183570. lajstromszámú szabadalom • Eljárás izotópok elválasztására az irányított disztribució módszerével az izotóp koncentrációshatás kihasználása mellett
1 183570 2 cserélőt vagy alacsonyrendű gombák, így Pénicillium chrysogenum micéliumából készült szorbenst használunk. A fázisok érintkezésének idejét 102—104 sec között választjuk meg; sötétben vagy 250—650 közötti hullámhosszúságú fényben dolgozunk, továbbá a keverő fordulatszámát 0,800—12,0 fordulat/sec közé állítjuk vagy kolonna elrendezés esetén 10~4—10"1 m/sec átfolyási sebességet, 10~4—10~3 m közötti részecskeátmérőjű szilárd szorbenst és 273—373 °K közötti hőmérsékletet választunk. A deszorpcióhoz 10"'—1,5 M koncentrációjú nátriumkarbonát és nátrium-klorid oldatot vagy nátrium-karbonát és sósav oldatot használunk. A találmány szerinti eljárást az eddigi izotópkicscrélődési reakciókkal elérhetőnél jóval nagyobb elválasztási faktor jellemzi. A szorpció illetve az uránizotópok szorpciója alatt az elemi elválasztási faktor maximális értéke 1,02—1,10 között mozog. Különösen előnyös a hatértékű urán oldatának és magas szelektivitású, azonban az urán tekintetében nem túl nagy kapacitású oldószer felhasználása, valamint a szorpciós, adott esetben a deszorpciós folyamat nem túl gyors kinetikája. Az izotópok elválasztására szolgáló találmány szerinti eljárás nagy gazdasági és technológiai jelentőségű. Az elemi elválasztási faktor, különösen uránizotópok elválasztásakor jelentkező növekedése az elválasztási lépcsők számának 1,0—1,5-szörös csökkentését, a stancionárius állapot beállásához szükséges idő megrövidülését és a berendezésben visszamaradt urán számszerint ugyancsak mintegy egyszeres csökkenését eredményezi. Az eljárás során dolgozhatunk a hatértékű urán oldatával, nem szükséges az urán vegyértékének változtatása, valamint dúsítás előtt UF6 vegyületté alakítása, mint ez az iparilag eddig alkalmazott dúsítási eljárások során történt. Az eljárás egy további jelentős előnye, hogy urántartalmú kiindulási anyagként dúsított uránt is használhatunk, melyet a jelenlegi folyamat „produkál” és a hulladék 235U-izotóp tartalma legalább a felére csökken. Az izotópok elválasztására szolgáló találmány szerinti eljárást közelebbről megvilágítjuk az alábbi példával, melyben szorpciósszert használtunk: a) szilárd szorbens vagy folyékony extrakciósszer és izotópok, például 235U(VI) és 238U(VI) keverékének vizes oldatának érintkezésekor, ahol az egyik izotóp koncentrációja számszerint legalább 0,5—1-szer magasabb mint a másiké, bekövetkezik a két izotóp egyidejű szorpciója, azzal a különbséggel, hogy a folyamat hajtóerejének, vagyis az egyensúlyi állapottól és a tömegátviteli koefficiens értéktől való relatív távolság szorpcióssebessége proporcionális. Ez az egyes izotópkomponensre általában különböző szorpcióssebesség, mely összefüggésben van az izotópkicserélődés hátráltatásával (lásd a g) pontot), egy effektus lényegét képezi, melyet „izotópkoncentrációs hatásnak” neveznek. A szorpcióssebesség leírható például a következő egyenlettel: R — kq • q — ke ‘ c Az egyenletben : R a szorpciós-, adott esetben a deszorpcióssebesség, illetve az egyik fázisból a másikba irányuló izotóptranszport sebessége, kq, kc a tömegátviteli koefficiens, q, c, a folyamat hajtóereje, illetve a „q” és „c” fázisok közötti koncentrációsgradiens, b) az egyik fázisból (itt az egyik vizesből) a másikba történő izotóptranszport hajtóereje egyrészt az izotópok egyik fázison belüli koncentrációjából, másrészt az izotópkoncentráció változásának tartományában és idejében jelentkező egyensúlyi izoterma alakjából tevődik össze; c) az oldaton belüli izotópkoncentrációra és a szorpciós folyamat vezérlésének típusára való tekintettel olyan szorbenst választunk, amely a koncentrációváltozás tartományában lehetőleg különböző irányítási koefficiensekkel rendelkezik az egyes izotópoknak megfelelő egyensúlyi izotermák szakaszain. Előnyös, ha az alacsonyabb izotópkoncentrációkhoz tartozó szorpciós egyensúlyi izoterma irányítási koefficiense 102—103 között van, és a magasabb koncentrációkhoz tartozóé mintegy 10; d) mivel a szorbens kiválasztását annak tulajdonságai korlátozzák, igazíthatjuk az oldat összetételét is a szorbens tulajdonságaihoz. Ebben az értelemben szóba jöhet az abszolút izotópkoncentráció változása, például hígítással a izotóparány eredeti mértékének megtartása mellett, továbbá az oldat összetételének változása további komponensek, például komplexképzők adagolásával; e) a tömegátviteli koefficiens egyrészt az oldat összetételének (izotópkoncentráció) és a szorbens, adott esetben az extrakciósszer fajtájának, másrészt a rendszer hőmérsékletének és hidrodinamikai paramétereinek (keverési és átfolyási sebesség a szorbens részecskemérete és egyebek) függvénye. Mivel a koncentrációfüggés egyike a legfontosabbaknak, ezek a koefficiensek minden izotópra általában különböző értéket adnak, az abszolút értékük azonban mindenekelőtt a szorbens fajtájától függ. Megállapítottuk, hogy olyan szorbenssel célszerű dolgozni, amelyre a tömegátviteli koefficiens értéke a 10~5—10"3 sec*1 tartományon belül mozog; 0 a fent megadott egyensúlyi és kinetikai tulajdonságokkal rendelkező szorbensként általában úgynevezett bioszorbenseket (lásd a 155 833, 184 471 és 190 692 számú csehszlovák szerzői tanúsítványokat), továbbá sztirol-divinilbenzol kopolimer alapú ioncserélőket, önmagában használt vagy hordozóra, így teflonra, cellulózra, kovasavra felvitt extrakciósszereket alkalmazunk; g) szorpcióval, adott esetben az extrakcióval egyidősen gyakorlatilag azonnal megindul az ioncserélődés is, amely az eltérő szorpcióssebességekből származó különbségek miatt csökkenti az egyes izotópok adszorbeált mennyiségét. Az izotópkicserélődési folyamat negatív hatása, melynek sebessége közel azonos a magasabb koncentrációban jelenlévő izotópok szorpcióssebességével, kompenzálható, adott esetben megszüntethető egyrészt a szorpciósszer és az oldat összetételének megfelelő kiválasztásával, másrészt alacsonyabb hőmérsékleten és csekélyebb megvilágításon végzett munkával. Az izotópkicserélődés gátolható azáltal is, hogy a fázisok egyikében az izotópkomponenseket komplexképzőkkel megkötjük, például vagy megfelelő ligandumokat adagolunk az oldatba, vagy olyan szorbenst, adott esetben extrakciósszert haszná-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
