RU2052385C1 - Method for separation of zirconium and hafnium - Google Patents
Method for separation of zirconium and hafnium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2052385C1 RU2052385C1 RU93015363A RU93015363A RU2052385C1 RU 2052385 C1 RU2052385 C1 RU 2052385C1 RU 93015363 A RU93015363 A RU 93015363A RU 93015363 A RU93015363 A RU 93015363A RU 2052385 C1 RU2052385 C1 RU 2052385C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hafnium
- zirconium
- solution
- precipitation
- separation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии редких и рассеянных элементов и может быть использовано в технологии получения чистого циркония и чистого гафния или сплавов каждого из этих металлов с другими элементами, в частности для получения сплавов циркония с содержанием гафния менее 0,01% для твэлов АЭС. The invention relates to the chemical technology of rare and trace elements and can be used in the technology for producing pure zirconium and pure hafnium or alloys of each of these metals with other elements, in particular for producing zirconium alloys with a hafnium content of less than 0.01% for nuclear fuel elements.
Известен способ разделения циркония и гафния из азотнокислого раствора экстракцией циркония трибутилфосфатом в инертном разбавителе при концентрации гафния в водной фазе [1]
Этому способу, как и другим вариантам экстракционного метода, свойственны высокая стоимость экстрагентов и пожароопасность производства. Кроме того, разделения циркония и гафния экстракционным методом плохо сочетается с процессами вскрытия циркона и получением чистого металла восстановлением из его тетрафторида.A known method of separating zirconium and hafnium from a nitric acid solution by extraction of zirconium with tributyl phosphate in an inert diluent at a concentration of hafnium in the aqueous phase [1]
This method, as well as other versions of the extraction method, is characterized by a high cost of extractants and fire hazard of production. In addition, the separation of zirconium and hafnium by the extraction method is poorly combined with the processes of opening zircon and obtaining pure metal by reduction from its tetrafluoride.
Наиболее близким к изобретению является способ разделения циркония и гафния методом дробной кристаллизации [2] Согласно способу фторцирконат, содержащий около 2% гафния растворяют в воде при 80-90оС, затем охлаждают до 19оС и выкристаллизовывают до 93% гексафторцироконата калия. Осадок отделяют от маточника и снова проводят их растворение и кристаллизацию. Первые и вторые маточники, обогащенные гафнием, выводят из цикла, а последующие используют для растворения кристаллов. После проведения 16-18 ступеней кристаллизации добиваются извлечения циркония до 80% при содержании в нем гафния около 0,01% и получают металлический цирконий необходимой степени очистки.The closest to the invention is a method of separating zirconium and hafnium by fractional crystallisation [2] According to the method fluorozirconate, containing about 2% hafnium were dissolved in water at 80-90 ° C, then cooled to 19 ° C and crystallized to 93% geksaftortsirokonata potassium. The precipitate is separated from the mother liquor and again they are dissolved and crystallized. The first and second mother liquors enriched with hafnium are taken out of the cycle, and the subsequent ones are used to dissolve the crystals. After carrying out 16-18 stages of crystallization, zirconium is extracted up to 80% with a hafnium content of about 0.01% in it and metal zirconium of the required degree of purification is obtained.
Недостатком способа является низкий коэффициент разделения циркония и гафния в каждом цикле, а следовательно, многостадийность процесса и низкая производительность технологического оборудования. The disadvantage of this method is the low separation coefficient of zirconium and hafnium in each cycle, and therefore, the multi-stage process and low productivity of process equipment.
Целью изобретения является повышение коэффициента разделения циркония и гафния в каждом технологическом цикле. The aim of the invention is to increase the separation coefficient of zirconium and hafnium in each technological cycle.
Сущность изобретения состоит в том, что в известном осадительном способе разделение циркония и гафния (включающем получение водного раствора, содержащего цирконий и гафний, осаждение осадка, обогащенного цирконием, и отделение осадка от маточника) растворение проводят в присутствии аминополикарбоновых кислот или их солей, а осаждение осуществляют введением в раствор фторида щелочного металла или аммония, а также в том, что растворение проводят в присутствии этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) или ее солей: динатриевой (Na2H2ЭДТА), дикалиевой (К2Н2ЭДТА) или ее медного комплекса /Cu(Na2ЭДТА)/, нитрилтриуксусной кислоты (НТА) или ее солей.The essence of the invention lies in the fact that in the known precipitation method, the separation of zirconium and hafnium (including obtaining an aqueous solution containing zirconium and hafnium, precipitation of the precipitate enriched with zirconium, and separation of the precipitate from the mother liquor), the dissolution is carried out in the presence of aminopolycarboxylic acids or their salts, and the precipitation carried out by introducing a solution of an alkali metal or ammonium fluoride, as well as the fact that the dissolution is carried out in the presence of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) or its salt: disodium (Na 2 H 2 EDTA) ikalievoy (C 2 H 2 EDTA) or its copper complex / Cu (Na 2 EDTA) /, nitrilotriacetic acid (NTA) or its salts.
