Способ извлечения америция

Изобретение относится к способам извлечения америция в виде диоксида америция из растворов. Изобретение может быть использовано в технологии извлечения америция из оборотов производства и радиоактивных отходов. Способ включает концентрирование азотнокислого раствора, содержащего америций и примеси, до содержания америция не менее 100 мг/л путем многократного осаждения осадка, содержащего америций, с последующим его растворением каждый раз в новой порции исходного раствора. При этом осадок, содержащий америций, получают из каждой порции раствора путем введения в 3,8÷6,0 М азотнокислый раствор, содержащий америций и примеси, гидроксида аммония или щелочного металла до остаточной кислотности 0,1÷0,2 М, щавелевой кислоты до концентрации 10÷50 г/л и корректировки кислотности полученной реакционной смеси до рН 0,6÷2,3 при наличии в исходном растворе гидролизующихся примесей или до рН 0,6÷3,5 при их отсутствии. Затем ведут прокаливание осадка, полученного осаждением из концентрированного по америцию раствора, и растворение прокаленного осадка в растворе азотной кислоты. Из полученного раствора проводят экстракцию америция твердым экстрагентом на основе трибутилфосфата, реэкстракцию, осаждение из реэкстракта оксалата америция и его прокаливание до диоксида америция. Техническим результатом является расширение арсенала способов извлечения америция. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к способам извлечения америция в виде диоксида америция из растворов. Изобретение может быть использовано в технологии извлечения америция из оборотов производства и радиоактивных отходов. Диоксид америция используют, например, в источниках ионизирующих излучений, применяемых в геологоразведочных (каротажных) работах.

Известен способ извлечения америция в виде диоксида америция из растворов [патент США №3781404, опубл. 25.12.1973]. По этому способу из раствора, содержащего америций и примеси, осаждают оксалат америция введением щавелевой кислоты, отфильтровывают осадок и прокаливают его с получением оксида америция.

Известен способ извлечения америция в виде диоксида америция из растворов [патент РФ №2335554, МПК C22B 60/02, C22B 3/20 (2006.01), опубл. 10.10.2008]. Способ включает осаждение из азотнокислого раствора, содержащего америций и примеси, осадка, содержащего америций, прокаливание полученного осадка до оксидов, их растворение в азотной кислоте с получением азотнокислого раствора, из которого осуществляют экстракцию америция с использованием твердого экстрагента на основе диизооктилметилфосфоната, реэкстракцию америция, осаждение из упаренного реэкстракта оксалата америция и его прокаливание до диоксида америция. Способ выбран за прототип.

Задачей изобретения является расширение арсенала способов извлечения америция.

Задачу решают тем, что в способе извлечения америция в виде диоксида америция из растворов, включающем операцию осаждения из азотнокислого раствора, содержащего америций и примеси, осадка, содержащего америций, прокаливание полученного осадка до оксидов, их растворение в растворе азотной кислоты, экстракцию америция из полученного азотнокислого раствора с использованием твердого экстрагента и последующую реэкстракцию, осаждение из реэкстракта оксалата америция и его прокаливание до диоксида америция, осуществляют концентрирование азотнокислого раствора, содержащего америций и примеси, до содержания америция не менее 100 мг/л путем многократного осаждения осадка, содержащего америций, с последующим его растворением каждый раз в новой порции исходного раствора, при этом осадок, содержащий америций, получают путем введения в 3,8÷6,0 М азотнокислый раствор, содержащий америций и примеси, гидроксида аммония или щелочного металла до остаточной кислотности 0,1÷0,2 М, щавелевой кислоты до концентрации 10÷50 г/л и корректировки кислотности полученной реакционной смеси до рН 0,6÷2,3 при наличии в исходном растворе гидролизующихся примесей или рН 0,6÷3,5 при их отсутствии, на прокаливание до оксидов направляют осадок, полученный осаждением из концентрированного по америцию раствора, а экстракцию америция осуществляют с использованием твердого экстрагента на основе трибутилфосфата.

