Способ совместного определения массового содержания урана и плутония в растворах кулонометрическим методом при постоянной силе тока

Использование: для определения массового содержания урана и плутония в растворах кулонометрическим методом. Сущность изобретения заключается в том, что при постоянной силе тока упаривают аликвоту раствора смешанного уран-плутониевого топлива до влажных солей, для определения плутония часть аликвоты растворяют в 1 моль⋅л-1 HClO4, окисляют Pu4+ до PuO22+ оксидом серебра (II), помещают пробу в электрохимическую ячейку, проводят титрование плутония в инертной атмосфере, при постоянной силе тока электрогенерированными ионами Fe2+, рассчитывают содержание плутония по количеству электричества, затраченному на электрохимическое восстановление Fe3+ до Fe2+ на электроде, вторую часть аликвоты упаренного раствора растворяют в 2 моль⋅л-1 H2SO4, восстанавливают уран и плутоний до U4+ и Pu3+ амальгамой цинка, окисляют уран и плутоний до UO22+ и Pu4+ соответственно, добавляя бихромат калия с избытком, помещают раствор в электрохимичекую ячейку с таким же раствором фонового электролита, как и при определении плутония, проводят титрование избытка бихромата калия электрогенерированными ионами Fe2+, зная общее количество внесенного в рабочий раствор бихромата калия и массу его избытка, определенную во втором титровании, рассчитывают его массу, затраченную на окисление U4+ и Pu3+, зная содержание плутония в растворе, определенное в первой части раствора, из общего количества бихромата калия вычитают часть, затраченную на окисление плутония, а по оставшемуся количеству бихромата калия рассчитывают содержание урана. Технический результат - обеспечение возможности упрощения одновременного определения урана и плутония в смешанном уран-плутониевом топливе. 2 табл.

 

Изобретение относится к ядерной технологии, преимущественно к аналитическому обеспечению процесса фабрикации смешанного уран-плутониевого топлива.

Известны способы определения урана и плутония кулонометрическим методом при постоянном потенциале электродов. Сущность одного состоит в предварительной стабилизации урана и плутония в виде UO22+ и Pu4+ соответственно. Аликвоту подготовленного раствора с содержанием плутония от 0,2 до 25 мг и урана от 0,7 до 45 мг вносят в электрохимическую ячейку и проводят восстановление на ртутном катоде вначале Pu4+ до Pu3+, а затем UO22+ до U4+ (Angeletti L.М., Bartscher W.J., Maurice М.J. Controlled potential coulometric determination of plutonium and uranium using a mercury pool electrode // Anal. Chem. 1969. Vol. 246, №5. P. 297-302. ISSN 0003-2700).

Недостатками способа являются завышение результатов определения плутония на 0,06%, занижение результатов определения урана на 0,24% и невозможность устранить влияние примесей железа, которые всегда присутствуют в смешанном ядерном топливе.

Сущность другого способа заключается в восстановлении урана и плутония до U4+ и Pu3+ их совместного окисления до UO22+ и Pu4+ и затем индивидуального восстановления Pu4+ до Pu3+ и UO22+ до U4+ с использованием платинового электрода. Для возможности проведения окислительно-восстановительных реакций с использование платинового электрода к раствору фонового элекролита добавляют Pb(NO3)2. Второй особенностью данной методики является введение в аргоновую атмосферу небольших количеств водорода, что способствует снижению фоновых токов и повышает точность определения как урана, так и плутония. С применением данных процедур для образцов, содержащих 15 мг урана и 10 мг плутония, погрешность их определения оставляет 0,02% и 0,03% соответственно (Сентюрин И.Г., Куляко Ю.М., Мясоедов Б.Ф. Кулонометрическое определение урана и плутония из азотнокислых растворов смешанного топлива // Радиохимия. 1992. Т. 34, №1. С. 177-182).

К недостаткам данного способа можно отнести невозможность учета примесей железа и введение малых количеств водорода, которые необходимо точно дозировать.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, который состоит в восстановлении урана и плутония до U4+ и Pu3+ ионами Ti3+, их последующего электрохимического окисления до UO22+ и Pu4+ и определением суммарного содержания урана и плутония. Затем проводят селективное восстановление плутония до Pu3+. Содержание урана рассчитывают по разнице определения суммы урана и плутония и плутония. На модельных смесях показано, что погрешность определения урана составляет 0,5%, а плутония 5% (Fardon J.B., McGowan I.R. Controlled potential coulometry: the application of a secondary reaction to the determination of plutonium and uranium at a solid electrode // Talanta. 1972. Vol. 19, №11. P. 1321-1334).

