Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

А. В. Вальков, проф. каф. общей химии, эл. почта: ale11534@yandex.ru

Проведено моделирование противоточного процесса извлечения циркония из раствора, содержащего 120 г/дм³ ZrO₂, 12,6 г/дм³ HfO₂ и 4,1 моль/дм³ HNO³ 90%-ным трибутилфосфатом в режиме противотока с введением в середину каскада HNO³ в количестве, эквивалентном количеству извлеченного в органическую фазу циркония. Содержание суммы циркония и гафния в органической фазе достигает 80–90 г/дм3, а их коэффициенты разделения изменяются в пределах 5–7. Выполнено моделирование на 6 ступенях противоточного процесса промывки насыщенной цирконием и гафнием органической фазы раствором, содержащим 3,0 моль/дм³ HNO₃, при соотношении фаз О:В = 7:1. В экстракте получен цирконий, содержащий <0,01 % (мас.) гафния. Рассмотрена возможность рециркуляции HNO₃ в ячейках противоточного каскада и показано, что на стадии промывки можно использовать раствор HNO₃ концентрацией не 3–4 моль/дм³, а только 0,1–0,5 моль/дм³. Проведены испытания предложенного процесса на центробежных экстракторах и показано, что при их использовании производительность системы составляет 75–100 % от номинальной (тестовой) характерной экстракторам этой серии. Предложена принципиальная технологическая схема разделения циркония и гафния, включающая стадии экстракции, промывки и реэкстракции. На стадии экстракции 90–93%-ным раствором трибутилфосфата извлекают цирконий из водного раствора, содержащего 150–180 г/дм³ циркония и гафния (в расчете на оксиды) и 3–4 моль/дм³ HNO₃ с дополнительным введением кислоты в середину экстракционной стадии каскада. Полученную органическую фазу промывают 0,1–0,5 моль/дм³ раствором HNO₃ при соотношении фаз О:В = 5:1. Установлено, что при экстракции из концентрированных растворов на каждый килограмм циркония на каскад вводится в 2,4 раза меньше HNO₃.

1. Ling Yun Wang, Man Seung Lee. Separation of zirconium and hafnium from nitric acid solutions with LIX 63, PC 88A and their mixture by solvent extraction // Hydrometallurgy. 2014. Vol. 150. P. 153–160.
2. Aliakbari M., Saberyan K., Noaparast M., Abdollahi H., Akcil A. Separation of hafnium and zirconium using TBP modified ferromagnetic nanoparticles: Effects of acid and metals concentrations // Hydrometallurgy. 2014. Vol. 146. P. 72–75.
3. Taghizadeh M., Ghanadi M., Zolfonoun E. Separation of zirconium and hafnium by solvent extraction using mixture of TBP and Cyanex 923 // Journal of Nuclear Materials. 2011. Vol. 412, No. 3. P. 334–337.
4. Xu Zhi-gao, Wang Li-jun, Chi Ru-an, Zhang Li, Wu Ming. Extraction kinetics of zirconium and hafnium in DIBK-P204 system // Nonferrous Metals (Extractive Metallurgy). 2013. No. 3. P. 28–31.
5. Jakóbik-Kolon A., Smolik M., Jaroszek H. The influence of the treatment of Zr (IV) and Hf (IV) sulfate solution on the ion-exchange purifying of zirconium from hafnium on Diphonix^® resin // Hydrometallurgy. 2013. Vol. 140. P. 77–81.
6. Пат. 2278820 РФ, МПК C 01 G 25/00. Способ разделения циркония и гафния / Белозерова Л. А., Федоров В. Д., Копарулина Е. С., Копарулин И. Г., Черемных Г. С., Штуца М. Г., Бутя Е. А., Балуев В. А. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Чепецкий
механический завод» ; заявл. 16.08.2004 ; опубл. 27.06.2006.
7. Пат. 2557594 РФ, МПК C 01 G 25/00. Способ экстракционного извлечения циркония и гафния / Васильев Д. И., Свиридов А. М., Москаленко О. П., Лихачева О. Г., Штуца М. Г., Шавкунова М. Ю., Синегрибова О. А., Копарулина Е. С. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Чепецкий механический завод» ; заявл. 15.11.2013 ; опубл. 20.05.2015.
8. Шавкунова М. Ю., Синегрибова О. А., Копарулина Е. С., Штуца М. Г. Влияние условий осаждения гидроксида циркония на его состав и поведение примесей // Химическая технология. 2013. № 4. С. 209–214.
9. Вальков А. В. Экстракция циркония и гафния из концентрированных азотнокислых растворов // Цветные металлы. 2015. № 7. С. 44–47. DOI: http:/dx.dio.org/10.17580.tsm.2015.07.08
10. Федоров В. Д., Ефимов Ю. Н., Михайлов А. А., Аржаткина О. А., Мухачев А. П., Линдт К. А., Черемных Г. С., Штуца М. Г., Бутя Е. Л. Разработка технологии получения оксида циркония (с содержанием гафния менее 0,05 %) многоцелевого назначения с использованием процессов спекания со щелочью и экстракции // Оборонный комплекс — научно-техническому прогрессу России. 1999. № 4. С. 59–65.
11. Копарулина Е. С. Экстракционная технология получения соединений циркония и гафния ядерной чистоты из полупродуктов и отходов кремнефторидного производства : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Глазов, 2006. — 18 с.
12. Вальков А. В., Плахов В. П., Сырцов С. Ю. Экстракционная технология выделения циркония и гафния // Тез. докл. ХIII Российской конф. по экстракции. Симпозиум «Экстракция в гидрометаллургии, радиохимии, технологии неорганических и органических веществ». Ч. 2. — М., 2004. С. 133–134.
13. Михлин Е. Б., Корпусов Г. В. Экстракция редкоземельных элементов цериевой подгруппы диизоамиловым эфиром метилфосфоновой кислоты // Журн. неорг. химии. 1965. Т. 10, № 12. С. 2787–2795.