La, U) alloys in a fused Ga-In/LiCl-KCl system | |
JP2008134096A (ja) | 使用済み酸化物原子燃料の還元装置及びリチウム再生電解装置 | |
Cvetković et al. | Study of Nd deposition onto W and Mo cathodes from molten oxide-fluoride electrolyte | |
Sakamura et al. | Electrowinning of U-Pu onto inert solid cathode in LiCl-KCl eutectic melts containing UCl3 and PuCl3 | |
US20050139474A1 (en) | Electrochemical cell for metal production | |
Smolenski et al. | Electrochemical separation of uranium from dysprosium in molten salt/liquid metal extraction system | |
Ota et al. | Purification of rare earth bis (trifluoromethyl-sulfonyl) amide salts by hydrometallurgy and electrodeposition of neodymium metal using potassium bis (trifluoromethyl-sulfonyl) amide melts | |
Novoselova et al. | Electrode processes and electrochemical formation of Dy-Ga and Dy-Cd alloys in molten LiCl–KCl–CsCl eutectic | |
Murakami et al. | Electrochemical measurement of diffusion coefficient of actinides and rare earths in liquid Cd | |
CN105862082A (zh) | LiCl-KCl熔盐体系中钕-锌共还原提取Nd的方法 | |
RU2522905C1 (ru) | Способ извлечения редкоземельных элементов из жидких сплавов с цинком | |
Hur et al. | Preparation and melting of uranium from U3O8 | |
Yang et al. | Rapid and efficient extraction of cerium by forming Al-Ce alloys in LiCl-KCl molten salts | |
Luo et al. | Kinetics process of Tb (III)/Tb couple at liquid Zn electrode and thermodynamic properties of Tb-Zn alloys formation | |
RU2499306C1 (ru) | Способ очистки облученного ядерного топлива | |
US20060137992A1 (en) | Separation of metals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141127 |