К недостаткам данного способа можно отнести невозможность учета примесей железа и высокую погрешность при определении плутония.

Задачей данного технического решения является упрощение одновременного определения урана и плутония в смешанном уран-плутониевом топливе.

Для решения этой задачи в способе определения массового содержания урана и плутония в растворах кулонометрическим методом при постоянной силе тока, заключающемуся в определении содержания плутония и суммарного определения урана и плутония в растворе, предварительно упаривают аликвоту раствора смешанного уран-плутониевого топлива до влажных солей, для определения плутония часть аликвоты растворяют в 1 моль⋅л-1 HClO4, окисляют Pu4+ до PuO22+, внося порционно в раствор оксид серебра (II) с последующим удалением его избытка добавлением сульфаминовой кислоты, помещают пробу электрохимическую ячейку с раствором фонового электролита состава: 0,8 моль⋅л-1 Н3РО4, 4,5 моль⋅л-1 H2SO4 и 5 г/л Fe3+, проводят титрование плутония в инертной атмосфере, при постоянной силе тока электрогенерированными ионами Fe2+, рассчитывают содержание плутония по количеству электричества, затраченному на электрохимическое восстановление Fe3+ до Fe2+ на электроде, вторую часть аликвоты упаренного раствора растворяют в 2 моль⋅л-1 H2SO4, восстанавливают уран и плутоний до U4+ и Pu3+, внося в раствор свежеприготовленную амальгаму цинка при постоянном перемешивании и подаче гелия, окисляют уран и плутоний до UO22+ и Pu4+ соответственно, добавляя бихромат калия с избытком, помещают раствор в электрохимичекую ячейку с таким же раствором фонового электролита, как и при определении плутония, проводят титрование избытка бихромата калия электрогенерированными ионами Fe2+, зная общее количество внесенного в рабочий раствор бихромата калия и массу его избытка, определенную во втором титровании, рассчитывают его массу, затраченную на окисление U4+ и Pu3+, зная содержание плутония в растворе, определенное в первой части раствора, из общего количества бихромата калия вычитают часть, затраченную на окисление плутония, а по оставшемуся количеству бихромата калия рассчитывают содержание урана.

В хлорнокислый раствор, трижды вносят по 10-15 мг оксида серебра (II), тщательно перемешивают с использованием магнитной мешалки в течение 5 мин после каждого добавления, для окисления Pu4+ до PuO22+. Избыток оксида серебра (II) удаляют добавлением к раствору 1 см3 5%-го сульфаминовой кислоты при тщательном перемешивании. Весовым методом отбирают аликвоту анализируемого раствора для титрования, вносят ее в электрохимическую ячейку с раствором фонового электролита состава: 0,8 моль⋅л-1 Н3РО4, 4,5 моль⋅л-1 H2SO4 и 5 г/л Fe3+. Проводят титрование плутония в инертной атмосфере, при постоянной силе тока электрогенерированными ионами Fe2+. Содержание плутония рассчитывают по количеству электричества, затраченному на электрохимическое восстановление Fe3+ до Fe2+ на гладком платиновом электроде.

В сернокислый раствор вносят свежеприготовленную 3% амальгаму цинка, включают подачу гелия, магнитную мешалку, и проводят восстановление урана и плутония в течение 35-40 мин. до U4+ и Pu3+ соответственно. Аликвоту раствора массой 25-30 г. вносят в предварительно взвешенную колбу, содержащую аликвоту раствор бихромата калия массой 25-30 г с таким расчетом, чтобы после окисления урана и плутония до UO22+ и Pu4+ соответственно концентрация избытка бихромат-ионов составляла 0,5-1,5 мг/г раствора. Полученный раствор вносят в электрохимичекую ячейку с таким же раствором фонового электролита, как и при определении плутония, проводят титрование избытка бихромата калия электрогенерированными ионами Fe2+.

Зная общее количество внесенного в рабочий раствор бихромата калия и массу его избытка, определенную во втором титровании, рассчитывают массу K2Cr2O7, затраченную на окисление U4+ и Pu3+.

Зная содержание плутония, определенное в первой части раствора, из общего количества бихромата калия вычитают часть, затраченную на окисление плутония, а по оставшемуся количеству бихромата калия рассчитывают содержание урана.

Применяемый окислитель в процессе пробоподготовки позволяет осуществить количественную стабилизацию урана и плутония в определенном валентном состоянии [U(VI), Pu(VI)] и не влияет на их дальнейшее кулонометрическое определение.

В качестве восстановителя используется 3% амальгама цинка.

