RU2753107C1 - Способ очистки азотнокислых растворов от америция - Google Patents
Способ очистки азотнокислых растворов от америция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753107C1 RU2753107C1 RU2020127056A RU2020127056A RU2753107C1 RU 2753107 C1 RU2753107 C1 RU 2753107C1 RU 2020127056 A RU2020127056 A RU 2020127056A RU 2020127056 A RU2020127056 A RU 2020127056A RU 2753107 C1 RU2753107 C1 RU 2753107C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- americium
- uranium
- nitric acid
- precipitate
- solution
- Prior art date
Links
- LXQXZNRPTYVCNG-UHFFFAOYSA-N americium atom Chemical compound [Am] LXQXZNRPTYVCNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 229910052695 Americium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 title 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title 1
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims abstract description 15
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- HNVACBPOIKOMQP-UHFFFAOYSA-N uranium(4+) Chemical compound [U+4] HNVACBPOIKOMQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 4
- BNMXYOXTJSHAJF-UHFFFAOYSA-H C(C(=O)[O-])(=O)[O-].[Am+3].C(C(=O)[O-])(=O)[O-].C(C(=O)[O-])(=O)[O-].[Am+3] Chemical compound C(C(=O)[O-])(=O)[O-].[Am+3].C(C(=O)[O-])(=O)[O-].C(C(=O)[O-])(=O)[O-].[Am+3] BNMXYOXTJSHAJF-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 3
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 3
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 4
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 14
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 11
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 7
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- HPWBMQLLXMZFDK-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[Am+3].[Am+3] Chemical class [O--].[O--].[O--].[Am+3].[Am+3] HPWBMQLLXMZFDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N plutonium uranium Chemical compound [U].[Pu] WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- MHMCOSLCKPWGQG-UHFFFAOYSA-H [U+6].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O Chemical compound [U+6].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O MHMCOSLCKPWGQG-UHFFFAOYSA-H 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 1
- DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N uranium Chemical compound [U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U] DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-L Oxalate Chemical compound [O-]C(=O)C([O-])=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RAESLDWEUUSRLO-UHFFFAOYSA-O aminoazanium;nitrate Chemical compound [NH3+]N.[O-][N+]([O-])=O RAESLDWEUUSRLO-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 3
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IYQHAABWBDVIEE-UHFFFAOYSA-N [Pu+4] Chemical compound [Pu+4] IYQHAABWBDVIEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 2
- FIMTUWGINXDGCK-UHFFFAOYSA-H dibismuth;oxalate Chemical compound [Bi+3].[Bi+3].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O FIMTUWGINXDGCK-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- HIPDIPCGFKENGR-UHFFFAOYSA-N nitric acid uranium Chemical compound [U].O[N+]([O-])=O HIPDIPCGFKENGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AAORDHMTTHGXCV-UHFFFAOYSA-N uranium(6+) Chemical compound [U+6] AAORDHMTTHGXCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 uranium-americium oxide Chemical compound 0.000 description 2
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QXDMQSPYEZFLGF-UHFFFAOYSA-L calcium oxalate Chemical compound [Ca+2].[O-]C(=O)C([O-])=O QXDMQSPYEZFLGF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N dioxouranium(2+) Chemical compound O=[U+2]=O WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TUQYPMMURDWUMM-UHFFFAOYSA-J oxalate;uranium(4+) Chemical compound [U+4].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O TUQYPMMURDWUMM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000003608 radiolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- KUKDDTFBSTXDTC-UHFFFAOYSA-N uranium;hexanitrate Chemical compound [U].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KUKDDTFBSTXDTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002007 uranyl nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G56/00—Compounds of transuranic elements
- C01G56/007—Compounds of transuranic elements
- C01G56/009—Compounds of americium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
- C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
- C22B60/0217—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes
- C22B60/0221—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes by leaching
- C22B60/0226—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes by leaching using acidic solutions or liquors
- C22B60/0239—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes by leaching using acidic solutions or liquors nitric acid containing ion as active agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
