Processo Redox ( metilisobutilchetone o esone ) by Natta, Baccaredda Boy, Brattelli
Il
Processo Redox impiega come solvente selettivo il metilisobutilchetone ( esone ) per la separazione dell'uranio e del plutonio e di altri prodotti da soluzioni contenti alluminio
(filosilicati idrati di alluminio).
Il processo consiste in una prima separazione dell'uranio e del plutonio mediante estrazione di questi nella fase organica sotto forma di nitrati di uranile e plutonile, completata con l'eliminazione delle piccole quantità di altri prodotti discioltisi nella fase organica mediante lavaggio della medesima con soluzione di nitrato di alluminio; queste due prime fasi del processo sono eseguite nella prima colonna e sono precedute da un trattamento ossidante dalla soluzione con bicromato sodico che serve per assicurare che tutto il plutonio, come l’uranio, si trovi sotto forma esavalente di sale di plutonile, Pu02 (NO3)2 che è quella più solubile nell’esone. Prima del trattamento con solvente la soluzione deve anche essere filtrata o centrifugata per eliminare particelle solide di
silice, che possono favorire emulsioni con il solvente organico. Nella seconda colonna di strappamento del plutonio questo viene ridotto a sale trivalente mediante soluzione acquosa di un sale ferroso o di idrossilammina e di nitrato di alluminio, eliminato dalla fase organica nella quale diventa praticamente insolubile, e passato nella fase acquosa sotto forma di Pu (NO3)3, mentre l’Uranio, a causa della maggiore stabilità della sua forma esavalente, resta nella fase organica. Nella terza colonna di strappamento dell’uranio questo è ripreso dalla fase acquosa leggermente acida per acido citrico; esso è poi purificato dalle residue impurezze di plutonio e di altri prodotti attraverso concentrazione della soluzione per evaporazione, nuova estrazione in una quarta colonna con esone e lavaggio con soluzione di Al (NO3)3 addizionata di riducenti: nella quinta colonna è infine rimesso in soluzione acquosa per strappamento; il solvente organico viene rimesso in ciclo.
La possibilità di estrarre con l’esone i nitrati di uranile e di plutonile proviene dalla formazione di ioni complessi più o meno idratati del tipo [MO2(NO3)3], la cui formazione nella soluzione acquosa è favorita dalle alte concentrazioni degli ioni nitrici anche attraverso la riduzione della dissociazione dei sali UO2(NO3)2 E PuO2(NO3)2; tali alte concentrazioni di ioni nitrici, agli effetti di avere alti coefficienti di ripartizione tra fase organica e fase acquosa dei complessi, sono raggiunte introducendo in soluzione un nitrato, come quello d’alluminio, meglio che aumentare la concentrazione di acido nitrico, il quale potrebbe danneggiare il solvente; inoltre un aumento dell’acidità potrebbe far sì che anche alcuni prodotti della fissione, come lo
zirconio, vengano in parte estratti dal solvente organico sotto forma di nitrati complessi tetravalenti; viceversa se l’acidità della soluzione è bassa si hanno per questi elementi idrolisi parziali, ed esempio complessi Zr(OH)2++ che non sono estraibili dal solvente organico.
Il cerio è invece presente nella soluzione sotto forma trivalente , come le
altre terre rare*, e pertanto non ha alcuna tendenza a passare nella fase organica. La temperatura non ha effetto sensibile sull’andamento del processo.
Il processo Redox presenta inoltre alcuni svantaggi inerenti alle caratteristiche dell’esone, come il suo punto di infiammabilità, l’apprezzabile solubilità mutua tra il solvente e i liquidi acquosi, la relativamente elevata tensione di vapore e la scarsa stabilità rispetto all’acido nitrico.
La perdita di solvente nei liquidi acquosi può essere annullata sottoponendoli ad una distillazione parziale; basta in pratica distillare solo il 5% del liquido per recuperare quasi integralmente il solvente organico disciolto, perché si forma una azeotropa contenente il 75% di esone a p. eb. 88 gradi centigradi.
Alcune impurezze di natura organica che esso abitualmente contiene possono aumentare il coefficiente di riaprtizione specialmente dello zirconio e del cerio; a questo inconveniente è però possibile rimediare sottoponendo il solvente ad una purificazione preventiva per il lavaggio prima con soluzione di bicromato acida per acido nitrico, e poi con alcali.
* esempio erbio, che può essere utilizzato per l'elettronica oppure per migliorare la lavorabilità dell'acciaio ( vedere ad esempio,
quest'opera Medusa)
Bibliografia: Tecnologie Nucleari, materiali per tecnologie nucleari: Baccaredda Boy, Cerrai, Brattelli