Из фильтратов, полученных после отделения осадка, содержащего америций, осаждают гидроксид америция, который растворяют в исходном растворе.

Из фильтратов, полученных после отделения осадка, содержащего америций, осаждают оксалат америция на носителе-оксалате кальция, осадок растворяют в азотной кислоте, из азотнокислого раствора осаждают гидроксид америция, который растворяют в исходном растворе.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1.

Перерабатывают азотнокислые растворы радиоактивных отходов, имеющие концентрацию америция до десятков мг/л; из примесей могут быть: железо, алюминий, магний, хром, никель, кремний, кальций и др. в концентрации до нескольких граммов на литр.

В 3,8÷6,0 М азотнокислый раствор, содержащий америций и примеси, вводят раствор гидроксида аммония или гидроксида щелочного металла (лития, натрия, калия) до остаточной кислотности 0,1÷0,2 М, затем 10÷50 г/л щавелевой кислоты, и добавлением гидроксида аммония или гидроксида щелочного металла корректируют кислотность раствора до рН 0,6÷2,3 при наличии в исходном растворе гидролизующихся примесей (железа, алюминия) или до рН 0,6÷3,5 в отсутствие в исходном растворе гидролизующихся примесей. (При рН более 2,3 соединения железа, алюминия, выпадая в осадок, сильнее загрязняют осадок, содержащий америций.)

После перемешивания и выдержки реакционной смеси в течение заданного времени получают осадок, содержащий америций; это осадок, содержащий соединения америция, аммония или щелочных металлов, и примесей. Осадок содержит многокомпонентный оксалатный комплекс. По-видимому, америций содержится в осадке в виде оксалата. Как показали исследования, наиболее полное осаждение америция из 3,8÷6,0 М раствора и с минимальным количеством примесей, содержащихся в исходном растворе, происходит при добавлении гидроксида до остаточной кислотности 0,1÷0,2 М, 10÷50 г/л щавелевой кислоты и корректировке кислотности раствора до рН 0,6÷2,3 при наличии в исходном растворе гидролизующихся примесей (железа, алюминия) или до рН 0,6÷3,5 в отсутствие в исходном растворе гидролизующихся примесей. В этих условиях происходит уменьшение концентрации америция в растворе при однократном осаждении в ≈27÷45 раз.

Осадок отфильтровывают, при этом основная часть примесей, содержащихся в исходном растворе, остается в фильтрате.

Осадок растворяют в свежей порции исходного раствора. В раствор добавляют гидроксид аммония или щелочного металла, щавелевую кислоту и корректируют рН (в указанных выше значениях). Осаждая осадок, содержащий америций, и растворяя осадок каждый раз в новой порции исходного раствора, концентрируют раствор по америцию до содержания америция в растворе не менее 100 мг/л (обычно 100÷500 мг/л).

Из концентрированного раствора осаждают осадок, содержащий америций, при указанных выше условиях или из концентрированного раствора осаждают гидроксид америция добавлением гидроксида натрия до рН 6,0÷7,0.

Осадок сушат и прокаливают при заданной температуре до оксидов, которые растворяют в растворе азотной кислоты, раствор направляют на экстракцию.

Экстракцию америция в виде нитрата америция осуществляют с использованием твердого экстрагента на основе трибутилфосфата (ТВЭКС-ТБФ). Примеси практически не экстрагируются, остаются в водном растворе. Экстракцию осуществляют в статическом режиме путем контактирования с экстрагентом, помещенным в емкость, 0,1 М раствора, содержащего америций, в течение заданного времени, после чего экстрагент промывают водой и реэкстрагируют америций в виде нитрата америция также водой.

В полученный реэкстракт добавляют заданное количество кристаллического оксалата аммония для осаждения оксалата америция. Осадок отфильтровывают, сушат и прокаливают до диоксида америция. При переработке раствора, содержащего америций в количестве 50 мг/л, получили диоксид америция в количестве 56,5 мг, содержание примесей в нем 0,1 мас.%.

