DE1533054C - Process for the production of polonium - Google Patents
Process for the production of poloniumInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Polonium, das durch Neutronenbestrahlung von Wismut oder von Wismutverbindungen gebildet wird.The invention relates to a process for the production of polonium by means of neutron irradiation is formed from bismuth or from bismuth compounds.
Polonium 210 wird durch Neutronenbestrahlung von Wismut 209 oder einer Wismutverbindung gebildet. Bei der Bestrahlung wandelt sich das Wismut in sein radioaktives Isotop Bi 210 um, das durch /J-Zerfall in Polonium 210 übergeht.Polonium 210 is formed by neutron irradiation of bismuth 209 or a bismuth compound. When irradiated, the bismuth is converted into its radioactive isotope Bi 210, which by / J decay passes into polonium 210.
Zur Gewinnung des im bestrahlten Wismut ge- ίο bildeten Poloniums wird das Wismut im allgemeinen in einer Salzsäurelösung aufgelöst und das Polonium dann mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel extrahiert. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß man das bestrahlte Wismut in einer Salzsäurelösung auflöst und das Polonium aus dieser Lösung durch Adsorption an Kupferelementen »extrahiert« und von diesen durch Destillation im Vakuum desorbiert.To obtain the in the irradiated bismuth ίο When the polonium is formed, the bismuth is generally dissolved in a hydrochloric acid solution and the polonium then extracted with a suitable organic solvent. Another procedure exists in that one dissolves the irradiated bismuth in a hydrochloric acid solution and the polonium from this Solution "extracted" by adsorption on copper elements and from these by distillation in the Vacuum desorbed.
Nach diesen relativ komplizierten Verfahren kann jedoch nur ein geringer Anteil des gebildeten Poloniums gewonnen werden.After this relatively complicated process, however, only a small proportion of the polonium formed can be be won.
Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, das in der Polonium-Wismut-Mischung enthaltene Polonium dadurch abzutrennen, daß man diese Mischung in einer Salzsäurelösung auflöst und dann die erhaltene " Lösung mit Ionenaustauscherharzen in Kontakt bringt, die das Polonium und Wismut adsorbieren. Die »Desorption des Wismuts wird dann mit konzentrierter Salzsäure erreicht und diejenige des Poloniums mit' konzentrierter Salpetersäure.It has also been suggested that this be in the polonium-bismuth mixture to separate contained polonium by dissolving this mixture in a hydrochloric acid solution and then the obtained "Bringing solution into contact with ion exchange resins, which adsorb the polonium and bismuth. The "desorption of bismuth is then achieved with concentrated hydrochloric acid, and that of polonium." with 'concentrated nitric acid.
Dieses Verfahren hat indessen zahlreiche Nachteile, die im wesentlichen auf der Anwendung von Ionenaustauscherharzen beruhen. Die Ionenaustauscher sind teure Materialien, deren Betriebsdauer für diese Anwendung dadurch begrenzt wird, daß sie durch Einwirkung von Strahlung abgebaut bzw. verändert werden. Außerdem gelangen ihre Radiolyseprodukte als Kontamination in die endgültige Poloniumlösung. .However, this method has numerous disadvantages, which are essentially due to the application of Based on ion exchange resins. The ion exchangers are expensive materials, their service life for this application is limited by the fact that it is degraded or degraded by the action of radiation. to be changed. Also, their radiolysis products end up in the final as contamination Polonium solution. .
Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Gewinnung von Polonium, das diese Schwierigkeiten umgeht, und zwar durch Verwendung von Aktivkohle als Adsorptionsmittel, also durch Verwendung eines Materials, das relativ billig ist und sich unter der Strahlungseinwirkung praktisch nicht zersetzt bzw. verändert und das außerdem nicht mit den für die Desorption verwendeten Säuren reagiert.The aim of the invention is therefore a process for the production of polonium which has these difficulties bypasses, namely by using activated carbon as an adsorbent, i.e. by using it a material that is relatively cheap and practically does not decompose when exposed to radiation or changed and which also does not react with the acids used for desorption.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Polonium aus einer Mischung mit Wismut ist daher im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß man* diese Mischung in einer Lösung einer starken Mineralsäure auflöst, die erhaltene Lösung mit Aktivkohle in Kontakt bringt und die Desorption des an der Aktivkohle adsorbierten Poloniums mit einer sauren Lösung vornimmt.The method according to the invention for the production of polonium from a mixture with bismuth is therefore essentially characterized in that you * this mixture in a solution of a strong Dissolves mineral acid, brings the resulting solution into contact with activated carbon and the desorption of the polonium adsorbed on the activated carbon with an acidic solution.
