Способ переработки технециевых растворов


 


Владельцы патента RU 2513724:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" (RU)

Изобретение относится к переработке жидких радиоактивных отходов, образующихся в процессе переработки ОЯТ. Описан способ переработки технециевых растворов, включающий осаждение технеция из азотнокислых растворов с концентрацией азотной кислоты или нитрат-иона, не превышающей 3 моль/л, концентрированными водными растворами о-фенантролиновых или α-бипиридильных комплексов двухвалентных переходных металлов, или смешанными комплексами указанных органических соединений, или смешанными комплексами, содержащими о-фенантролин или α-бипиридил с двухосновными аминами. Полученные осадки металлорганических пертехнетатов прокаливают в токе водорода при температуре 600-1200°С как в присутствии легкоплавкого металла или его оксида с температурами плавления 200-800°С, так и без него для получения на их основе устойчивых и пригодных для дальнейшего хранения и переработки матриц. Технический результат - получение технеция в конечной форме, пригодной для дальнейшего хранения и переработки. 4 з.п.ф-лы, 2 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов и может применяться для локализации технеция из азотнокислых растворов с последующим получением в качестве конечной формы твердой металлсодержащей матрицы.

Известны способы соосаждения и осаждения восстановленных форм технеция на гидроокисях металлов [Лэмб Е., Сигрен X., Бошан Е. в кн. "Труды Второй международной конференции по мирному использованию атомной энергии (Женева, 1958) Т.10. М.: Атомиздат.1959. С.115-126]. В данных работах речь идет в основном о микроколичествах технеция при его извлечении из облученных блоков.

Известны также способы соосаждения макроколичеств технеция при взаимодействии в щелочной (аммиачной) среде с гидразином и его производными, а также с другими восстановителями [А.Н.Машкин, С.Л.Шиков / Изучение сорбции технеция на осадках гидроксидов железа и алюминия применительно к условиям озера Карачай. / Вопросы радиационной безопасности, 1999, №1, с.12-17], [С.В.Крючков и В.Ф.Перетрухин «Поведение технеция (IV)-(VII) в щелочных растворах в присутствии восстановителей, окислителей, комплексообразователей и под действием γ-облучения». / Тезисы Второй Российской конференции по радиохимии, Дмитровград. 1997, с.73]. К недостаткам описанных методов следует отнести нестойкость эффекта осаждения вследствие окисления образующихся гидроксидов железа кислородом воздуха или иными окислителями, а также необходимость проведения процесса осаждения в сильнощелочной (0,5-15 моль/л) и, следовательно, сильнозасоленной среде, что усложняет последующую утилизацию радиоактивного маточного раствора.

Известен также способ осаждения технеция в виде ТсО2 [патент RU 2201896, 10.04.2003]. Несмотря на достаточно высокую степень осаждения технеция до 50-99,9% от исходного содержания в растворе, главным недостатком описанного метода является необходимость предварительной нейтрализации окислительного воздействия воздуха такими восстановителями, как U(IV) или Ti (III), воздействие которых приводит к образованию в растворе диоксида технеция и его соосаждению с гидроокисями упомянутых четырехвалентных металлов.

Известны также другие способы отверждения растворов технеция. В качестве матрицы для технеция используется гранулированный силикагель, а насыщенный металлом сорбент в дальнейшем подвергается прокаливанию [патент RU 2132094, 20.06.1999]. Основной недостаток этого изобретения состоит в необходимости обработки технециевого раствора комплексообразователями, способствующими увеличению его сорбции на силикагеле, а затем обработки насыщенного технецием сорбента восстановителями для получения диоксида технеция, что приводит к повышенной засоленности маточного раствора и затрудняет его дальнейшую переработку.

Также известен способ получения металлической технециевой матрицы восстановлением соли пертехнетата аммония до металла [патент RU 2103403, 27.01.1998]. Основным недостатком этого изобретения является обширная подготовительная работа по получению соли пертехнетата аммония, включающая сорбцию на катионите и нейтрализацию полученного раствора аммиаком, что приводит к увеличению объемов как жидких, так и твердых радиоактивных отходов.

Прототипом к предлагаемому изобретению является способ по осаждению технеция из растворов с концентрацией азотной кислоты 1,5 моль/л и ниже раствором гидразина или раствором железа (II) [патент RU 2199163, 20.02.2003].

