способ выделения гадолиния из облученного европия

Формула изобретения

Способ выделения гадолиния из облученного европия, заключающийся в цементации европия из цитратного раствора Fu и Gd амальгамой щелочного металла, отличающийся тем, что разделяемую смесь европия и гадолиния в виде раствора с осадком моноцитратов европия и гадолиния контактируют непосредственно с амальгамой щелочного металла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиохимических технологий и может быть использовано для повышения производительности в технологии выделения гадолиния из облученного европия и разделения европия и гадолиния в препаративной и аналитической химии.

Известен способ разделения европия и гадолиния (патент РФ N 2068810 от 10.11.1996 года), заключающийся в восстановлении европия (III) до металлического европия амальгамами щелочных металлов из растворов цитрата лития с pH 6-7 с последующей цементацией европия. Комплексообразователь - цитрат лития - используется для удержания ионов Eu⁺³ и Gd⁺³в растворе. По окончании процесса цементации европия гадолиний остается в растворе, а европий переходит в ртутную фазу в виде амальгамы.

Способ включает в себя следующие операции: приготовление исходного цитратного раствора европия и гадолиния с pH 6-7 и суммарной концентрацией европия и гадолиния не более 20 г/л; приготовление амальгамы щелочного металла; контактирования цитратного раствора европия и гадолиния с амальгамой щелочного металла (постоянное значение pH 6-7 цитратного раствора поддерживается добавками лимонной кислоты); отделение раствора, содержащего гадолиний, от ртутной фазы, содержащей европий.

Растворимость европия и гадолиния в цитратном растворе зависит от pH раствора. При pH 3 растворимость европия равна 2,9 г/л, при pH 6-7 20 г/л. Соответственно максимальное количество европия и гадолиния, которые можно переработать за один технологический цикл при фиксированном объеме исходного раствора, будет определяться суммарной растворимостью европия и гадолиния в исходном растворе - 15 - 20 г/л.

Скорость цементации европия уменьшается с ростом pH (Неорганическая химия, 1962, т. 7, N 2, с. 227, М.Г.Саюн, К.Х. Царева. Цементация редкоземельных элементов"). Выбранное значение pH является компромиссным: скорость цементации вполне приемлема, а растворимость гадолиния и европия значительна (15 - 20 г/л).

Недостатком данного способа является низкая производительность процесса цементации, определяемая растворимостью гадолиния и европия в цитратном растворе.

Целью изобретения является увеличение производительности процесса цементации европия путем проведения цементации из цитратных растворов, содержащих осадки моноцитратов европия и неодима.

Поставленная цель достигается тем, что:

в ячейке для цементации из растворов цитрата лития и уксусно-кислого европия готовят систему, содержащую, в пересчете на объемную концентрацию, 30 - 150 г/л европия и гадолиния. После выпадения осадка моноцитратов европия и гадолиния pH маточного раствора при необходимости доводят до 4-5;

контактируют полученную двухфазную систему с амальгамой щелочного металла до растворения осадков моноцитратов европия и гадолиния;

контактируют раствор с амальгамой щелочного металла при pH 4-5 в течение 2,5 часов, поддерживая pH добавлением растворов лимонной кислоты;

отделяют раствор от амальгамы.

При смешении растворов европия и гадолиния и раствора цитрата лития образуется осадок моноцитратов европия и гадолиния. Равновесный pH маточного раствора, содержащего приблизительно 3-5 г/л металлов, составляет 4-5. При контактировании такой системы с амальгамой щелочного металла европий из раствора постепенно переходит в ртутную фазу, что приводит к полному растворению моноцитратов уже через 15 - 20 мин.

Пока в системе есть осадок моноцитрата, pH остается неизменным. После растворения осадка моноцитратов pH системы поддерживают равным 4-5 с помощью кислых корректирующих добавок.

При значениях pH раствора менее 3 амальгама щелочного металла интенсивно взаимодействует с водой. Это приводит к сильному засолению раствора, что технологически неприемлимо, поскольку вызывает значительные затруднения на последующих аффинажных операциях.

Обычно содержание гадолиния в облученном европии составляет 3 - 15%. Учитывая это, по способу-прототипу можно получить за один технологический цикл разделения в действующем аппарате не более 0,3 - 3 г гадолиния. При использовании предлагаемого решения за один цикл можно получить, 4,5 - 23 г гадолиния (из расчета максимальной исходной суммарной концентрации европия и гадолиния 160 г/л). Таким образом, использование предложенного решения позволяет повысить производительность процесса выделения гадолиния в 5 - 7 раз.

Анализ имеющихся в литературе данных не дает основания считать, что повышение производительности процесса выделения гадолиния из облученного европия путем цементации европия в присутствии осадка моноцитратов Eu и Gd является очевидным. Это позволяет заключить, что заявляемое решение обладает существенными отличиями.

Пример конкретного исполнения.

В ячейке для цементации объемом 200 мл готовят систему, содержащую 4,5 - 23 г Eu и Gd и 0,03 - 0,15 моль/л цитрата лития. После выпадения осадка моноцитратов Eu и Gd полученную систему контактируют с амальгамой натрия до исчезновения осадков моноцитратов Eu и Gd. После исчезновения осадков продолжают контактирование с амальгамой в течение 2,5 часов. Результаты сравнения с прототипом приведены в таблице.

Качество выделяемого гадолиния в обоих случаях одинаково. Время проведения процесса по заявляемому решению в 1,5 раза больше, чем в способе-прототипе. Однако при использовании заявленного решения производительность процесса увеличивается в 5-6 раз.