ОБОГАЩЕНИЕ ЛИТИЯ ПО ИЗОТОПУ 7Li ЭЛЕКТРОМЕМБРАННЫМ МЕТОДОМ

Потребность в изотопах в ядерной энергетике, медицине и в области контроля инженерных и строительных сооружений возрастает ежегодно, а существующие методы разделения изотопов не позволяют обеспечить спрос по значительному списку изотопов, а также чистоту изотопов лития. В настоящее время процесс амальгамирования является основной технологией обогащения 7Li. Другие методы имеют очень низкую эффективность разделения и непригодны для массового производства. Эта работа посвящена новому методу обогащения изотопа 7Li, параллельно приведен модифицированный авторами данной статьи метод разделения изотопов лития амальгамированием. Исследование относится к физической химии, в частности, к электромиграционным процессам и методам разделения изотопов лития. Новым перспективным подходом для разделения изотопов Li является электродиализный процесс, использующий в качестве электролита ионную жидкость. Приведены данные об актуальности и областях применения изотопов 7Li, рассмотрены существующие методы и критерии разделения изотопов лития. Кратко описаны: принцип новой технологии, режимы экспериментов по обогащению и детали анализа полученных продуктов. Новая технология демонстрирует хорошие экологические характеристики, поддается массовому производству и обладает очень низким энергопотреблением. Однако необходимо решить проблему чувствительности ионных жидкостей к примесям, которые неизбежно появляются в электролите в процессе разделения. Одной из важнейших характеристик методов и технологий разделения изотопов является удельное энергопотребление, поэтому сейчас остро стоит вопрос снижения энергозатрат, для чего требуется создание новых способов разделения и очистки изотопных систем, а также модернизация уже внедренных в промышленности технологий. Предложенный в статье способ обогащения изотопа 7Li осуществляется посредством управления процессом электромиграции ионов лития через ионообменные мембраны в отсеках электролитической установки. Работа в перспективе может обеспечить повышение эффективности процесса обогащения изотопа 7Li и снижение удельных энергетических затрат.

1. Yoshinobu Y. Studies on Isotope Separation of lithium by Electromigration in Fused lithium Bromide and Potassium Bromide Mixture / Y. Yoshinobu // Enrichment of lithium-7. Journal of Nuclear Science and Technology. – 1969. – Vol. 6. – No. 12. – P. 698–702.

2. Makoto, F. Isotope Effects in Electrolytic Formation of Lithium Amalgam / F. Makoto, F. Yasuhiko, N. Masao, O. Makoto // Journal of Nuclear Science and Technology. – 1986. – Vol. 23. – No.4. – P. 330–337.

3. Klemm, A. Molten Salt Chemistry / A. Klemm, M. Blamder (Ed.). – Interscience Publishers, Inc., New York, 1964. – 642 p.

4. Сачков, В.И. Селекция легких изотопов в условиях формирования границы раздела фаз / В.И. Сачков [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2007. – Т. 6. – С. 60–68.

5. Zenzai, К. Lithium Isotope Effect Accompanying Electrochemical Insertion of Lithium into Liquid Gallium / К. Zenzai [et al.] // Progress in Nuclear Energy. – 2008. – Vol 50. – P. 494–498.

6. Kim, D. Lithium isotope separation on a monobenzo-15-crown-5 resin / D. Kim // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 1991. – Vol. 150. – No. 2. – P. 417–426.

7. Mouri, M. Observation of lithium isotope effects accompanying electrochemical insertion of lithium into zinc/ M. Mouri, S.T. Yanase // J. Nucl. Sci. Technol. – 2008. – Vol. 45. – P. 384–389.

8. Патент RU 2216391, Российская Федерация, МПК1 B01D 59/32, C01D 15/00 Способ и установка для обогащения изотопа лития-7 / Аброськин И. Е., Александров А. Б., Забелин Ю. В., Игнатьев П.П., Неустроев В.Н., Пащенко В.П., Степанов В. И.; заявители и патентообладатели Новосибирский завод химконцентратов – № 20011120122/12; заявл. 27.06.2003; опубл. 2003/11/23. –16 с: 9 фиг., 3 табл.

9. Иcупов, В. П. Коэффициенты разделения изотопов лития при химическом изотопном обмене / В.П. Иcупов [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. – 2001. – Т. 9. – С. 183–198.

10. Patent 4931153 United States C25D 3/66, 204/39 Electrolytic Treatment of Radioactive Liquid Waste to Remove Sodium /Katsuyuki O., Yoshiharu T., Hideaki T., Fukuoaka; assign. Doryokuro K.K.J. – No. 233,625; Filed 18.08.1988, publ. date 05/06/1990. – 3 p., 2 Fig.