Несмотря на хорошие результаты осаждения Тс: 95-99% технеция в осадке от исходного количества в растворе, основными недостатками прототипа являются необходимость предварительной нейтрализации азотнокислого раствора с концентрацией азотной кислоты 1,5 моль/л и ниже растворами солей карбоновых кислот или растворами щелочей до рН 5-11 и отсутствие варианта дальнейшей переработки полученных осадков. Предварительная обработка раствора опять же приводит к существенному засолению исходного раствора, что вызывает затруднения при последующей переработке.

Задачей данного изобретения является разработка способа локализации технеция осаждением из азотнокислых растворов с последующим получением на основе образовавшихся осадков твердой пригодной для дальнейшего хранения матрицы.

Осаждение осуществляют из исходных растворов с концентрацией азотной кислоты или нитрат-иона, не превышающей 3 моль/л.

Для осаждения технеция из азотнокислых растворов использовались о-фенантролиновые или α-бипиридильные комплексы двухвалентных переходных металлов, таких как Zn, Ni, Co, Cu и т.д., смешанные комплексы указанных органических соединений или смешанные комплексы, содержащие о-фенантролин или α-бипиридил с двухосновными аминами. Мольное соотношение переходный металл:органический лиганд в осадителе составило 1:(1-12). Осаждение проводят при мольном соотношении металл осадителя:Тс, равном 1:(1÷2). В результате получаются осадки металлорганических пертехнетатов, которые после прокаливания в токе водорода при температуре 600-1200°С в течение 40 мин в присутствии легкоплавкого металла, например Sn, Al, Zn и т.д, или его оксида с температурой плавления 200-800°С или без него позволяют получить металлсодержащую матрицу.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осаждать технеций из нейтральных и азотнокислых растворов комплексами переходных двухвалентных металлов с двухосновными аминами с получением технециевого металлорганического осадка, последующее прокаливание которого позволяет получить на его основе металлическую матрицу.

При локализации технеция методом «прямого осаждения» с использованием о-фенантролиновых комплексов переходных металлов в растворе остается в среднем 2-20% технеция от исходного количества в зависимости от применяемого осадителя. При использовании метода «обратного осаждения» 98-100% Тс переходит в осадок. Выщелачиваемость полученных матриц после прокаливания осадков в токе водорода удовлетворяет нормам для САО.

Пример 1

«Прямое осаждение»

К нейтральному или азотнокислому технециевому раствору с концентрацией технеция 1 г/л и концентрацией нитрат-иона 0,5, 1, 1,5, 2, 3 моль/л при комнатной температуре добавляют раствор осадителя, представляющий собой азотнокислый о-фенантролиновый комплекс меди (II) с соотношением переходный металл:органический лиганд, равным 1:9. Осаждение проводят при мольном соотношении:металл осадителя:технеций, равном 1:1,1.

В таблице 1 приведены данные по осаждению технеция концентрированными растворами органических комплексов двухвалентных переходных металлов из нейтральных и азотнокислых растворов.

Таблица 1
Раствор осадителя Концентрация азотной кислоты в исходном растворе, моль/л Содержание металлов в осадке после осаждения от исходного содержания в растворе, %
Металл осадителя Тс
0 91 98
Cu(phen)9(NO3)2,
0,5 93 98
Fe(bipy)3(NO3)2,
1 95 98
Fe(bipy)2(phen)(NO3)2,
1,5 95 95
Co(phen)2(en)(NO3)2,
2 94 93
Со(bipy)2(en)(NO3)2,
3 88 91
где
phen- o-фенантролин, 4 осадок не образуется осадок не образуется
bipy-бипиридил,
en-этилдиамин

Остаточная концентрация технеция в растворе после осаждения составила 0,02-0,1 мг/л.

Пример 2

«Прямое осаждение»

К нейтральному или азотнокислому технециевому раствору с концентрацией технеция 1 г/л и концентрацией нитрат-иона 0,5, 1, 1,5, 2 моль/л при комнатной температуре добавляют раствор осадителя, представляющий собой азотнокислый о-фенантролиновый комплекс железа (II) с соотношением переходный металл:органический лиганд, равным 1:3. Осаждение проводят при мольном соотношении металл осадителя:технеций, равном 1:1,7.

В таблице 2 приведены данные по осаждению технеция концентрированным водным растворов органического комплекса железа (II) из нейтральных и азотнокислых растворов.

Таблица 2
Раствор осадителя Концентрация азотной кислоты в исходном растворе, моль/л Содержание металлов в осадке после осаждения от исходного содержания в растворе, %
Fe Тс
Fe(phen)3(NO3)2, 0 48 90
где 0,5 52 86
phen- о-фенантролин 1 61 85
1,5 64 80
2 68 80
3 70 80
4 Осадок не образуется Осадок не образуется

Остаточная концентрация технеция в растворе после осаждения составила 0,1-0,2 мг/л.