Обнаружена закономерность аномального увеличения растворимости гексафторэрогафната щелочных металлов или аммония по сравнению с растворимостью гексафтороцирконата в их смешанном растворе в присутствии аминополикарбоновых кислот или их солей, что приводит к значительному увеличению коэффициента разделения циркония и гафния с 1,54 в методе дробного осаждения до 10 и более. A pattern was found for an anomalous increase in the solubility of alkali metal or ammonium hexafluoroerogaphnate as compared with the solubility of hexafluorozirconate in their mixed solution in the presence of aminopolycarboxylic acids or their salts, which leads to a significant increase in the separation coefficient of zirconium and hafnium from 1.54 in the fractional precipitation method to 10 or more.
Механизм разделения циркония и гафния в водных растворах методом кристаллизации в присутствии аминополикарбоновых кислот или их солей основан на том, что соединения гафния образуют большее количество водородных связей, чем комплексы циркония. Следствием этого является повышение их растворимости в водном растворе. Добавление в водный раствор аминополикарбоксилатного аниона приводит к увеличению числа Н-связей не только через фторид-ионы (М- F H2O), но также и через атомы кислорода карбоксилатных групп аминополикарбоксилатных анионов, например СООН.Н2О. Затем при введении в раствор фторидов щелочных металлов или аммония происходит образование фторцирконата, который вследствие низкой растворимости выпадает в осадок, гафний остается в жидкой фазе.The mechanism of separation of zirconium and hafnium in aqueous solutions by crystallization in the presence of aminopolycarboxylic acids or their salts is based on the fact that hafnium compounds form a greater number of hydrogen bonds than zirconium complexes. The consequence of this is an increase in their solubility in aqueous solution. The addition of an aminopolycarboxylate anion to an aqueous solution leads to an increase in the number of H-bonds not only through fluoride ions (M-FH 2 O), but also through oxygen atoms of the carboxylate groups of aminopolycarboxylate anions, for example COOH.N 2 O. Then, when introduced into the solution alkali metal or ammonium fluoride fluorozirconate is formed, which due to low solubility precipitates, hafnium remains in the liquid phase.
П р и м е р 1. Металлические отходы твэльного производства в количестве 10 г, содержащие около 99% циркония, 1% ниобия и 3,4 · 10-2% гафния растворяют в водном растворе (1 л) фтористоводородной кислоты (20 г/л) в присутствии эквивалентного по отношению к цирконию количестве динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (20 г/л) при температуре 20-25оС. В полученный раствор вводят порошок фтористого калия в эквивалентном по отношению к цирконию количестве (12 г) и проводят осаждение фторцирконата калия с концентрацией гафния в растворе. Осадок отделяют фильтрованием, проводят его сушку и анализ на содержание гафния спектральным и нейтронно-активационным методами. Количество гафния в осадке по результатам анализа не превышает 3 · 10-3% Проводят анализ содержания гафния в маточнике нейтронно-активационным методом, количество гафния по результатам анализа составляет около 99% от содержания в исходном растворе. Таким образом коэффициент разделения циркония и гафния, достигаемый по данному способу, более 10.PRI me R 1. Metal waste of fuel production in the amount of 10 g, containing about 99% zirconium, 1% niobium and 3.4 · 10 -2 % hafnium is dissolved in an aqueous solution (1 l) of hydrofluoric acid (20 g / l) in the presence of an equivalent with respect to the amount of zirconium is the disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (20 g / l) at 20-25 C. to the resulting solution was added powdered potassium fluoride in an equivalent relative to the amount of zirconium (12 g) is precipitated fluorozirconate potassium with the concentration of hafnium in solution. The precipitate is separated by filtration, it is dried and analyzed for hafnium content by spectral and neutron activation methods. According to the analysis results, the amount of hafnium in the precipitate does not exceed 3 · 10 -3 %. The content of hafnium in the mother liquor is analyzed by the neutron-activation method, the amount of hafnium according to the analysis results is about 99% of the content in the initial solution. Thus, the separation coefficient of zirconium and hafnium, achieved by this method, more than 10.