11. Patent 2004/005586 World Intellectual Property Organization C25C 1/100 G21F 9/06 C02F 1/46 Electrolytic Method of the Extraction of Metals / Martoyan G., Intsheyan S. Tonikyan S., Demirchyan M. and Guiragossian Z., applicants and inventors Martoyan G., Intsheyan S., Tonikyan S., Demirchyan M. and Guiragossian Z. – No. PCT/AM2003/000002, Filed 27.06.2003, publ. date 15/01/2004. – 5 p., 2 Fig, 3 table.

12. Hoshino, T. Basic Technology for 6Li Enrichment Using an Ionic-Liquid Impregnated Organic Membrane / T. Hoshino // Journal of Nuclear Materials. – 2011. – Vol. 417. – Iss. 1–3. – P. 696–699.

13. Patent 20130233720 A1 United States, C25C 5/02 C25C 7/00, 205/341 Extraction of Metals / Martoyan G.A., applicant and inventor Martoyan G.A. – No. 2013/0233720 A1, Apl. No. 13/663,418, Filed 29.10.2012, publ. date 12/09/2013. – 11 p., 6 Fig. , 3 table.

14. Martoyan, G.А. Prospects of lithium enrichment on 7Li isotope by method of controlled ions electromigration/ G.А.Martoyan [et al.] // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – No. 112; doi:10.1088/1757-899X/112/1/012035.

15. Brozek, K. Lithium Isotope Enrichment: Feasible Domestic Enrichment Alternatives / K. Brozek. – Department of Nuclear Engineering University of California, Berkeley. – 2012-Report UCBTH-12-005.

16. Двинских, Е.М. Перспективы производства лития и его соединений из сподуменового сырья России / Е.М. Двинских // Химия в интересах устойчивого развития. – 2012. – Т. 20.– С. 49–53.

17. Guo, G.Z. Advance in Lithium Isotope Separation / G.Z. Guo, L. Zaijun, Y. Jie // Progress in Chemistry. – 2011. – Vol. 23. – Iss. 9.– P. 1892–1905.

18. Sun, X.-L.Liquid–liquid extraction to lithium isotope separation based on room-temperature ionic liquids containing 2,2′-binaphthyldiyl-17-crown-5/ S. Xiao-Li [et al.] // Journal of Nuclear Science and Technology. – 2015. – Vol. 52. – Iss. 3.– P. 332–341.

19. Symons, E.A. Lithium Isotope Separation. A Review of Possible Techniques / E.A. Symons // Atomic Energy of Canada Limited, 1985. – P. 14–16.

20. Дмитриев, С.Н. Электромиграционный метод в свободном электролите в радиохимических исследованиях/ С.Н. Дмитриев, М.В. Миланов, О. Д. Маслов // Радиохимия 2. – 2000. – Т. 42. –С. 97–105.

21. Hagiwara, Z. Theoretical Treatment of IonExchange Systems Used for Lithium Isotope Separation / Z. Hagiwara // Journal of Nuclear Science and Technology. – 1969. – Vol. 6.– P. 508.

22. Raizen, M.G. Magnetically activated and guided isotope separation / M.G. Raizen // New Journal of Physics. – 2012. – Vol. 14.– P. 12.

23. Фам Тхи, Л.Н. Разделение катионов натрия и кальция электродиализом с ионообменными мембранами / Л.Н. Фам Тхи, В.А. Шапошник, М.А. Макарова // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2010. – Т. 10. – Вып. 2. – С. 246–252.

24. Ласкорин, Б.Н. Деминерализация методом электродиализа / Б.Н. Ласкорин // Госатомиздат, 1963. – 361 с.

25. Шапошник, В.А. Деминерализация воды электродиализом с применением межмембранной засыпки ионообменниками / В.А. Шапошник // Журн. прикл. химии. – 1973. – Т. 46. – № 12. – С. 2659–2663.

26. Zemany, P.D. Determination of microgram quantities of potassium by X-Ray emission spectrography of ionexchange membranes / P.D. Zemany // Analyt. Chem. – 1958.– Vol. 30. – No. 2. – P. 299–300.

27. Ласкорин, Б.Н. Ионообменные мембраны и их применение / Б.Н. Ласкорин, Н.М. Смирнова, М.Н. Гантман. – Госатомиздат, 1967. – 161 с.

28. Шапошник, В.А. Облегченная электрохимия биполярных ионов в растворах глицина через ионоселективные мембраны / В.А. Шапошник [и др.] // Электрохимия. – 2001. – Т. 57. – № 2.– С. 195–201.

29. Рожкова, М.В. Разделение катионов с разным зарядом при электродиализе с использованием комплексообразования / М.В. Рожкова [и др.] // Электрохимия. – 1996. – Т. 32. – № 2.– С. 261–264.

30. Nishizawa, K. Extractive Separation of Lithium Isotopes Using Benzo-15-Crown-5. Effect of Salt Concentration / K. Nishizawa , T. Takano // Separation Science and Technology. – 1988. – Vol.23. – Iss. 6–7. – P. 751–757.