Пример 3

«Обратное осаждение»

К концентрированному раствору осадителя приливают исходный нейтральный или азотнокислый технециевый раствор с концентрацией по металлу 1 г/л и концентрацией нитрат-иона до 3 моль/л в зависимости от используемого осадителя. При использовании в качестве осадителя концентрированного раствора органического комплекса железа до 95% технеция от исходного содержания в растворе переходит в осадок.

Пример 4

Локализацию технеция проводят методом «обратного» осаждения, то есть постепенным добавлением исходного раствора в раствор осадителя при постоянном перемешивании. Осаждение проводят как в нейтральных растворах, так и кислых растворах с концентрациями азотной кислоты 0,5, 1, 1,5, 2 и 3 моль/л и концентрацией технеция 1 г/л при комнатной температуре.

Остаточная концентрация технеция в растворе после осаждения при использовании концентрированного раствора органического комплекса меди составила 20 мг/л.

Пример 5

Полученные осадки металлорганических пертехнетатов сушат в течении 20 минут при температуре 200-250°С, а затем прокаливают от 20 минут до 1 часа в токе водорода при температуре 600-1200°С.

Пример 6

К полученным осадкам металлорганических пертехнетатов для уменьшения пористости образцов, образующейся в ходе прокаливания, добавляют легкоплавкий металл, например Al, Sn, Zn и т.д., с температурой плавления 200-800°С или его оксид. Полученные образцы сушат в течение 20 минут при температуре 200-250°С, а затем прокаливают от 20 минут до 1 часа в токе водорода при температуре 600-1200°С.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами: отсутствует необходимость в предварительной окислительно-восстановительной обработке исходного раствора, а также его нейтрализации; способ предельно прост в своем исполнении и заключается либо в добавлении концентрированного раствора осадителя непосредственно в исходный раствор, либо, наоборот, также позволяет получить технеций в конечной форме, пригодной для дальнейшего хранения и переработки.

1. Способ переработки технециевых растворов, включающий осаждение технеция из азотнокислых растворов соединением, содержащим двухвалентный переходный металл, отличающийся тем, что осаждение осуществляют из исходных растворов с концентрацией азотной кислоты или нитрат-иона, не превышающей 3 моль/л, концентрированными водными растворами о-фенантролиновых или α-бипиридильных комплексов двухвалентных переходных металлов, или смешанными комплексами указанных органических соединений, или смешанными комплексами, содержащими о-фенантролин или α-бипиридил с двухосновными аминами, и полученные осадки металлорганических пертехнетатов переводят в форму, пригодную для длительного хранения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение переходный металл : органический лиганд в растворе осадителя составляет 1:(1-12), а осаждение проводят при мольном соотношении металл осадителя:Тc, равном 1:(1÷2).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осаждения технеция осуществляют как методом «прямого осаждения», добавлением раствора осадителя в исходный раствор, так и методом «обратного осаждения», постепенным добавлением исходного раствора в раствор осадителя.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученные осадки прокаливают в токе водорода при температуре 600-1200°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокаливание полученных осадков осуществляют в присутствии легкоплавкого металла, например Sn, Al, Zn и т.д., или его оксида с температурой плавления 200-800°С в токе водорода при температуре 600-1200°С.



 

Похожие патенты:

Заявленное изобретение относится к способам обезвреживания жидких радиоактивных отходов ядерных энергетических установок, загрязненных нефтепродуктами, продуктами коррозии и синтетическими поверхностно-активными веществами, в полевых условиях.

Изобретение относится к технологии переработки жидких отходов, в том числе и радиоактивных отходов (РАО). .
Изобретение относится к области атомной техники и касается технологии переработки высокосолевых жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности, содержащих до 30% органических веществ, путем включения их в магнезиальный цемент.

Изобретение относится к области переработки жидких и пульпообразных радиоактивных отходов (РАО), образующихся при регенерации облученного ядерного топлива (ОЯТ), и может быть использовано в радиохимической промышленности.

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов. .

Изобретение относится к области экологии, к защите природных объектов от загрязнений жидкими радиоактивными отходами (ЖРО) и/или другими жидкими токсичными отходами (ЖТО), побочно образующимися при переработке отработанного ядерного топлива (ОЯТ) или промышленной деятельности.
Изобретение относится к области переработки отходов ионообменных смол. .

Изобретение относится к технологии очистки растворов от радионуклидов и может быть использовано для дезактивации жидких радиоактивных отходов. .

