×
20.07.2014
216.012.df1f

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ЖИДКИХ СПЛАВОВ С ЦИНКОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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.
Основные результаты: 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.
Реферат Свернуть Развернуть

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%.

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.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-7 of 7 items.
10.09.2013
№216.012.6905

Топливо энергетического реактора на быстрых нейтронах с активной зоной в виде солевого расплава для конверсии тория-232 в уран-233

Изобретение относится к ядерному топливу, в частности к топливу энергетического реактора-размножителя на быстрых нейтронах с активной зоной в виде солевого расплава. Топливная композиция содержит (мас.%): хлорид калия - 24 + хлорид магния - 16 + тетрахлорид тория - 30 + трихлорид плутония - 30...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492532
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.10.2013
№216.012.7723

Способ очистки свинцового теплоносителя энергетических реакторов с активной зоной в виде солевых расплавов

Изобретение относится к созданию энергетических ядерных реакторов нового поколения на быстрых нейтронах, активная зона которых представляет собой расплавленные смеси хлоридов, содержащих делящиеся изотопы непосредственно контактирующими с жидким теплоносителем -расплавленным свинцом. Предложен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496159
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.11.2013
№216.012.835e

Способ очистки облученного ядерного топлива

Настоящее изобретение относится к области переработки облученного ядерного топлива, в частности к пироэлектрохимической технологии переработки облученного ядерного топлива, к выделению электроположительных продуктов деления из технологических расплавов. Выделение электроположительных продуктов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499306
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.06.2014
№216.012.cdaf

Способ бестокового получения урана (v) в расплавленных хлоридах щелочных металлов

Изобретение относится к области создания пирохимических технологий переработки облученного ядерного топлива, в частности оксидного. Способ бестокового получения урана (V) в расплавленных хлоридах щелочных металлов (NaCl-2CsCl, NaCl-KCl, LiCl-KCl), содержащих ионы урана (VI), сущность которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518426
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.03.2015
№216.013.3220

Способ контроля основных компонентов хлоралюминатного расплава

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для автоматического или экспресс-анализа в лабораторных или промышленных условиях. Способ контроля основных компонентов хлоралюминатного расплава включает определение мольного соотношения этих компонентов в жидком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544307
Дата охранного документа: 20.03.2015
20.03.2016
№216.014.cb14

Топливо энергетического реактора на быстрых нейтронах с активной зоной в виде солевого расплава для конверсии тория-232 в уран-233

Изобретение относится к ядерному топливу, в частности к топливу энергетического реактора-размножителя на быстрых нейтронах с активной зоной в виде солевого расплава. Топливная композиция содержит (мас.%): хлорид калия - 24 + хлорид магния - 16 + тетрахлорид тория - 30 + трихлорид плутония - 30...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577756
Дата охранного документа: 20.03.2016
29.12.2017
№217.015.f6d3

Способ получения лигатуры "алюминий - гадолиний"

Изобретение относится к металлургическим технологиям в области редких и цветных металлов и представляет собой способ получения лигатуры алюминий-гадолиний. Способ включает восстановление фторида гадолиния расплавленным алюминием из шихты, содержащей фторид гадолиния, хлорид калия, хлорид и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639165
Дата охранного документа: 20.12.2017
Showing 1-10 of 157 items.
27.01.2013
№216.012.200f

Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса

Изобретение относится к технологии получения соединений редкоземельных элементов (РЗЭ) при комплексной переработке апатитов, в частности к извлечению РЗЭ из фосфогипса. Способ включает приготовление пульпы из фосфогипса и сорбцию редкоземельных элементов на сорбенте. Приготовление пульпы ведут...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473708
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.20be

Устройство для бесконтактного фотометрического определения характеристик металлических расплавов

Изобретение относится к устройству для определения, контроля и измерения физических параметров веществ и предназначено для бесконтактного фотометрического определения характеристик металлических расплавов, в частности кинематической вязкости и электропроводности. Устройство содержит тигель с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473883
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.20e8

Способ определения поглощенной дозы β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе

Изобретение относится к радиационной физике, является способом оценки накопленной дозы ионизирующего β-излучения с использованием твердотельных термолюминесцентных детекторов и может быть использовано при персональной дозиметрии при мониторинге радиационной обстановки в различных условиях....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473925
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.20e9

Устройство для определения поглощенной дозы β-излучения в твердотельном термолюминесцентном детекторе

Изобретение относится к радиационной физике, является устройством для определения поглощенной дозы ионизирующего β-излучения в термолюминесцентном детекторе и может быть использовано при персональной дозиметрии, при мониторинге радиационной обстановки в различных условиях. Сущность изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473926
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.236a

Способ получения 1,4-дизамещенных [1.1.1.1.1] пентиптиценов

Изобретение относится к способу получения 1,4-дизамещенных [1.1.1.1.1] пентиптиценов R = С≡С-Аr; тиенил-2. Способ включает взаимодействие пентиптиценхинона с литиевыми производными гетаренов и ацетиленов с последующей ароматизацией восстанавливающим агентом. При этом способ характеризуется...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474568
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.2407

Роторный ветродвигатель с ветронаправляющим экраном

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для получения механической или электрической энергии. Роторный ветродвигатель содержит вращающуюся ветротурбину, расположенную внутри ветронаправляющего экрана, состоящего из отдельных лопаток, поворачивающихся на своих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474725
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.286f

Устройство защиты ядерного реактора на быстрых нейтронах

Предлагаемое изобретение относится к системам защиты и диагностики ядерного реактора на быстрых нейтронах АЭС. Устройство защиты ядерного реактора содержит измерители и датчики режимов работы АЭС и системы управления защиты, стержень аварийной защиты для гашения цепной реакции при авариях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475871
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2a6c

Волновод для осветления стекломассы

Изобретение относится к области стекловарения, в частности к стекловаренным печам. Волновод для осветления стекломассы, включающий погруженный в расплав стекломассы цилиндрический корпус волновода с закрытым торцом, снабжен газоструйным акустическим излучателем, трубопроводом для подачи и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476387
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.03.2013
№216.012.2f61

Устройство для получения труб с винтовым профилем

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, конкретно - к трубопрофильному производству. Корпус содержит два держателя с профильными кольцами, установленные последовательно вдоль оси трубы. Один держатель выполнен подвижным с возможностью поворота вокруг своей оси при помощи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477664
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.2f90

Легированное кварцевое стекло с тетраэдрической координацией атомов титана

Изобретение касается легированного кварцевого стекла с тетраэдрической координацией атомов титана и может быть использовано при создании оптоэлектронных и светоизлучающих устройств. Легированное кварцевое стекло с тетраэдрической координацией атомов титана представляет собой основу, состоящую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477711
Дата охранного документа: 20.03.2013
+ добавить свой РИД