Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЕДНЕННОГО ПО ИЗОТОПУ Zn ОКСИДА ЦИНКА, ОЧИЩЕННОГО ОТ ПРИМЕСЕЙ ОЛОВА И КРЕМНИЯ

Изобретение относится к технологии получения обедненного по изотопу Zn⁶⁴ оксида цинка, очищенного от примесей олова и кремния, который в настоящее время используется в качестве добавки в водный теплоноситель первого контура атомных реакторов. Добавление цинка снижает количество радиоактивного Со⁶⁰, образующегося в результате облучения потоком нейтронов природного кобальта, который в свою очередь содержится в конструкционных материалах оборудования. В качестве сырья для изотопного смещения используется легколетучее соединение - диэтилцинк. Товарной формой обедненного цинка является его оксид - как порошок, так и спрессованные из него методом сухого прессования таблетки. Процесс получения обедненного оксида цинка из диэтилцинка состоит из следующих основных стадий: газоцентрифужное разделение природной смеси изотопов, получение гидролизом диэтилцинка гидроксида цинка, его сушка и прокаливание. Одними из лимитирующих примесей являются олово и кремний, содержание которых достигает 0,013% (масс.) и 0,015% (масс.) соответственно. Установлено, что концентрирование примесей олова и кремния происходит на стадии разделения изотопов в результате длительного взаимодействия диэтилцинка с конструкционными материалами разделительного каскада.

Известен способ очистки алкильных соединений непереходных элементов II-VI групп Периодической системы от примеси галоидного алкила ректификацией и ректификационная колонна для его осуществления, патент №2111968 (C07F 3/06, C07F 7/26, B01D 3/16). Недостатками известного метода является сложность конструкции установки, большие экономические затраты на изготовление установки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки оксида цинка от примеси кремния (патент RU 2309897, С01G 9/02). Способ включает растворение оксида цинка в разбавленной уксусной кислоте, фильтрацию образующегося раствора ацетата цинка от нерастворимого осадка силиката цинка с последующим взаимодействием ацетата цинка с раствором карбоната аммония, выделением из реакционной смеси осадка амиачно-карбонатного комплекса цинка, его сушку и термообработку.

Недостатками данного метода является многостадийность процесса, большой расход реагентов на осуществление химического передела, ввиду введения в технологический процесс дополнительных реагентов возникает возможность загрязнения другими примесями.

Заявленный способ отличается тем, что: порошок оксида цинка, обедненный по изотопу Zn⁶⁴, полученный гидролизом диэтилцинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, с последующей сушкой и прокаливанием, растворяют в водном растворе уксусной кислоты, при соотношении реагентов - оксид цинка:вода:уксусная кислота, равном 1:(1,6-2,0):(1,8-2,2) по массе, полученный раствор упаривают до пересыщения -образования плотной корочки ацетата цинка, плавно охлаждают до температуры 25-30°С, выдерживают в течении 15-20 часов, выпавший из раствора кристаллогидрат ацетата цинка фильтруют и подвергают термическому разложению на воздухе до оксида цинка при температуре 600-800°С в течение 4-6 часов.

Задачей данного изобретения является сокращение числа стадий и операций, снижение экономических затрат на очистку от примесей, снижение примеси олова и кремния в товарном продукте менее 10^-3%.

Загрязнение примесями олова и кремния происходит на стадии разделения изотопов в результате длительного взаимодействия диэтилцинка с конструкционными материалами разделительного каскада, которые содержат олово и кремний. При химическом переделе диэтилцинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, в оксид цинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, примеси олова и кремния остаются в конечном продукте - оксиде цинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴.

Эффект очистки от примесей олова и кремния достигается за счет того, что олово и кремний при данных условиях не взаимодействуют с уксусной кислотой и в результате кристаллизации остаются в растворе, который отделяется от целевого продукта фильтрацией. В результате получается оксид цинка с содержанием примесей олова и кремния не более 10% (масс.) по каждому элементу. Выход оксида цинка составляет 90%.

