Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2021

Идентификатор DOI: 10.15372/KhUR2021310

Ключевые слова: mathematical modeling of chemical processes, chemical thermodynamics, extraction, rare earth elements, americium, математическое моделирование химических процессов, химическая термодинамика, экстракция, редкоземельные элементы, америций

Аннотация: Одна из наиболее сложных задач при переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) - разделение редкоземельных (РЗЭ) и трансплутониевых элементов (ТПЭ). Это обусловлено близостью экстракционных и сорбционных свойств РЗЭ и ТПЭ. Одним из наиболее производительных промышленно апробированных способов отделения РЗЭ от ТПЭ является экстракция трибутилфосфатом (ТБФ) в присутствии комплексонов. Сложность создания эффективной технологии разделения РЗЭ и ТПЭ заключается в том, что данные элементы способны образовывать множество комплексных соединений как в водной фазе, так и в фазе экстрагента. При этом практически любое изменение в экстракционной системе (рН, тип высаливателя, концентрация целевого компонента и др.) приводит к смене доминирующих реакций и значительному изменению коэффициентов распределения. Указанные особенности поведения рассматриваемых элементов привели к тому, что эффективное проектирование технологии разделения РЗЭ и ТПЭ практически невозможно без создания многофакторной компьютерной модели процесса. Удобным элементом для представления и обработки данных при моделировании гидрометаллургических процессов служит формальная система уравнений химической термодинамики (ХТД). Основываясь на данном постулате, разработан новый специализированный численный метод для расчета состава равновесных химических систем итерационным решением формальной системы уравнений ХТД. С помощью программы, основанной на данном численном методе, проведена оптимизация технологии экстракционного разделения РЗЭ и америция. One of the most complicated tasks in spent nuclear fuel reprocessing is the separation of rare earth elements (REE) from transplutonium elements (TPE). This is due to the proximity of the extraction and sorption properties of REE and TPE. One of the most efficient and industrially tested methods of separating REE from TPE is extraction with tributyl phosphate in the presence of complexones. The difficulty in developing an effective technology for REE separation from TPE is that these elements are capable to form many complex compounds both in the aqueous phase and in the extractant. Moreover, almost any change in the extraction system (pH, type of salting-out agent, concentration of the target component, etc .) leads to a change of the dominant reactions and significantly changes the distribution coefficients. These features of the behaviour of the elements under consideration have led to the fact that the effective development of the technology of REE and TPE separation is practically impossible without designing a multifactor computer model of the process The formal system of equations of chemical thermodynamics (CTD) is a convenient element for presenting and processing data during modeling such systems. Relying on this postulate, we have developed a new specialized numerical method for calculating the composition of equilibrium chemical systems through the iterative solution of the formal system of CTD equations. The developed program based on this numerical method was used to optimize the technology of extraction separation of REE and americium.

Журнал: Химия в интересах устойчивого развития

Выпуск журнала: Т. 29, № 3

Номера страниц: 334-341

ISSN журнала: 08698538

Место издания: Новосибирск

Издатель: Сибирское отделение РАН, Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН

• КОРОБЕЙНИКОВ АРТЕМ ИГОРЕВИЧ (Институт химии и химической технологии СО РАН ФИЦ “Красноярский научный центр СО РАН”)
• КАЛЯКИН СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ (Сибирский федеральный университет)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)