Пример 2.

Фильтрат, оставшийся после отделения фильтрованием осадка, содержащего америций, содержит 0,1 мг/л америция, основное количество примесей, имеет рН=1,5. Фильтрат направили на доизвлечение америция.

Для этого к фильтрату добавили гидроксид натрия до рН=7,0, при этом образовался осадок, включающий гидроксид америция, загрязненный примесями, который отделили от маточного раствора и растворили в исходном растворе, направляемом на переработку. Маточный раствор с концентрацией америция 0,01 мг/л, содержащий примеси, отправили на кондиционирование и захоронение.

Пример 3.

Фильтрат, оставшийся после отделения фильтрованием осадка, содержащего америций, содержит 0,1 мг/л америция, основное количество примесей, имеет рН=1,5. Фильтрат направили на доизвлечение америция.

Для этого к фильтрату добавили заданное количество щавелевой кислоты и четырехводного нитрата кальция. Кислотность поддерживали на уровне рН=1,0-2,0. Полученную реакционную смесь выдерживали в течение заданного времени. Получили осадок оксалата кальция с соосажденным с ним оксалатом америция. Осадок отфильтровали и растворили в небольшом объеме концентрированной азотной кислоты. В этом же растворе растворяли осадки, полученные таким же путем при переработке других партий фильтрата, пока концентрация америция в растворе не достигла 10 мг/л.

Маточники от соосаждения оксалата кальция и оксалата америция, содержащие примеси, отправили на кондиционирование и захоронение.

Из полученного азотнокислого раствора осадили гидроксид америция добавлением гидроксида натрия до рН 7 и выдерживанием реакционной смеси в течение заданного времени, затем отделили выпавший осадок от маточного раствора фильтрованием. Осадок гидроксида америция, содержащий примеси, растворили в исходном растворе из оборотов производства, направляемом на переработку; из маточного раствора от осаждения гидроксида америция осадили гидроксид кальция, который отправили на переработку, а маточник от осаждения гидроксида кальция, содержащий примеси, отправили на кондиционирование и захоронение.

1. Способ извлечения америция в виде диоксида америция из растворов, включающий осаждение из азотнокислого раствора, содержащего америций и примеси, с получением осадка, содержащего америций, прокаливание полученного осадка до оксидов, их растворение в растворе азотной кислоты, экстракцию америция из полученного азотнокислого раствора с использованием твердого экстрагента и последующую реэкстракцию, осаждение из реэкстракта оксалата америция и его прокаливание до диоксида америция, отличающийся тем, что осуществляют концентрирование исходного азотнокислого раствора, содержащего америций и примеси, до содержания америция не менее 100 мг/л путем многократного осаждения осадка, содержащего америций, с последующим его растворением каждый раз в новой порции исходного раствора, причем осадок, содержащий америций, получают из каждой порции раствора путем введения в 3,8÷6,0 М азотнокислый раствор, содержащий америций и примеси, гидроксида аммония или щелочного металла до остаточной кислотности 0,1÷0,2 М, щавелевой кислоты до концентрации 10÷50 г/л и корректировки кислотности полученной реакционной смеси до рН 0,6÷2,3 при наличии в исходном растворе гидролизующихся примесей или до рН 0,6÷3,5 при их отсутствии, при этом на прокаливание до оксидов направляют осадок, полученный осаждением из концентрированного по америцию раствора, а экстракцию америция осуществляют с использованием твердого экстрагента на основе трибутилфосфата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из фильтратов, оставшихся после отделения фильтрованием осадка, содержащего америций, осаждают гидроксид америция, который растворяют в исходном растворе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что из фильтратов, оставшихся после отделения фильтрованием осадка, содержащего америций, осаждают оксалат америция на носителе-оксалате кальция, осадок растворяют в азотной кислоте, из азотнокислого раствора осаждают гидроксид америция, который растворяют в исходном растворе.