K≥ ≈ 10
П р и м е р 2. В водный раствор (1 л) фтористоводородной кислоты (30 г/л), содержащей 10 г циркония, 10 г гафния и 10 г нитрилтриуксусной кислоты вводят 15 г порошка фтористого калия и проводят осаждение фторцирконата калия. Осадок отделяют и анализируют как в примере 1. Содержа-ние циркония в осадке по результатам анализа составляет 9,2 г, а гафния не более 0,8 г. Содержание гафния в маточном растворе по результатам анализа составляет 9,1 г.K≥ ≈ 10
PRI me R 2. In an aqueous solution (1 l) of hydrofluoric acid (30 g / l) containing 10 g of zirconium, 10 g of hafnium and 10 g of nitrile triacetic acid, 15 g of potassium fluoride powder are introduced and potassium fluorozirconate is precipitated. The precipitate is separated and analyzed as in example 1. The content of zirconium in the precipitate according to the analysis is 9.2 g, and hafnium is not more than 0.8 g. The content of hafnium in the mother liquor according to the analysis is 9.1 g.
Таким образом, коэффициент разделения циркония и гафния по данному способу более 10. Thus, the separation coefficient of zirconium and hafnium in this method is more than 10.
K ≥ 10
П р и м е р 3. В водный раствор (1 л), содержащий фтористоводородную кислоту (30 г/л), цирконий (10 г), гафний (10 г) и этилендиаминтетрауксусную кислоту в количестве 20 г/л при температуре 20-25оС вводят порошок фтористого калия в количестве 14 г, проводят осаждение фторцирконата и анализ осадка и раствора как в примере 1. Количество гафния в осадке не превышает 0,9 г, таким образом коэффициент разделения составил
K ≈ 11
П р и м е р 4. В водный раствоp (1 л), содержащий фтористоводородную кислоту (20 г/л), цирконий (9,9 г), гафний (0,04 г) и медный комплекс динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na2CuC10H12O8N2) в количестве 5 г/л вводят порошок фтористого натрия в количестве 12 г и проводят осаждения фторцирконата натpия. Затем анализиpуют состав осадка как в примере 1. Количество гафния в осадке не превышает 3 · 10-3% Коэффициент разделения составляет
K ≈ 13
П р и м е р 5. В водный раствор (1 л), содержащий цирконий (19 г), гафний (1 г) и фтористоводородную кислоту (20 г/л) и нитрилтриуксусную кислоту (10 г) вводят 20 г порошка фтористого калия и проводят осаждение фторцирконата калия. Осадок отделяют и анализируют как в примере 1. Анализируют маточный раствор методом нейтронно-активационного анализа. Содержание гафния в растворе составило 0,95 г. Коэффициент разделения составил
K 20
П р и м е р 6. Раствор приготавливают как в примере 5. Осаждение проводят введением стихиометрического количества (16 г) фтористого аммония. Полученный осадок отделяют, а маточный раствор анализируют методом нейтронно-активационного анализа. Содержание гафния в растворе составило 0,92 г. Коэффициент разделения составил
K ≈ 13
Результаты примеров осуществления способа показывают, что проведение растворения и осаждения соединений циркония в присутствии приведенных аминополикарбоновых кислот и их солей наблюдается (в 5-10 раз) увеличение коэффициента разделения циркония и гафния по сравнению с известными осадительными методами. При промышленном использовании способа это позволит получить ядерно чистый цирконий (содержание гафния менее 0,01 ат.), сократив количество ступеней кристаллизации (до двух-трех вместо 20-30), в несколько раз повысить производительность технологического оборудования. Кроме того, с помощью предложенного способа может быть одновременно получен металл с высоким содержанием гафния, который может быть использован для других целей.K ≥ 10
PRI me R 3. Into an aqueous solution (1 l) containing hydrofluoric acid (30 g / l), zirconium (10 g), hafnium (10 g) and ethylenediaminetetraacetic acid in an amount of 20 g / l at a temperature of 20- 25 о С, potassium fluoride powder in the amount of 14 g is introduced, precipitation of fluorozirconate and analysis of the precipitate and solution are carried out as in example 1. The amount of hafnium in the precipitate does not exceed 0.9 g, so the separation coefficient is
K ≈ 11
PRI me R 4. Into an aqueous solution (1 l) containing hydrofluoric acid (20 g / l), zirconium (9.9 g), hafnium (0.04 g) and a copper complex of disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (Na 2 CuC 10 H 12 O 8 N 2 ) in an amount of 5 g / l, sodium fluoride powder in an amount of 12 g is introduced and sodium fluorozirconate is precipitated. Then analyze the composition of the precipitate as in example 1. The amount of hafnium in the precipitate does not exceed 3 · 10 -3 % The separation coefficient is
K ≈ 13
PRI me R 5. Into an aqueous solution (1 l) containing zirconium (19 g), hafnium (1 g) and hydrofluoric acid (20 g / l) and nitrile triacetic acid (10 g), 20 g of potassium fluoride powder and potassium fluorozirconate is precipitated. The precipitate is separated and analyzed as in example 1. Analyze the mother liquor by neutron activation analysis. The hafnium content in the solution was 0.95 g. The separation coefficient was
K 20
PRI me R 6. The solution is prepared as in example 5. Precipitation is carried out by introducing a stiometric amount (16 g) of ammonium fluoride. The precipitate obtained is separated, and the mother liquor is analyzed by neutron activation analysis. The hafnium content in the solution was 0.92 g. The separation coefficient was
K ≈ 13
The results of examples of the method show that the dissolution and precipitation of zirconium compounds in the presence of the aminopolycarboxylic acids and their salts (5-10 times) increase the separation coefficient of zirconium and hafnium compared with the known precipitation methods. With the industrial use of the method, this will make it possible to obtain nuclear-grade zirconium (hafnium content less than 0.01 at.), Reducing the number of crystallization steps (to two or three instead of 20-30), and to increase the productivity of technological equipment several times. In addition, using the proposed method can be simultaneously obtained metal with a high content of hafnium, which can be used for other purposes.