Использование способа позволяет определить миллиграммовые количества урана и плутония без их предварительного разделения с величиной СКО не превышающей для плутония 0,26%, для урана 0,40%.

От прототипа этот способ отличается тем, что:

- определение массового содержания урана и плутония возможно в интервале концентраций 0,1-5 мг/г;

- определение массового содержания урана и плутония возможно вплоть до соотношения 1:100 в пользу любого из определяемых компонентов;

- на точность определения урана и плутония не влияют примеси Fe3+;

- не требуется применение ртутного катода или специально подготовленного платинового электрода;

- СКО определения не превышает для плутония 0,26%, для урана 0,40%, что позволяет использовать данный метод при сертификации смешанного уран-плутониевого топлива.

Исследование предложенного способа проводили с использованием 10 модельных растворов, приготовленных с использованием стандартных образцов диоксида плутония ГСО 8780-2006 (СО Пл - общ.), закиси-окиси урана (ГСО 2396-83П U3O8) и бихромата калия (СО 95.856-2003).

Расчет массового содержания плутония и урана проводили по результатам десяти параллельных титрований каждого из приготовленных растворов. В таблицах 1-2 представлены средние значения, полученные в каждой серии титрования.

Способ определения массового содержания урана и плутония в растворах кулонометрическим методом при постоянной силе тока, заключающийся в том, что для определения содержания плутония в растворе предварительно упаривают аликвоту раствора смешанного уран-плутониевого топлива до влажных солей, для определения плутония часть аликвоты растворяют в 1 моль⋅л-1 HClO4, окисляют Pu4+ до PuO22+, внося порционно в раствор оксид серебра (II) с последующим удалением его избытка добавлением сульфаминовой кислоты, помещают пробу электрохимическую ячейку с раствором фонового электролита состава: 0,8 моль⋅л-1 H3PO4, 4,5 моль⋅л-1 H2SO4 и 5 г/л Fe3+, проводят титрование плутония в инертной атмосфере, при постоянной силе тока электрогенерированными ионами Fe2+, рассчитывают содержание плутония по количеству электричества, затраченному на электрохимическое восстановление Fe3+ до Fe2+ на электроде, вторую часть аликвоты упаренного раствора растворяют в 2 моль⋅л-1 H2SO4, восстанавливают уран и плутоний до U4+ и Pu3+, внося в раствор свежеприготовленную амальгаму цинка при постоянном перемешивании и подаче гелия, окисляют уран и плутоний до UO22+ и Pu4+ соответственно, добавляя бихромат калия с избытком, помещают раствор в электрохимичекую ячейку с таким же раствором фонового электролита, как и при определении плутония, проводят титрование избытка бихромата калия электрогенерированными ионами Fe2+, зная общее количество внесенного в рабочий раствор бихромата калия и массу его избытка, определенную во втором титровании, рассчитывают его массу, затраченную на окисление U4+ и Pu3+, зная содержание плутония в растворе, определенное в первой части раствора, из общего количества бихромата калия вычитают часть, затраченную на окисление плутония, а по оставшемуся количеству бихромата калия рассчитывают содержание урана.



 

Похожие патенты:

Гигрометр // 2652656
Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах. Заявленный гигрометр, состоящий из кулонометрической ячейки, выполненной секционно, из двух частей - рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале корпуса ячейки последовательно одна за другой, стабилизатора расхода газа, микроамперметра, кнопки «Контроль», источника постоянного тока.

Гигрометр // 2652656
Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах. Заявленный гигрометр, состоящий из кулонометрической ячейки, выполненной секционно, из двух частей - рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале корпуса ячейки последовательно одна за другой, стабилизатора расхода газа, микроамперметра, кнопки «Контроль», источника постоянного тока.

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано для оценки качества и установления натуральности (фальсификации) вин и виноматериалов.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано при экологическом мониторинге природных, сточных вод при контроле состояния объектов окружающей среды.

Гигрометр // 2589516
Изобретение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для измерения объемной доли влаги в газах, может быть использовано в гигрометрах, основанных на кулонометрическом методе измерения влажности.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для измерения объемной доли влаги (ОДВ) в газах. Способ стабилизации динамических характеристик кулонометрических гигрометров заключается в том, что в гигрометре с целью стабилизации динамических характеристик независимо от температуры окружающей среды используется кулонометрическая ячейка, в которой поддерживается постоянной температура сорбента с использованием общего электрода ячейки.