- C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
- C22B60/0217—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes
- C22B60/0252—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes treatment or purification of solutions or of liquors or of slurries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано для очистки рафината от америция, полученного на операции экстракционного аффинажа плутония в производстве смешанного уран-плутониевого топлива. Очистка азотнокислых растворов от америция включает соосаждение оксалата америция из растворов, содержащих соединения сопутствующих металлов, путем введения носителя и щавелевой кислоты, выдержку пульпы для формирования осадка, промывку полученного осадка, отделение осадка от маточного раствора и последующее прокаливание до смеси оксидов, содержащих америций. Перед введением носителя в азотнокислый раствор вводят бессолевой восстановитель, добавляют в качестве носителя уран (IV), который вводят в систему в виде азотнокислого раствора, стабилизированного гидразином, до достижения концентрации урана (IV) в конечной пульпе не менее 1 г/л. Способ позволяет упростить технологический процесс за счет расширения рабочего диапазона содержания азотной кислоты в исходном растворе при проведении операции осаждения, снизить содержание америция в исходном азотнокислом растворе за одну операцию совместного осаждения с оксалатом урана более чем в 9×103 раз и получить смесь оксидов урана и америция, пригодную для использования в составе топлива жидкосолевого реактора. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано для очистки рафината от америция, полученного на операции экстракционного аффинажа плутония в производстве смешанного уран-плутониевого топлива.
Перед использованием плутония в составе мастер-смеси при производстве смешанного уран-плутониевого топлива предварительно проводят его экстракционную очистку от америция, накопленного за время хранения. В результате экстракционной очистки плутониевого продукта основная часть америция будет выделена в рафинат.
Выделение и концентрирование америция в отдельный технологический поток, обусловлено, во-первых, необходимостью очистки рафината от америция, который имеет высокую удельную активность, до регламентных значений перед захоронением с целью улучшения экологической ситуации на объектах по обращению с РАО, во-вторых, получением товарного продукта или созданием резерва для будущих технологий, например, при использовании в жидкосолевых реакторах. Наиболее технологически приемлемым способом концентрирования америция можно считать соосаждение на носителе, что обеспечивает как высокую долю выделения америция, так и снижение рисков, связанных с долговременным хранением твердого америцийсодержащего продукта.
Известен способ совместного соосаждения плутония(IV) и/или америция(III) из азотнокислых сред с оксалатом висмута [D.M. Noronha, I.C. Plus, Satyajeet Chaundhury, Radioanalitic Nuclear Chemistry, 2017, DOI 10.1007/s 10967-017-5348-1], в котором исходный раствор, содержащий плутоний, америций, азотную и щавелевую кислоту нейтрализуют до заданной концентрации азотной кислоты, добавляют щавелевую кислоту до концентрации 0,1-0,4 моль/л, далее вносят азотнокислый раствор нитрата висмута до концентрации по металлу 0,01-0,05 моль/л, после чего происходит образование осадка оксалата висмута, который является носителем для соосаждения плутония(IV) и америция(III).
Недостатки данного способа: использование большого количества дорогостоящего и опасного для окружающей среды висмута, низкая эффективность выделения америция из раствора, недостаточная степень очистки америция от большинства примесных элементов (труднорастворимых оксалатов щелочноземельных и редкоземельных элементов, Ag, Со, Ni и др.) в указанном диапазоне рН, промежуточный продукт (смешанный оксалатный осадок) не пригоден (по примесному составу) для получения после термообработки оксидного материала пригодного для прямого включения в состав топлива жидкосолевого реактора.
Наиболее близким к заявленному технологическому решению является способ очистки азотнокислых растворов от америция [Патент RU 2 713 010, МПК С22В 60/02, С22В 3/00, опубл. 16.10.2019,], включающий соосаждение америция с оксалатом кальция из растворов, содержащих соединения сопутствующих металлов, с последующим прокаливанием до оксидов. Исходный америцийсодержащий раствор нейтрализуют до рН в диапазоне 0,7-1,2, вносят кальцийсодержащий реагент до достижения его концентрации в растворе 1,5-3,5 г/л, в полученный раствор добавляют щавелевую кислоту и/или ее соль, в количестве не менее стехиометрического по отношению к сумме сопутствующих металлов с последующей выдержкой пульпы для формирования осадка, полученный америцийсодержащий осадок отфильтровывают и промывают 0,5-50 г/л раствором щавелевой кислоты, имеющим рН в диапазоне 1-2.