Die zur Auflösung des Wismuts oder seiner Verbindungen verwendete Lösung einer starken Mineralsäure ist vorzugsweise eine Lösung von Salpetersäure einer Normalität zwischen 0,5 und 2 N und Vorzugsweise in der Gegend von 1 N; man kann jedoch auch andere Säurelösungen verwenden wie beispielsweise eine Lösung von Salzsäure einer Normalität zwischen 0,5 und 2 N und vorzugsweise in der Gegend von IN. · Ö5 The solution of a strong mineral acid used to dissolve bismuth or its compounds is preferably a solution of nitric acid with a normality between 0.5 and 2N and preferably in the region of 1N; however, other acid solutions can also be used, such as, for example, a solution of hydrochloric acid with a normality between 0.5 and 2 N and preferably in the region of IN. · Ö5
Die Kinetik der Poloniumadsorption an Aktivkohle wurde untersucht; für eine Poloniumkonzentration von 5,3 · ΙΟ"7 gAtomen pro Liter in N HNO3-Milieu wurden die in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegebenen Werte für die adsorbierten Mengen in Abhängigkeit von der Kontaktzeit erhalten.The kinetics of polonium adsorption on activated carbon was investigated; for a polonium concentration of 5.3 · ΙΟ " 7 g atoms per liter in N HNO3 medium, the values given in Table 1 below were obtained for the adsorbed amounts as a function of the contact time.
Wie man sieht, ist eine Kontaktzeit von wenigstens 19 Stunden notwendig, um eine genügende Poloniumadsorption zu erzielen.As can be seen, a contact time of at least 19 hours is necessary for sufficient polonium adsorption to achieve.
Aus den erhaltenen Werten kann man die Gleichung für die Adsorptionsgeschwindigkeit ableiten, und man erhält:From the values obtained one can derive the equation for the adsorption rate, and you get:
C= 100 (1-e 0-1133O C = 100 (1-e 0- 1133 O
mit C = adsorbierter Anteil in % und
/ = Kontaktzeit in Stunden.with C = adsorbed fraction in% and
/ = Contact time in hours.
Die Desorption des von der pulverisierten Aktivkohle (mit einer Korngröße, die vorzugsweise zwischen 500 und 2000 μ liegt) zurückgehaltenen Poloniums kann' durch Oxydation mit konzentrierter Salpetersäure bewirkt werden.The desorption of the powdered activated carbon (with a grain size that is preferably between 500 and 2000 μ) of retained polonium can be effected by oxidation with concentrated nitric acid.
Die Desorption kann ebenso auch dadurch erreicht werden, daß man die mit Polonium beladene Aktivkohle in einer salzsauren Lösung mit metallischem Silber in Kontakt bringt; im Laufe einer gewissen Kontaktzeit wandert das Polonium dann von der Kohle zum Silber.Desorption can also be achieved in that the activated charcoal loaded with polonium is used brings into contact with metallic silver in a hydrochloric acid solution; in the course of a certain During contact time, the polonium migrates from the charcoal to the silver.
Man kann die Desorption des Poloniums schließlich auch dadurch erreichen, daß man die Aktivkohle mit einer Lösung von Salpetersäure mit einer Normalität, die vorteilhafterweise in der Gegend von 6 N liegt, wäscht bzw. behandelt, wodurch das gesamte adsorbierte Polonium zurückgewonnen werden kann.Finally, the desorption of the polonium can also be achieved by adding the activated charcoal with a solution of nitric acid with a normality that is advantageous in the area of 6 N, washes or treated, whereby all of the adsorbed polonium are recovered can.