Пример 1. Порошок оксида цинка, обедненный по изотопу Zn⁶⁴, получен путем гидролиза диэтилцинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, с последующей сушкой и прокаливанием. Загрязнение примесями олова и кремния происходит на стадии разделения изотопов в результате длительного взаимодействия диэтилцинка с конструкционными материалами разделительного каскада, которые содержат олово и кремний. При химическом переделе диэтилцинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, в оксид цинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, примеси олова и кремния остаются в конечном продукте - оксиде цинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴.

Порошок оксида цинка, обедненный по изотопу Zn⁶⁴, растворяют в водном растворе уксусной кислоты при соотношении реагентов - оксид цинка:вода:уксусная кислота, равном 1:1,6:1,8 по массе. Полученный раствор упаривают до пересыщения, охлаждают до температуры 25-30°С, выдерживают в течение 15 часов. Выпавший из раствора кристаллогидрат ацетата цинка фильтруют и подвергают термическому разложению на воздухе до оксида цинка при температуре 600°С в течение 4-6 часов. Выход оксида цинка составляет 90%. Содержание олова и кремния составляет не более 10^-3% (масс.) по каждому элементу.

Пример 2. Порошок оксида цинка, обедненный по изотопу Zn⁶⁴, получен путем гидролиза диэтилцинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, с последующей сушкой и прокаливанием. Загрязнение примесями олова и кремния происходит на стадии разделения изотопов в результате длительного взаимодействия диэтилцинка с конструкционными материалами разделительного каскада, которые содержат олово и кремний. При химическом переделе диэтилцинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, в оксид цинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, примеси олова и кремния остаются в конечном продукте - оксиде цинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴.

Порошок оксида цинка, обедненный по изотопу Zn⁶⁴, растворяют в водном растворе уксусной кислоты при соотношении реагентов - оксид цинка:вода:уксусная кислота, равном 1:1,8:2,0 по массе. Полученный раствор упаривают до пересыщения, охлаждают до температуры 25-30°С, выдерживают в течение 18 часов. Выпавший из раствора кристаллогидрат ацетата цинка фильтруют и подвергают термическому разложению на воздухе до оксида цинка при температуре 700°С в течение 4-6 часов. Выход оксида цинка составляет 90%. Содержание олова и кремния составляет не более 10^-3% (масс.) по каждому элементу.

Пример 3. Порошок оксида цинка, обедненный по изотопу Zn⁶⁴, получен путем гидролиза диэтилцинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, с последующей сушкой и прокаливанием. Загрязнение примесями олова и кремния происходит на стадии разделения изотопов в результате длительного взаимодействия диэтилцинка с конструкционными материалами разделительного каскада, которые содержат олово и кремний. При химическом переделе диэтилцинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, в оксид цинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴, примеси олова и кремния остаются в конечном продукте - оксиде цинка, обедненного по изотопу Zn⁶⁴.

Порошок оксида цинка, обедненный по изотопу Zn⁶⁴, растворяют в водном растворе уксусной кислоты при соотношении реагентов - оксид цинка:вода:уксусная кислота, равном 1:2,0:2,2 по массе. Полученный раствор упаривают до пересыщения, охлаждают до температуры 25-30°С, выдерживают в течение 20 часов. Выпавший из раствора кристаллогидрат ацетата цинка фильтруют и подвергают термическому разложению на воздухе до оксида цинка при температуре 800°С в течение 4-6 часов. Выход оксида цинка составляет 90%. Содержание олова и кремния составляет не более 10^-3% (масс.) по каждому элементу.

При соотношении реагентов - оксид цинка:вода:уксусная кислота, меньшем 1:1,6:1,8 по массе, процесс растворения оксида цинка происходит не полностью. Использование соотношения реагентов - оксид цинка:вода:уксусная кислота, большего 1:2,0:2,2 по массе, нецелесообразно, т.к. приводит к увеличению времени на упаривание раствора до пересыщения.

При проведении кристаллизации из раствора с временем, меньшим 15 часов, выход ацетата цинка не превышает 70%. Проведение кристаллизации по времени более 20 часов нецелесообразно, увеличение выхода ацетата цинка не происходит.

Проведение термического разложения при температуре меньше 600°С приводит к повышенному содержанию примеси углерода в оксиде цинка ввиду неполного выгорания углеводородных радикалов. Проведение термического разложение при температуре больше 800°С нецелесообразно.