Недостатки данного способа: предварительная нейтрализация исходного раствора до рН 0,7-1,2, необходимость постоянного контроля и поддержания заданного рН раствора при проведении процесса осаждения америция, увеличение объема жидких отходов, подлежащих переработке и захоронению, низкое содержание америция в конечном матричном материале, получение конечного продукта, непригодного для прямого использования в жидкосолевом реакторе, необходимость отделения америция от кальция при использовании америция в составе ядерного топлива.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, упрощение технологического процесса очистки рафината от америция с обеспечением высокой степени очистки от примесных элементов конечного америцийсодержащего продукта, пригодного для прямого добавления в порошковые смеси при изготовлении ядерного топлива жидкосолевого реактора.
Поставленная задача решается тем, что в способе очистки азотнокислых растворов от америция, включающем соосаждение оксалата америция из растворов, содержащих соединения сопутствующих металлов, путем введения носителя и щавелевой кислоты, выдержку пульпы для формирования осадка, промывку полученного осадка, отделение осадка от маточного раствора и последующее прокаливание до смеси оксидов, исходный раствор в случае необходимости, нейтрализуют до остаточной кислотности 0,5-2,5 моль/л, вносят бессолевой восстановитель, добавляют в качестве носителя уран (IV), который вводят в систему в виде азотнокислого раствора, стабилизированного гидразином, до достижения концентрации урана в конечной пульпе не менее 1 г/л.
Техническим результатом изобретения является упрощение технологического процесса за счет расширения рабочего диапазона содержания азотной кислоты в исходном растворе при проведении операции осаждения, снижение содержания америция в исходном азотнокислом растворе за одну операцию совместного осаждения с оксалатом урана более чем в 9×10 раз, при совокупном содержании примесных элементов в исходном растворе (железо, хром) до 1 г/л и одновременном сокращении количества жидких отходов, образующихся на операции соосаждения, а также получение крупнодисперсного смешанного оксалатного осадка урана и америция с размером частиц основной фракции от 50 до 100 мкм.
Предлагаемое решение позволяет получить америцийсодержащий компактный продукт, пригодный после термообработки для включения в состав топлива жидкосолевых реакторов без предварительной подготовки.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании на операции соосаждения америция в качестве носителя урана (IV), имеющего низкую растворимость оксалатного осадка в широком диапазоне содержания азотной кислоты. Получаемая при этих условиях развитая поверхность обеспечивает полноту выделения из раствора америция за одну стадию. Конечный уран-америциевый оксидный материал органично вписывается в традиционную концепцию ядерно-топливного цикла.
Выбранный диапазон содержания валентных форм урана U (IV): U (VI) в вводимом азотнокислом растворе (20÷50) : (80÷50) обусловлен тем, что при содержании четырехвалентного урана в растворе ниже 20% не происходит формирование в реакционном объеме достаточного количества центров кристаллизации, способных обеспечить полноту выделения америция из рафината, тем самым не достигается заявляемая полнота очистки рафината и концентрирования америция в оксалатном осадке. Содержание четырехвалентного урана в азотнокислом растворе выше 50% может быть достигнуто только при предварительном пропускании вводимого азотнокислого раствора урана через электролизер, что требует дополнительных материальных затрат.
С учетом присутствия в растворе урана (IV) и уранил-иона процесс взаимодействия компонентов азотнокислого раствора с щавелевой кислотой можно представить следующими реакциями:
Использование карбамида или гидразина в качестве бессолевых восстановителей создает условия препятствующие окислению урана (IV). Указанные реагенты предотвращают окисление урана за счет восстановления нитрит- ионов и не оказывают влияния на процесс соосаждения.
