Способ извлечения серебра из отработанных сорбентов, содержащих йод-129

Изобретение относится к области переработки и утилизации твердых радиоактивных отходов радиохимических предприятий атомной промышленности, в частности к способу иммобилизации йода-129 и извлечению серебра из отработанных сорбентов, которое может быть использовано для изготовления йодного поглотителя. Серебросодержащий сорбент обрабатывают нагретым до 75-80°С щелочным раствором гидразин-нитрата с концентрацией по щелочи от 30 до 100 г/л и по гидразину - от 15 до 50 г/л. Раствор выдерживают не менее 60 минут и сливают в отдельную емкость для концентрирования из него йода-129. Промывку сорбента осуществляют водой. Затем сорбент обрабатывают азотной кислотой с концентрацией от 3 до 10 моль/л, нагретой до 80°С, в течение 30 минут. Техническим результатом является повторное использование серебра из отработанного сорбента и увеличение срока эксплуатации узла йодной очистки при переработке облученного ядерного топлива с минимальными затратами. 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области переработки и утилизации твердых радиоактивных отходов радиохимических предприятий атомной промышленности, а именно к способу иммобилизации йода-129 и извлечению серебра из отработанных сорбентов, которое может быть использовано для изготовления йодного поглотителя.

Технологические процессы производств по переработке облученного ядерного топлива (ОЯТ) энергетических реакторов и транспортных установок неразрывно связаны с очисткой газоаэрозольных отходов от долгоживущего йода-129 (T_1/2=1,57·10⁷ лет). В качестве сорбента для его улавливания используется, например, активная гамма-окись алюминия, импрегнированная азотнокислым серебром. В процессе эксплуатации серебро связывается с йодом и частично с хлором и фтором. Так, в отработанном промышленном сорбенте до 70% серебра связано с йодом (йод-127, 129). Оставшаяся часть серебра находится в основном в виде хлорида и фторида, а также в азотнокислой форме.

После нескольких циклов регенерации сорбент разрушается и значительная его часть превращается в пылевидную фракцию, что исключает дальнейшее его использование в технологии очистки газоаэрозольных отходов [И.А.Истомин. Разработка и внедрение технологии обращения с йодом-129 в процессе переработки облученного ядерного топлива энергетических реакторов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Озерск, ФГУП "ПО "Маяк". - 2003 г. С. - 105].

Учитывая то обстоятельство, что серебро является остродефицитным и дорогостоящим реагентом, существует необходимость разработки методов извлечения серебра из отработанных "серебряных" фильтров, содержащих йод-129, с целью использования его для приготовления нового фильтрующего материала.

Известен метод регенерации твердотельного йодного фильтра, содержащего йодид серебра, йодат серебра и сорбированный физическим путем молекулярный йод [GB 2390219 А (МПК G 21 F 9/30, опубл. 31.12.2003)], в котором представлен способ извлечения серебра из отработанных сорбентов, содержащих йод-129. Сущность метода заключается в приведении твердотельного фильтра в контакт с водным раствором восстановителя, выбранным из гидроксиламина, гидроксиламиновых солей, аскорбиновой кислоты, солей аскорбиновой кислоты, аскорбил-эфиров, борогидрида натрия, гипофосфита натрия, формальдегида, мочевины, муравьиной кислоты и их солей для десорбции йода с фильтра и растворении его в водном растворе. Извлечение серебра осуществляется путем погружения фильтра, содержащего восстановленное серебро в раствор азотной кислоты с концентрацией от двух до шести моль на литр.

Отличительными признаками изобретения по сравнению с ближайшим аналогом являются следующие.

1. Использование в процессе удаления из отработанного сорбента радиоактивного йода в качестве восстановителя щелочного раствора гидразин-нитрата.

2. Расширение диапазона концентрации азотной кислоты до 10 моль/л в процессе извлечения серебра из отработанного сорбента.

Техническим результатом изобретения является упрощение и оптимизация эксплуатации йодного сорбента за счет повторного использования технического серебра, полученного в виде раствора азотнокислого серебра, пригодного для изготовления нового сорбента.

Технический результат достигается способом извлечения серебра из отработанных сорбентов, содержащих йод-129, включающим восстановление серебра с переводом его в металлическое состояние обработкой щелочным раствором реагента, промывку сорбента водой и обработку сорбента, содержащего металлическое серебро, азотной кислотой, в котором согласно изобретению, восстановление серебра ведут щелочным раствором гидразин-нитрата с концентрацией гидразина 15-50 г/л и щелочи 30-100 г/л в течение не менее 60 минут при температуре 75-80°С, обработку сорбента, содержащего металлическое серебро, осуществляют азотной кислотой с концентрацией 3-10 моль/л, нагретой до 80°С, в течение 30 минут.

Осуществление предлагаемого способа делится на следующие этапы.

