ЭКСТРАКЦИЯ АКТИНОИДОВ И ЛАНТАНОИДОВ N-ДИФЕНИЛФОСФОРИЛ-N’-н-ОКТИЛМОЧЕВИНОЙ ИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ

EXTRACTION OF ACTINIDES AND LANTHANIDES N-DIPHENYLPHOSPHORYL-N'-n-OCTYLUREA FROM MULTICOMPONENT NITRIC ACID SOLUTIONS

Alfiya Safiulina

Сandidate of chemical sciences, associate Professor in Mendeleev University of Chemical Technology of Russia – MUCTR, Russia, Moscow

Aleksandr Boyarintsev

Сandidate of chemical sciences, associate Professor in Mendeleev University of Chemical Technology of Russia – MUCTR, Russia, Moscow

Evgenii Goryunov

Senior researcher of Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of RAS – INEOS RAS, Russia, Moscow

Goryunova Irina Borisovna

Senior researcher of Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of RAS – INEOS RAS, Russia, Moscow

Аннотация. Продемонстрирована возможность использования N-дифенилфосфорил-N’-н-октилмочевины для эффективного экстракционного разделения актиноидов и лантаноидов из растворов переработки ОЯТ. Предложена принципиальная технологическая схема.

Abstract. The possibility of using N-diphenylphosphoryl-N'-n-octylurea for the effective extraction separation of actinides and lanthanides from SNF reprocessing solutions has been demonstrated. A basic technological scheme is proposed.

Ключевые слова: экстракция; нейтральные фосфорорганические соединения; фосфорилмочевины; актиноиды; лантаноиды.

Keywords: extraction; neutral organophosphorus compounds; phosphorylureas; actinides; lanthanides.

Проведение многолетних систематических исследований в области экстракции актиноидов и лантаноидов дает основание полагать, что наиболее эффективными и избирательными экстрагентами являются фосфорорганические соединения (ФОС) [1]. Ранее было установлено, что N-(диорганилфосфорил)мочевины R₂P(O)NHC(O)NHR’(I), преимущественно N-дифенилфосфорилмочевины (Ia, R = Ph), обладают высокой экстракционной способностью к f-элементам из азотнокислых растворов в широком диапазоне концентраций [2-4]. На экстракционную способность фосфорилмочевин оказывает влияние также и природа заместителей у терминального атома азота. Были исследованы N-(дифенилфосфорил)-N’-н-алкил(С₆-С₁₀)мочевины Ph₂P(O)NHC(O)NHC_nH_2n+1 (n = 6-10) и показано, что наибольшей экстракционной способностью к f-элементам обладает N’-н-октильное производное (Iа) [2].

Для подтверждения эффективности экстракции f-элементов фосфорилмочевинами из многокомпонентных растворов была исследована возможность извлечения ^154,155Eu(III) 0,1 М раствором N-дифенилфосфорил-N’-н-октилмочевины в хлороформе в присутствии солей ряда металлов из 3 М HNO₃ с использованием радиометрического метода анализа. Установлено, что концентрации, при которых эти металлы не мешают извлечению ^154,155Eu³⁺ в органическую фазу, составляют для железа(III) до 0,04 М, для алюминия, никеля(II), хрома(III) до 0,1 М, для кальция и магния до 1 М. При этом в присутствии вышеуказанных элементов степень извлечения европия(III) составляет 98%. Далее исследовали экстракцию U(VI), Th(IV), La(III), Nd(III) и Eu(III) 0,05 М раствором N-дифенилфосфорил-N’-н-октилмочевины в хлороформе из модельного азотнокислого раствора (2,5 М) в присутствии примесных элементов с использованием метода ИСП-МС при анализе фаз (рисунок 1).

Рисунок 1. Экстракция U(VI), Th(IV), La(III), Nd(III) и Eu(III) 0,05 М раствором N-дифенилфосфорил-N’-н-октилмочевины в хлороформе из модельного азотнокислого раствора (2,5 М) в присутствии примесных элементов

При использовании N-дифенилфосфорил-N’-н-октилмочевины солеобразующие элементы извлекаются незначительно, в то время как U(VI), Th(IV), La(III), Nd(III) и Eu(III) в присутствии этих элементов экстрагируются практически полностью, что подтверждает высокую эффективность фосфорилмочевины N-дифенилфосфорил-N’-н-октилмочевины.

Реэкстракция. Важным этапом схемы выделения радиоактивных элементов является их реэкстракция. Показано, что в случае N-дифенилфосфорил-N’-н-октилмочевины полная реэкстракция U(VI), Th(IV), Am(III) и Eu(III) достигается в одну стадию действием 10 % раствором гидрокарбоната аммония или 0,2 % раствором оксиэтилиденбисфосфоновой кислоты при отношении объемов фаз 1:1 за 3 мин.

Наряду с вышеописанным способом, реэкстракция U(VI), Th(IV) и Eu(III), может быть осуществлена растворами HNO₃ до ≤ 1 М (рисунок 2). Для полного извлечения металлов, экстрагированных в органическую фазу, если отсутствует задача их разделения, достаточно проконтактировать нагруженную органическую фазу с 0,1 М раствором азотной кислоты. В случае реализации процесса фракционирования в многостадийном динамическом режиме при реэкстракции оптимальным является применение 0,5 М раствора азотной кислоты. В этом случае удается извлечь примерно 26 % U(VI) и 71 % Eu(III), а также около 67 % Th(IV), что подтверждает возможность фракционирования f-элементов на стадии реэкстракции.

Рисунок 2. Реэкстракция U(VI), Th(IV) и Eu(III) из нагруженной органической фазы после экстракции лигандом 10 растворами азотной кислоты разной концентрации. Условия экстракции – С_орг(10)=0,05 М в СHCl₃, С_вод(HNO₃) = 2,5 M, C_исх(М) = 1 мМ

На основании проведенных исследований предложена схема экстракционного группового фракционирования элементов. Схема включает три этапа: экстракция, промывка, реэкстракция, с выделением фракции солеобразующих элементов на стадии экстракции, продукта трехвалентных лантаноидов на стадии промывки и при реэкстракции получаем продукт, содержащий актиноиды (рисунок 3).

Рисунок 3. Схема экстракционного группового фракционирования элементов