Длительность выдержки пульпы в течение 5-20 минут обусловлена тем, что индукционный период для формирования оксалатного осадка в указанных условиях составляет не менее 5 минут. Выдержка пульпы более 20 минут не приводит к значительному увеличению степени соосаждения америция, но в тоже время при длительной выдержке возможен радиолиз щавелевой кислоты и обратное растворение сформированного оксалатного осадка в азотнокислой среде.
Отработавший раствор с операции промывки, содержащий остаточные количества урана, америция и примесные элементы, можно направить на экстракционную переработку. Остаточные количества урана повторно используют на операции осаждения после экстракционной очистки. Америций и примесные элементы находятся в рафинате, который можно объединять с исходным америцийсодержащим раствором и направлять на повторное извлечение америция.
Предлагаемый способ реализуют в соответствии с блок-схемой, изображенной на фигуре, в следующей последовательности. Предварительно в азотнокислый америцийсодержащий раствор вводят бессолевые реагенты, способные быстро восстанавливать азотистую кислоту и диоксид азота. В частном случае вводят раствор карбамида или гидразина до остаточной концентрации в конечном растворе не менее 0,1 г/л с учетом расхода добавляемого реагента на реакцию с сильными окислителями (Fe3+, Cr2O7 2-). При необходимости перед внесением восстановителя проводят нейтрализацию исходного раствора до остаточной кислотности 0,5-2,5 моль/л. Далее в подготовленный раствор вносят азотнокислый раствор урана, стабилизированного гидразином, содержащий уран (IV), до достижения концентрации урана в получаемой на финальной стадии описываемого способа пульпе не менее 1 г/л. Затем вводят щавелевую кислоту не менее стехиометрического количества по отношению к сумме сопутствующих элементов, способных образовывать прочные соединения (осадки и комплексы) и характеризующихся прочной связью с оксалат-ионом. Введение оксалат-иона в виде раствора щавелевой кислоты более предпочтительно ввиду большей растворимости. При расчете количества вводимого оксалат-иона учитывают расход осаждающего реагента на образование прочных соединений с примесными металлами - труднорастворимых оксалатов металлов с зарядом +4, а также на образование растворимых комплексных соединений, у которых константа устойчивости lgKn ступени комплексообразования по реакции (1) составляет более 6.
где Am+ - центральный ион (ион металла) с зарядом m+;
n - ступень комплексообразования с оксалат-ионом.
После введения оксалат-иона проводят выдержку пульпы для формирования осадка. В частном случае пульпу выдерживают в течение 5-20 минут. Осадок отфильтровывают и при необходимости удаления примесных металлов осадок промывают азотнокислым раствором щавелевой кислоты. В частном случае отработавший промывной раствор направляют на экстракционное извлечение урана. Промытый оксалатный осадок прокаливают с получением смеси оксидов урана и америция, пригодной для хранения и последующего прямого включения в состав топлива жидкосолевого реактора.
Пример 1.
Предварительно в исходный раствор, содержащий 0,5 г/л америция, 30 г/л азотной кислоты, 205 г/л нитрата натрия, 0,95 г/л серебра, 0,15 г/л алюминия, 45 мг/л железа, 40 мг/л хрома, 15 мг/л никеля, вводили раствор гидразин- нитрата до достижения концентрации в реакционном объеме не менее 0,1 г/л. В откорректированный раствор при постоянном перемешивании вносили азотнокислый раствор урана, состава: уран (IV) - 47 г/л, уран (VI) - 55 г/л, азотная кислота-110 г/л, гидразин-нитрат - 11 г/л до достижения в системе концентрации по урану (IV), равной 1,25 г/л. Далее в полученный раствор при постоянном перемешивании порционно в течение 15 мин вводили 70 г/л раствор щавелевой кислоты до концентрации 3,2 г/л, что соответствует избытку 1,2 г/л Н2С2О4 над стехиометрическим количеством по отношению к осадку U(C2O4)2 и растворимому комплексному соединению и UO2(С2О4)2 2-. После введения оксалат-иона пульпу для формирования осадка выдерживали в течение 5 мин и отделяли на фильтрующей перегородке типа МФФК-5Г с размером пор 0,8-1,2 мкм. Гамма-спектрометрический анализ показал, что степень извлечения америция (отношение количества америция, перешедшего в осадок, к количеству америция в маточном растворе) составила 9,5×103.