Der Adsorptionsvorgang sollte in einem Gefäß ausgeführt werden, das möglichst wenig Polonium adsorbiert. Zu diesem Zweck wurde nach verschiedenen Untersuchungen resistentes Glas vom Pyrex-Typ ausgewählt, denn es hat eine geringere Adsorptionsfähigkeit für Polonium als Materialien, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder Polyvinylchlorid. So wurden nach einem 19 Stunden langen Kontakt einer normalen salpetersauren Lösung von Polonium mit 4,6 · 10~7 gAtomen Polonium pro Liter mit jeweils einem dieser Materialien folgende Adsorptionen beobachtet:The adsorption process should be carried out in a vessel that adsorbs as little polonium as possible. For this purpose, after various studies, resistant glass of the Pyrex type was selected because it has a lower adsorption capacity for polonium than materials such as polytetrafluoroethylene or polyvinyl chloride. After 19 hours of contact of a normal nitric acid solution of polonium with 4.6 · 10 ~ 7 gatoms of polonium per liter with one of these materials, the following adsorptions were observed:
4,2% an Pyrex-Glas,
5,4% an Polytetrafluoräthylen,
17,5% an weichgemachtem Polyvinylchlorid.4.2% Pyrex glass,
5.4% polytetrafluoroethylene,
17.5% plasticized polyvinyl chloride.
Daraus folgt, daß bei Arbeiten in einem Gefäß aus Pyrex-Glas nur ein geringer Prozentsatz Polonium durch das Gefäß adsorbiert wird.It follows that when working in a vessel made of Pyrex glass, only a small percentage of polonium is adsorbed by the vessel.
Die Aktivkohlekörner werden in der Weise zerkleinert, daß ihre Korngrößen vorzugsweise zwischen 2 und 5/io mm liegen; diese so zerkleinerte Kohle wird mit 3 N-Salpetersäure gewaschen, mehrereThe activated carbon granules are comminuted in such a manner that their particle sizes are preferably between 2 and 5 / io mm; this coal, crushed in this way, is washed with 3N nitric acid, several
J533 054J533 054
Male mit destilliertem Wasser gespült und dann getrocknet, bevor sie für die Adsorption verwendet
wird.
Die Adsorption wurde bei verschiedenen pH-Werten und unterschiedlichen Poloniumkonzentrationen
untersucht; die erhaltenen Ergebnisse für eine Kontaktzeit von 19 Stunden sind in der nachfolgenden
Tabelle 2 zusammengefaßt:Times rinsed with distilled water and then dried before using it for adsorption.
The adsorption was investigated at different pH values and different polonium concentrations; the results obtained for a contact time of 19 hours are summarized in Table 2 below:
-Aus dieser Tabelle entnimmt man, daß ein Adsorptionsmaximum bei pH = 0 und ein weiteres Maximum bei pH = 4 bis 6 existiert.From this table it can be seen that an adsorption maximum at pH = 0 and another maximum exists at pH = 4 to 6.
Zur'· Gewinnung des Poloniums, das während der Bestrahlung von Wismut oder seiner Verbindungen gebildet wird, werden diese (bzw. dieses) nach der Bestrahlung in einem Reaktorkanal in einer Lösung von starker Mineralsäure gelöst. Die Säure kann beispielsweise Salpetersäure oder Salzsäure sein, gegebenenfalls unter Zugabe von Wasserstoffperoxyd: Nach der Auflösung wird die erhaltene Lösung mit Aktivkohle eine ausreichende Zeit lang in Kontakt gebracht, die von der Ausgangskonzentration an Polonium abhängt, um eine maximale Adsorption des Poloniums sicherzustellen. Dieser Vorgang findet vorzugsweise bei Umgebungstemperatur statt, d. h. bei einer Temperatur in der Gegend von 15 bis 2O0C. Man ist im allgemeinen gezwungen, zwei Operationen vorzunehmen, wobei man die erste bei einer adsorbierten Menge von 75% abbricht und die Lösung dann erneut mit Aktivkohle in Kontakt bringt, wodurch man zu einer Adsorptionsausbeute in der Gegend von 100% gelangen kann.To obtain the polonium that is formed during the irradiation of bismuth or its compounds, these (or this) are dissolved in a solution of strong mineral acid in a reactor channel after the irradiation. The acid can be, for example, nitric acid or hydrochloric acid, optionally with the addition of hydrogen peroxide: After dissolution, the solution obtained is brought into contact with activated charcoal for a sufficient time, which depends on the initial concentration of polonium, in order to ensure maximum adsorption of the polonium. This operation preferably takes place at ambient temperature instead of, ie at a temperature in the region of 15 to 2O 0 C. It is generally forced to carry out two operations, wherein it cancels the first in an adsorbed amount of 75% and the solution then again with Bringing activated carbon into contact, which can lead to an adsorption yield in the region of 100%.