1. Отработанный сорбент, содержащий йод-129, обрабатывается щелочным раствором гидразин-нитрата с концентрацией по щелочи от 30 до 100 г/л и по гидразину - от 15 до 50 г/л при температуре от 75 до 80°С и продолжительности процесса не менее 60 минут для перевода всего серебра в металлическое состояние.

2. Сорбент промывается водой до полного устранения следов щелочи и гидразина.

3. В аппарат, содержащий промытый сорбент, заливается предварительно нагретая до 80°С азотная кислота с концентрацией от 3 до 10 моль/л. Система выдерживается в течение 30 минут, после чего раствор сливается в отдельную емкость. Основа сорбента промывается водой для устранения остатков серебра. Растворы объединяются и используются для изготовления сорбента за счет пропитки новой основы.

Пример 1.

Несколько порций сорбента, содержащего металлическое серебро, были обработаны раствором азотной кислоты с концентраций от 0,1 до 7,0 моль/л при температуре 80°С в течение 30 минут. Степень извлечения серебра определяли как по остаточному содержанию его в сорбенте, так и по его концентрации в растворе. Зависимость степени извлечения серебра из сорбента от концентрации азотной кислоты приведена на чертеже. Как видно из чертежа максимальная эффективность извлечения ионов серебра в раствор наблюдается в диапазоне концентраций азотной кислоты от 3 моль/л и выше.

Пример 2.

Несколько порций серебросодержащего сорбента (гранулы в виде цилиндров d = от 3 до 5 мм и h = от 10 до 15 мм) на основе окиси алюминия, содержащего труднорастворимые соединения серебра (AgI, AgCl, AgF) обрабатывали, предварительно нагретым до 80°С щелочным раствором гидразин-нитрата с концентрацией по щелочи 30 г/л и по гидразину 15 г/л в течение не менее 60 минут. После проведения процесса извлечения йода сорбент промывали дистиллированной водой до достижения нейтральной реакции в промывных растворах, сушили и взвешивали. Растворы, образующиеся в процессе регенерации (регенераты и промывка), анализировались на содержание в них йода. Результаты извлечения йода из сорбента приведены в таблице 1.

Таблица 1 Извлечение йода из отработанного сорбента
Номер опыта	Масса сорбента, мг	Масса йода в растворе, мг	Эффективность извлечения йода, %
до извлечения йода	после извлечения йода
1	4952	4642	310	98,1
2	4926	4628	298	98,7
3	4946	4649	294	98,9
4	5047	4762	312	99,1
5	4960	4667	299	97,4
6	4993	4697	315	96,9
7	5030	4735	321	97,3
8	4985	4698	309	97,2
9	4953	4674	307	99,4
10	5000	4711	305	97,1
Среднее	4979,2±27,5	4б87,2±29,5	292,0±4,8	98,0±0,7

Далее было проведено извлечение серебра из сорбента. Пробы сорбента обрабатывались азотной кислотой с концентрацией 5 моль/л в течение 30 минут при температуре 80°С. После проведения процесса маточные и промывные растворы анализировались на содержание в них серебра. Результаты экспериментов представлены в таблице 2.

Таблица 2 Извлечение серебра из сорбента
Номер опыта	Масса сорбента, мг	Масса серебра в растворе, мг	Эффективность извлечения серебра, %
До извлечения Ag	После извлечения Ag
1	4642	4322	321	98,8
2	4628	4310	318	98,2
3	4649	4334	316	97,1
4	4762	4440	321	96,3
5	4667	4343	322	98,5
6	4697	4377	318	96,7
7	4735	4410	320	96,5
8	4698	4382	317	96,4
9	4674	4360	324	99,0
10	4711	4391	322	97,6
Среднее		97,4±0,6

Таким образом, эффективность извлечения серебра из всех порций сорбента составила (97,4±0,6)%.

Достоинством предложенного способа является комплексный подход к вопросу утилизации сорбента, насыщенного йодом-129, при котором возможно после завершения использования сорбента извлечь из него радиоактивный йод для последующей его утилизации с последующим извлечением из него серебра для дальнейшего его использования (изготовления нового сорбента). Применение одного химического реагента (азотной кислоты) для извлечения серебра, а также снижение концентрации азотной кислоты позволяет получить раствор азотнокислого серебра, пригодного для повторного его использования в технологии переработки облученного ядерного топлива.

Способ извлечения серебра из отработанных сорбентов, содержащих йод-129, включающий восстановление серебра с переводом его в металлическое состояние обработкой щелочным раствором реагента, промывку сорбента водой и обработку сорбента, содержащего металлическое серебро, азотной кислотой, отличающийся тем, что восстановление серебра ведут щелочным раствором гидразин-нитрата с концентрацией гидразина 15-50 г/л и щелочи 30-100 г/л в течение не менее 60 мин при температуре 75-80°С, обработку сорбента, содержащего металлическое серебро, осуществляют азотной кислотой с концентрацией 3-10 моль/л, нагретой до 80°С, в течение 30 мин.