Осадок промывали азотнокислым раствором щавелевой кислоты. Полученный промывной раствор, содержащий менее 0,8 г/л урана, 0,05 мг/л америция, 50 мг/л серебра, 20 мг/л алюминия, менее 6 мг/л продуктов коррозии (железо, хром), направляли на экстракционное извлечение урана. Промытый осадок смешанных оксалатов прокалили. Полученная в результате смесь оксидов урана и америция с массовым соотношением U:Am=95:1 пригодна для долговременного хранения и последующего включения в состав топлива для жидкосолевого реактора.
Пример 2.
Использовали раствор состава аналогично примеру 1, за исключением содержания азотной кислоты, которое составило 160 г/л. Соосаждение проводили как в примере 1 за исключением реагента- восстановителя и состава азотнокислого раствора урана. В качестве восстановителя использовали раствор карбамида. Вводили азотнокислый раствор урана состава: уран (IV) - 23 г/л, уран (VI) - 76 г/л, азотная кислота-90 г/л, гидразин-нитрат - 13 г/л до достижения в системе концентрации по урану (IV) 1,1 г/л. После введения оксалат-иона пульпу для формирования осадка выдерживали в течение 20 мин и отделяли осадок. Степень извлечения америция составила 9×103. Полученная в результате смесь оксидов урана и америция с массовым соотношением U:Am=45:1 пригодна для долговременного хранения и последующего включения в состав топлива для жидкосолевого реактора.
Предлагаемый способ, в отличие от способа-прототипа, позволяет упростить технологический процесс за счет расширения диапазона содержания азотной кислоты в исходном азотнокислом растворе за одну операцию совместного осаждения с оксалатом урана (IV), снизить содержание америция в рафинате экстракционного передела производства смешанного уран-плутониевого топлива за одну операцию более чем в 9×103 раз и получить смесь оксидов урана и америция, пригодную для использования в составе топлива жидкосолевого реактора.
Claims (4)
1. Способ очистки азотнокислых растворов от америция, включающий соосаждение оксалата америция из растворов, содержащих соединения сопутствующих металлов, путем введения носителя и щавелевой кислоты, выдержку пульпы для формирования осадка, промывку полученного осадка, отделение осадка от маточного раствора и последующее прокаливание до смеси оксидов, содержащих америций, отличающийся тем, что перед введением носителя в азотнокислый раствор вводят бессолевой восстановитель, добавляют в качестве носителя уран (IV), который вводят в систему в виде азотнокислого раствора, стабилизированного гидразином, до достижения концентрации урана (IV) в конечной пульпе не менее 1 г/л.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед внесением бессолевого восстановителя исходный раствор нейтрализуют до остаточной кислотности 0,5-2,5 моль/л.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве бессолевых восстановителей используют раствор карбамида или гидразина.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку пульпы для формирования осадка оксалатов ведут в течение 5-20 мин.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020127056A RU2753107C1 (ru) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | Способ очистки азотнокислых растворов от америция |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020127056A RU2753107C1 (ru) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | Способ очистки азотнокислых растворов от америция |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2753107C1 true RU2753107C1 (ru) | 2021-08-11 |
Family
ID=77349120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020127056A RU2753107C1 (ru) | 2020-08-11 | 2020-08-11 | Способ очистки азотнокислых растворов от америция |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2753107C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0121702A1 (de) * | 1983-03-03 | 1984-10-17 | Alkem Gmbh | Verfahren zum Ausfällen von Americiumoxalat aus einer salpetersauren Ausgangslösung von Americiumnitrat |
| SU1524519A1 (ru) * | 1987-12-17 | 1992-08-23 | Предприятие П/Я Р-6710 | Способ извлечени редкоземельных и актинидных элементов |