Изобретение относится к области переработки гетерогенных жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности к переработке отработавших мелкодисперсных абразивных фильтроматериалов, и может быть использовано при переработке отработавшего фильтроперлита (ФП) систем спецводоочисток. Сущность заявленного способа заключается в том, что предусмотрены операции извлечения пульпы фильтроперлита из емкости хранения, удаления избыточной влаги, транспортирования гидротранспортом и цементирования, введения в пульпу перед транспортированием из емкости хранения отработанных ионообменных смол в количестве 10÷75% от объема фильтроперлита при плотности 1÷1,5 г/см3. Техническим результатом является возможность снижения износа оборудования и трубопроводов в процессе осуществления способа переработки радиоактивных отходов фильтроперлита в 80-100 раз, а также снижение износа насосов при транспортировке фильтроперлита и упрощение операции транспортировки пульпы. 2 ил.
Изобретение относится к гидрометаллургии урана и может быть использовано для утилизации маточников, образующихся при получении тетрафторида урана из азотнокислых растворов с использованием процессов экстракции, реэкстракции и термообработки соединений урана, получаемых из реэкстрактов с получением диоксида урана и дальнейшей его обработкой хлоридно-фторидными растворами. Способ утилизации оборотных маточных растворов производства тетрафторида урана, включающий их смешение при значениях pH 4,0-5,2 барботажем воздухом до стабилизации значения pH и обработку гидроксидом натрия при значениях pH 10,5-11,0, отделение урансодержащих осадков от растворов с последующим возвратом их на стадию выщелачивания исходных продуктов, отстой сбросных растворов на хвостохранилище и закачку отстоявшейся части растворов в подземные горизонты. Техническим результатом является снижение расхода азотной кислоты, гидроксида натрия и извести, сокращение сброса жидких отходов на хвостохранилище. 2 з. п. ф-лы, 6 табл.
Изобретение относится к способу отверждения жидких высокоактивных отходов с целью переведения их в компактный материал, пригодный для долговременного и безопасного хранения. Способ заключается в переведении отходов в гелеобразное состояние и характеризуется тем, что в растворы высокоактивных отходов вводят соли циркония, железа и глицерин до концентрации их в растворах соответственно не менее 0,12, 0,6 и 0,23 М/л, выдерживают полученную смесь в течение не менее 2,5 ч с последующим добавлением в смесь раствора однозамещенного фосфата калия в фосфорной кислоте до мольного соотношения компонентов Zr:Fe:K:PO4=1:3:2:5-8, высушиванием, прокаливанием полученного полимерного геля цирконилфосфата соответственно при 70-90°C и 300-400°С и плавлением полученных гранул при 980-1000°С. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано при производстве «реакторного» 99Мо как генератора 99mТc биомедицинского назначения, а также при анализе технологических растворов для предварительного выделения Мо или Мо и Zr при экстракционной переработке растворов технологии отработавшего ядерного топлива атомных электростанций (ОЯТ АЭС). Описаны варианты способов селективного экстракционного извлечения значительной части молибдена или совместно молибдена и циркония из радиоактивных растворов с получением экстракта. Перерабатываемый радиоактивный раствор обрабатывают экстрагентом, представляющим собой трудно растворимый в водной фазе спирт, в присутствии экстрагируемого комплексообразователя, в качестве которого могут быть использованы гидроксамовые кислоты с числом углеродных атомов 6-12, что обеспечивает достаточно полное извлечение молибдена и циркония в органическую фазу. Из экстракта выделяют молибден или молибден и цирконий в компактном виде сублимацией или реэкстракцией. Технический результат - получение экстракта, очищенного от альфа- и гамма-радиоактивных примесей более чем в 100 раз, и последующее раздельное выделение радионуклидов из экстракта, совмещенное в заключительной стадии процесса с регенерацией экстрагента. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 табл., 12 пр.

Изобретение относится к области создания пирохимических технологий переработки облученного ядерного топлива, а именно к способу извлечения редкоземельных элементов из жидкого сплава с цинком. Предлагаемый способ включает погружение сплава в солевой расплав с последующим переводом редкоземельных элементов из жидкого сплава в расплав путем окисления. При этом окисление редкоземельных элементов осуществляют в расплаве хлорида цинка в интервале температур 420-550°С, а в качестве окислителя используют ионы цинка из расплава. Способ обеспечивает большой выход по массе среди продуктов деления. 2 табл., 2 пр.