Изобретение может быть использовано в гидрометаллургии, в различных геологических разработках при поиске и разведке. Способ определения платины в руде методом хронопотенциометрии заключается в том, что платину (IV) переводят в раствор и проводят хронопотенциометрическое определение.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению. Кулонометрическая потенциостатическая установка, содержащая потенциостат, задатчик потенциала, подключенный к первому входу потенциостата, трехэлектродную электролитическую ячейку, рабочий электрод, которой соединен с общим проводом потенциостата, а электрод сравнения - со вторым входом потенциостата, резисторный преобразователь ″ток-напряжение″, включенный между выходом потенциостата и вспомогательным электродом ячейки, блок переключения полярности, подключенный к резисторному преобразователю ″ток-напряжение″, интегратор напряжения, выполненный по схеме интегрирующего преобразователя ″напряжение-частота″ с подключенным на его выходе счетчиком импульсов, блоки регистрации и управления, первый и второй развязывающие резисторы, первый и второй переключатели и эталонный резистор, причем вход и общий провод интегратора напряжения соединены с выходом блока переключения полярности соответственно через первый и второй развязывающие резисторы, а управляющие входы задатчика потенциала, блока переключения полярности, первого и второго переключателей, интегратора напряжения и блока регистрации соединены с соответствующими выходами блока управления.

Изобретение направлено на повышение точности и упрощение конструкции кулонометрической установки с контролируемым потенциалом. Указанный результат достигается тем, что кулонометрическая установка с контролируемым потенциалом, содержащая потенциостат, задатчик потенциала, подключенный к первому входу потенциостата, трехэлектродную электролитическую ячейку, рабочий электрод, которой соединен с общим проводом потенциостата, электрод сравнения соединен со вторым входом потенциостата, а вспомогательный электрод соединен с выходом потенциостата, резисторный преобразователь ″ток-напряжение″, включенный между выходом потенциостата и вспомогательным электродом ячейки, первый и второй развязывающие резисторы, переключатели, интегратор напряжения, блоки регистрации и управления, дополнительно содержит операционный усилитель, переключатель полярности и сдвоенный переключатель с первой и второй группами переключающих контактов, при этом вход переключателя полярности через первый и второй развязывающие резисторы соединен с резисторным преобразователем ″ток-напряжение″, а выход - со входом и общим проводом операционного усилителя, выход которого соединен со входом интегратора напряжения, переключающий контакт первой группы сдвоенного переключателя подключен к выводу резисторного преобразователя ″ток-напряжение″, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты этой группы сдвоенного переключателя соединены соответственно со вспомогательным электродом электролитической ячейки и с общим проводом, переключающий контакт второй группы сдвоенного переключателя подключен ко второму входу потенциостата, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты этой группы переключателя соединены соответственно с электродом сравнения электролитической ячейки и с выходом потенциостата, а управляющие входы задатчика потенциала, сдвоенного переключателя, переключателя полярности, операционного усилителя, интегратора напряжения и блока регистрации соединены с соответствующими выходами блока управления.

Изобретение направлено на определение золота в водных растворах методом хронопотенциометрии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов.

Использование: для определения массового содержания урана и плутония в растворах кулонометрическим методом. Сущность изобретения заключается в том, что при постоянной силе тока упаривают аликвоту раствора смешанного уран-плутониевого топлива до влажных солей, для определения плутония часть аликвоты растворяют в 1 моль⋅л-1 HClO4, окисляют Pu4+ до PuO22+ оксидом серебра, помещают пробу в электрохимическую ячейку, проводят титрование плутония в инертной атмосфере, при постоянной силе тока электрогенерированными ионами Fe2+, рассчитывают содержание плутония по количеству электричества, затраченному на электрохимическое восстановление Fe3+ до Fe2+ на электроде, вторую часть аликвоты упаренного раствора растворяют в 2 моль⋅л-1 H2SO4, восстанавливают уран и плутоний до U4+ и Pu3+ амальгамой цинка, окисляют уран и плутоний до UO22+ и Pu4+ соответственно, добавляя бихромат калия с избытком, помещают раствор в электрохимичекую ячейку с таким же раствором фонового электролита, как и при определении плутония, проводят титрование избытка бихромата калия электрогенерированными ионами Fe2+, зная общее количество внесенного в рабочий раствор бихромата калия и массу его избытка, определенную во втором титровании, рассчитывают его массу, затраченную на окисление U4+ и Pu3+, зная содержание плутония в растворе, определенное в первой части раствора, из общего количества бихромата калия вычитают часть, затраченную на окисление плутония, а по оставшемуся количеству бихромата калия рассчитывают содержание урана. Технический результат - обеспечение возможности упрощения одновременного определения урана и плутония в смешанном уран-плутониевом топливе. 2 табл.

Наверх