| RU2193012C2 (ru) * | 2000-12-13 | 2002-11-20 | Производственное объединение "МАЯК" | Способ извлечения лантанидов и актинидов из азотно-кислых растворов |
| WO2011012563A1 (fr) * | 2009-07-27 | 2011-02-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de recuperation selective de l'americium a partir d'une phase aqueuse nitrique |
| RU2508413C1 (ru) * | 2012-08-31 | 2014-02-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" | Способ извлечения америция из отходов |
| RU2713010C1 (ru) * | 2019-10-16 | 2020-02-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК" | Способ очистки азотнокислых растворов от америция |
-
2020
- 2020-08-11 RU RU2020127056A patent/RU2753107C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0121702A1 (de) * | 1983-03-03 | 1984-10-17 | Alkem Gmbh | Verfahren zum Ausfällen von Americiumoxalat aus einer salpetersauren Ausgangslösung von Americiumnitrat |
| SU1524519A1 (ru) * | 1987-12-17 | 1992-08-23 | Предприятие П/Я Р-6710 | Способ извлечени редкоземельных и актинидных элементов |
| RU2193012C2 (ru) * | 2000-12-13 | 2002-11-20 | Производственное объединение "МАЯК" | Способ извлечения лантанидов и актинидов из азотно-кислых растворов |
| WO2011012563A1 (fr) * | 2009-07-27 | 2011-02-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de recuperation selective de l'americium a partir d'une phase aqueuse nitrique |
| RU2508413C1 (ru) * | 2012-08-31 | 2014-02-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" | Способ извлечения америция из отходов |
| RU2713010C1 (ru) * | 2019-10-16 | 2020-02-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК" | Способ очистки азотнокислых растворов от америция |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sood et al. | Chemistry of nuclear fuel reprocessing: current status | |
| CN101449338A (zh) | 用于后处理废核燃料及制备混合的铀-钚氧化物的方法 | |
| US5508010A (en) | Method of separating fission molybdenum | |
| RU2753107C1 (ru) | Способ очистки азотнокислых растворов от америция | |
| CN111087114A (zh) | 钽铌生产废水的处理方法 | |
| Boyarintsev et al. | Separation and purification of elements from alkaline and carbonate nuclear waste solutions | |
| RU2713010C1 (ru) | Способ очистки азотнокислых растворов от америция | |
| RU2514823C1 (ru) | Способ обработки радиактивного раствора | |
| JPH0453277B2 (ru) | ||
| Jenkins | Solvent extraction chemistry in the atomic energy industry—a review | |
| Govindan et al. | Partitioning of uranium and plutonium by acetohydroxamic acid | |
| Choppin | Separation processes for actinide elements | |
| Mukhachev et al. | Purification of rare earth elements from thorium, uranium, and radioactive isotopes | |
| US3836625A (en) | Reprocessing of spent nuclear fuel | |
| RU2639884C1 (ru) | Способ извлечения палладия из высокоактивного рафината экстракционного цикла переработки отработавшего ядерного топлива (варианты) | |
| Delegard et al. | Precipitation and crystallization processes in reprocessing, plutonium separation, purification, and finishing, chemical recovery, and waste treatment | |
| US2917359A (en) | Separation of fission product values from hexavalent plutonium by carrier precipitation | |
| RU2828808C1 (ru) | Способ переработки оборотного скандийсодержащего раствора уранового производства | |
| Govindan et al. | Purification of 233U from thorium and iron in the reprocessing of irradiated thorium oxide rods | |
| Alfredson | Australian experience in the production of yellow cake and uranium fluorides | |
| Lloyd | An Anion Exchange Process for Americium–Curium Recovery from Plutonium Process Waste | |
| Ketzinel et al. | Research on uranium recovery from phosphoric acid in Israel: Progress and prospects | |
| Nakahara et al. | Behavior of actinide elements and fission products in recovery of uranyl nitrate hexahydrate crystal by cooling crystallization method | |
| Goletskii et al. | Development and trials of a process for extraction recovery of 99 Mo for medical purposes from dissolved irradiated uranium targets | |
| RU2638543C1 (ru) | Способ получения смешанного уран-плутониевого оксида |