Сверхкритическая металлургия

Abstract

Описана хронология открытия и исследования сверхкритического (СК) состояния веществ. Отмечается известная возможность использования СК состояния различных сред в присутствии β-дикетонов для экстракционного выделения, концентрирования и выделения биологических материалов и химических соединений металлов. Для различных материалов такие процессы выделения принято называть сверхкритической флюидной экстракцией (СФЭ). Диоксид углерода является хорошим кандидатом на роль сверхкритического флюида, т.к. обладает достаточно низкими параметрами сверхкритичности, а его следовые количества в экстрагируемом материале невелики. К тому же он практически весь переходит в газообразную фазу при сбросе давления. Обсуждаются процессы СФЭ в диоксиде углерода применительно к редкоземельным элементам (РЗЭ). Отмечена высокая, на уровне 92-98 %, эффективность СФЭ РЗЭ в среде диоксида углерода. Приведены примеры и обсуждается возможность использования СФЭ диоксидом углерода урана из природных минералов и низкообогащенных материалов, накопленных в хвостохранилищах. Показана возможность получения эффективности СФЭ диоксидом углерода урана более 90 % в присутствии микроколичеств воды. Описаны условия проведении СФЭ в среде диоксида углерода, при которых возможно раздельное получение изотопов урана. Показано, что для такого разделения необходимо создание градиентного поля температур вдоль вертикальной оси экстракционной камеры. Экспериментально определено, что коэффициент разделения U235 при СФЭ урана диоксидом углерода составляет величину порядка 1,2. Обсуждается возможность использования СФЭ молибдена в среде диоксида углерода для последующего производства медицинского изотопа 99mTc. На основе описанных экспериментальных данных по СФЭ диоксидом углерода комплексов металлов введено понятие сверхкритическая металлургия металлов и их изотопов.The chronology of the discovery and study of the supercritical (SC) state of substances is described. The well-known possibility of using the SC state of various media in the presence of β-diketones for extraction isolation, concentration and isolation of biological materials and chemical compounds of metals is noted. For various materials, such separation processes are called supercritical fluid extraction (SFE). Carbon dioxide is a good candidate for the role of supercritical fluid, as possesses rather low supercritical parameters, and its trace amounts in the extracted material are small. In addition, it almost all goes into the gaseous phase when the pressure is released. The processes of SFE in carbon dioxide as applied to rare earth elements (REE) are discussed. High, at the level of 92-98 %, efficiency of SPE REE in carbon dioxide was noted. Examples are given and the possibility of using SFE by carbon dioxide of uranium from natural minerals and low enriched materials accumulated in tailing dumps is discussed. The possibility of obtaining the efficiency of SFE by uranium carbon dioxide of more than 90 % in the presence of micro quantities of water is shown. The conditions for conducting SFE in a carbon dioxide medium are described under which it is possible to separately obtain uranium isotopes. It is shown that for such separation it is necessary to create a gradient temperature field along the vertical axis of the extraction chamber. It was experimentally determined that the separation coefficient of U235 in the SFE of uranium with carbon dioxide is about 1.2. The possibility of using SFE of molybdenum in carbon dioxide for the subsequent production of the medical isotope 99mTc is discussed. Based on the described experimental data on SFE with carbon dioxide of metal complexes, the concept of supercritical metallurgy of metals and their isotopes is introduced.