Das Wismut wird von der Aktivkohle nicht adsorbiert; zum Nachweis dessen wurden Lösungen von Wismutnitrat in N-Salpetersäure 24 Stunden lang mit Aktivkohle in Kontakt gebracht. Nach mehrmaligem Waschen der Aktivkohle mit Salpetersäure konnten in der resultierenden Lösung keinerlei Wismutspuren festgestellt werden.The bismuth is not adsorbed by the activated carbon; solutions of Bismuth nitrate in N-nitric acid brought into contact with activated carbon for 24 hours. After several times Washing of the activated carbon with nitric acid could not do any in the resulting solution Traces of bismuth are found.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Beispiels für eine Art der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besser verstanden werden.The invention is illustrated by the following description of a non-restrictive example for one way of carrying out the method according to the invention can be better understood.
Aus 100 g eines 270 Tage lang in einem Reaktorkanal bestrahlten Wismuts konnten 1 Curie Polonium 210 erhalten werden. Das Wismutoxyd wird in einer normalen Salpetersäurelösung gelöst und die erhaltene Lösung 19 Stunden lang mit Aktivkohle einer Korngröße zwischen 0,05 und 1 mm in Kontakt gebracht.From 100 g of bismuth irradiated for 270 days in a reactor channel, 1 curie of polonium could be obtained 210 can be obtained. The bismuth oxide is dissolved in a normal nitric acid solution and the solution obtained in contact with activated carbon with a grain size between 0.05 and 1 mm for 19 hours brought.
Im Verlauf dieser Zeit gelangt man zu einer Ansammlung von 75% des in der Lösung anwesenden Poloniums (an der Aktivkohle). Die dabei mitgeschleppte Wistnütmenge beträgt maximal 5 ppm (•Grenze, für den analytischen Nachweis). Der Anreicherungsfaktor F kann leicht berechnet werden, er wird gegeben durch die Gleichung:During this time, 75% of the polonium present in the solution accumulates (on the activated carbon). The amount of Wistnüt carried along is a maximum of 5 ppm (• limit, for analytical evidence). The enrichment factor F can easily be calculated, it is given by the equation:
F =F =
(KL)(KL)
\ \ Bl Bl /Ende/End
/Po\/ Po \
Ibt)Ibt)
Anfangbeginning
Bei diesem Beispiel erreicht man einen Anreicherungsfaktor von größer oder gleich 150 000, während beim üblicherweise angewandten Verfahren kaum Werte über etwa 2500 erreicht werden können. Die Ausgangslösung wird erneut 19 Stunden lang mit Aktivkohle in Kontakt gebracht, und man gelangt so zur Gewinnung des Poloniumrestes und zu einer gesamten Adsorptionsausbeute in der Gegend von 100%. Die Desorption wurde durch Oxydation der pulverisierten Aktivkohle mittels konzentrierter HNO3 vorgenommen.In this example, an enrichment factor of greater than or equal to 150,000 is achieved while values above around 2500 can hardly be achieved with the method that is usually used. the The starting solution is again brought into contact with activated charcoal for 19 hours, and one arrives at so for the recovery of the polonium residue and a total adsorption yield in the region of 100%. The desorption was achieved by oxidizing the powdered activated carbon with concentrated HNO3 performed.
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