Заявленная группа изобретений относится к средствам обработки радиоактивных растворов. В заявленном способе обработки радиоактивных растворов перед заполнением емкости раствором в ее нижнюю часть помещают дополнительную емкость из тонкой диэлектрической пленки. Затем радиоактивный раствор заливают в емкость, добавляют в него вещества для управления процессом обработки. После этого раствор подвергают облучению однополярными электромагнитными импульсами мощностью более 1 МВт и длительностью менее 1 нс, частотой повторения не менее 1 кГц. Раствор обрабатывают в течение 10-30 минут, выдерживают в емкости в течение 1-4-х суток, после чего обработанный раствор сливают и удаляют дополнительную емкость, которую подвергают захоронению. Заявленная установка содержит токопроводящий корпус (1), в центральной части которого размещен электрод (2), выполненный в виде горизонтальной пластины. Пластина повторяет форму сечения корпуса, но имеет размеры 20-30% от площади сечения корпуса. Установка также содержит расположенный вне корпуса генератор (3) однополярных электромагнитных импульсов. На время обработки в нижней части корпуса размещена дополнительная емкость (4). Техническим результатом является упрощение технических средств обработки радиоактивных растворов с сохранением высокого качества очистки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в технологии переработки жидких радиоактивных отходов радиохимических производств и АЭС. В заявленном способе предусмотрено гетерогенное каталитическое разложение технологических растворов, содержащих оксалат-ионы с концентрацией 16-18 г/л (комплексоны (до 2 г/л), ПАВ (до 50 мг/л)) и азотную кислоту (до 60 г/л) на платиновом катализаторе, нанесенном на анионообменную смолу ВП-1АП (0,05-2 вес.% платины). Техническим результатом является достижение степени разложения оксалат-ионов, комплексонов, поверхностно-активных веществ до 99,9%, остаточных концентраций - менее 10 мг/л по оксалат-иону и менее 1 мг/л по комплексону (ЭДТА, трилон Б) и ПАВ (сульфонол). 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, а именно к переработке жидких радиоактивных отходов, в частности кубовых остатков выпарных установок переработки трапных вод атомных электростанций. Способ удаления радиоактивного изотопа 60Co включает окисление кубового остатка в режиме циркуляции через трубчатый реактор под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения ксеноновой лампы, вводимой перекиси водорода и непрерывным инжектированным воздухом в реактор, который предварительно направляют во внутренний электрод лампы, а полученную после этого озоно-воздушную смесь направляют в окисляемый раствор, и выделение активированных продуктов коррозии фильтрацией. Изобретение обеспечивает эффективное удаление радиоактивного изотопа 60Со из кубовых остатков атомных электростанций и экономию количества реагентов для соосадительной доочистки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к обезвреживанию жидких радиоактивных отходов, и может быть реализовано при утилизации радиоактивных отходов методом отверждения в стабильные твердые матрицы. Способ иммобилизации радионуклидов из жидких радиоактивных отходов заключается в том, что в жидкие радиоактивные отходы добавляют сорбент, в качестве которого используют слоистый титанат гидразина и/или синтетический титаносиликат иванюкит, перемешивают, отстаивают до образования стабильного осадка и прозрачного раствора, фильтруют или декантируют, контролируют гамма- и/или бета-активность полученного раствора, проводят термическую обработку осадка, насыщенного радионуклидами, с получением керамической матрицы, при этом сорбенты применяют в следующем соотношении: от 40 до 100 г титаната на 1 л отходов, от 10 до 20 г титаносиликата на 1 л отходов. Изобретение обеспечивает эффективную иммобилизацию радионуклидов, позволяет производить комплексную очистку жидких радиоактивных отходов и дальнейшее долговременное захоронение продуктов очистки. 5 з.п. ф-лы, 6 табл., 8 пр.

Изобретение относится к области биотехнологии и трансмутации химических элементов. Радиоактивное сырье, содержащее радиоактивные химические элементы или их изотопы, обрабатывают водной суспензией бактерий рода Thiobacillus в присутствии элементов с переменной валентностью. В качестве радиоактивного сырья используют руды или радиоактивные отходы ядерных циклов. Способ ведут с получением полония, радона, франция, радия, актиния, тория, протактиния, урана, нептуния, америция, никеля, марганца, брома, гафния, иттербия, ртути, золота, платины и их изотопов. Изобретение позволяет получать ценные радиоактивные элементы, осуществлять инактивацию ядерных отходов с превращением радиоактивных изотопов элементов отходов в стабильные изотопы. 2 з.п. ф-лы, 18 ил., 5 табл., 9 пр.
Наверх