Предложенный метод с большим экономическим эффектом и без каких либо изменений технологических схем может быть применен при переработке металлических отходов циркониевого производства. The proposed method with great economic effect and without any changes in technological schemes can be applied in the processing of metal waste from zirconium production.
Кроме того, на основе этого метода может быть создана принципиальная новая, высокопроизводительная, безопасная и экологически чистая технология получения ядерно чистого циркония, имеющего cпроc на мировом рынке. In addition, on the basis of this method, a fundamentally new, high-performance, safe and environmentally friendly technology for producing nuclear-pure zirconium, which has a demand in the world market, can be created.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93015363A RU2052385C1 (en) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Method for separation of zirconium and hafnium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93015363A RU2052385C1 (en) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Method for separation of zirconium and hafnium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93015363A RU93015363A (en) | 1995-07-09 |
| RU2052385C1 true RU2052385C1 (en) | 1996-01-20 |
Family
ID=20139158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93015363A RU2052385C1 (en) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Method for separation of zirconium and hafnium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2052385C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2156477C1 (en) * | 1999-06-07 | 2000-09-20 | Открытое акционерное общество "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Servo meter with correcting filter |
| RU2307182C2 (en) * | 2005-10-31 | 2007-09-27 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Zirconium and hafnium separation process |
-
1993
- 1993-03-23 RU RU93015363A patent/RU2052385C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Большаков К.А. и др. Технология редких и рассеянных элементов. М.: Высшая школа, 1969, т.2, с.475. 2. Большаков К.А. и др. Технология редких и рассеянных элементов. м.: Высшая школа, 1969, т.2, с.448. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2156477C1 (en) * | 1999-06-07 | 2000-09-20 | Открытое акционерное общество "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Servo meter with correcting filter |
| RU2307182C2 (en) * | 2005-10-31 | 2007-09-27 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Zirconium and hafnium separation process |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1020711C (en) | Method for recovering germanium from germanium-containing solution | |
| US4666686A (en) | Process for the fluid-fluid extraction of gallium, germanium or indium from liquid solutions | |
| KR100578712B1 (en) | Recovery of Neodymium by Acetic Acid Leaching of NFFA Permanent Magnet Oxide Scrap | |
| JPS5928614B2 (en) | Method for separating and purifying platinum and/or palladium | |
| RU2052385C1 (en) | Method for separation of zirconium and hafnium | |
| CN106756023A (en) | The method that depth separates calcium and magnesium impurity in manganese sulfate | |
| CN115725855A (en) | Method for preparing high-purity cesium salt and high-purity rubidium salt | |
| JPS62502683A (en) | chemical purification method | |
| Miralles et al. | Solvent extraction of zinc (II) by organophosphorus acids compounds from perchlorate solutions. | |
| JPH1030135A (en) | Method for producing high purity nickel aqueous solution | |
| RU2373155C2 (en) | Method of extractant purification of regenerated uranium | |
| CN120229747A (en) | A method for removing trace impurity elements from high-purity rubidium salt | |
| JPH03207825A (en) | Method for separating and recovering rare earth elements from raw material containing rare earth elements and iron | |
| RU2211871C1 (en) | Method of processing loparite concentrate | |
| RU2379776C1 (en) | Method of processing uranium-zircon wastes | |
| JPS6158533B2 (en) | ||
| CN105776307B (en) | The pre-treating method that a kind of rare earth oxide isolates and purifies | |
| CN118957318A (en) | A method for preparing high-purity scandium oxide using a synergistic extraction system | |
| RU2083710C1 (en) | Method for production of fluoride scandium product | |
| RU2223918C1 (en) | Ruthenium concentration method | |
| JPH0455977B2 (en) | ||
| JPH0632618A (en) | Purification of metal chloride | |
| Wenzel et al. | Purification of Plutonium Sulfate Tetrahydrate by Recrystallization and Ion Exchange. | |
| RU2312816C2 (en) | Method of separating strontium-89 from yttrium | |
| RU93015363A (en) | The method of separation of zirconium and hafnium |