Способ очистки азотнокислых актиноидсодержащих растворов от серебра

Изобретение относится к переработке азотнокислого актиноидсодержащего раствора. Способ включает очистку исходного азотнокислого актиноидсодержащего раствора от серебра путем восстановления в растворе серебра до металла в виде осадка дигидразидом угольной кислоты, отделение полученного осадка от осветленного раствора, количественное разложение восстановителя в осветленном растворе и сорбционное выделение актиноидов из осветленного раствора. Восстановление серебра из раствора дигидразидом угольной кислоты проводят при концентрации азотной кислоты 0,4-0,7 моль/л и температуре 81-92°С, при этом осветленный раствор корректируют азотной кислотой до концентрации 6-8 моль/л и нагревают до температуры 93-98°С. Обеспечивается очистка растворов от серебра до концентрации менее 100 мкг/л. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), в прикладной радиохимии, а также цветной металлургии при обращении с серебросодержащими растворами.

Для обеспечения высокой скорости и полноты растворения оксидов актиноидов (таких как плутоний и нептуний) в азотной кислоте используется способ электрохимического растворения в присутствии серебра(II) в качестве катиона-катализатора. Получаемые таким образом растворы содержат в среднем 50-200 г/л актиноида и 0,05 моль/л нитрата серебра при концентрации азотной кислоты 2-3 моль/л [Труды Радиевого института им. В.Г. Хлопина. Т. XVI. 2014].

Для извлечения актиноидов из азотнокислых растворов традиционно используется сорбционная технология на основе винилпиридинового анионита, который обладает высокими сорбционными характеристиками, радиационной и химической устойчивостью и селективностью. Максимум статической обменной емкости сорбента проявляется при концентрации азотной кислоты в растворе 7-8 моль/л [Радиохимия 2016, т. 58, №6, с. 548-551], что требует ее дополнительное введение в раствор перед сорбционным отделением актиноидов. При этом перед аффинажной операцией из технологических продуктов необходимо количественное извлечение серебра в виду его влияния на селективность процесса.

Известен способ извлечения серебра из технологических азотнокислых растворов [RU 2581958, опубл. 20.04.2016], отличающийся тем, что извлечение проводят путем выделения серебра в твердую фазу на твердофазный катализатор в динамическом режиме в термостатируемом аппарате колонного типа непрерывного действия в присутствии восстановителя. Процесс проводят при температуре 40-50°С. В качестве восстановителя используют гидразин-нитрат с концентрацией 2-20 г/л. Недостатками способа являются: использование дорогостоящего катализатора, потери актиноидов в результате сорбционного отделения на насадке, наличие в растворе остаточных количеств гидразина.

Известен способ извлечения серебра из азотнокислых актиноидсодержащих растворов (варианты) [Заявка 2016 103363, 02.02.2016], принятый за прототип, отличающийся тем, что проводят нейтрализацию серебросодержащего раствора несолеобразующим нейтрализующим агентом (гидразин-гидратом или аминоуксусной кислотой) до pH 0,8-1,0, вносят в качестве комплексообразователя аминоуксусную кислоту для обеспечения рН раствора в диапазоне 1,0-2,5, вносят в качестве восстановителя карбогидразид, осуществляют выделение серебра в седиментируемые твердофазные формы в объеме раствора путем повышения температуры реакционной среды до 50-80°C с последующим растворением отделенного серебра в азотной кислоте. Недостатками способа являются: снижение сорбционной способности актиноидов в результате образования устойчивых комплексных соединений, сложность организации процесса восстановления серебра в узкой области pH (1,0-2,5), необходимость проведения дополнительной операции разложения вводимого комплексообразователя.

Задачей изобретения является очистка азотнокислых растворов от серебра путем восстановления его ионных форм до металла без применения устойчивых комплексообразующих соединений.

Задача решается оптимизацией температурных режимов процессов восстановления серебра дигидразидом угольной кислоты (карбогидразидом) и окислительного разрушения его избытка азотной кислотой.

Техническим результатом является очистка технологических продуктов от серебра до концентрации менее 100 мкг/л, позволяющая проводить последующую операцию сорбционного отделения актиноидов.

Для достижения технического результата в способе очистки азотнокислых актиноидсодержащих растворов от серебра восстановление серебра проводят дигидразидом угольной кислоты из раствора с концентрацией азотной кислоты 0,4-0,7 моль/л при температуре 81-92°C, осветленный раствор корректируют азотной кислотой до 6-8 моль/л и нагревают до температуры 93-98°C.

Сущность изобретения заключается в прямом восстановлении серебра из раствора с отделением его в осадок и последующем окислении избытка восстановителя до продуктов, не оказывающих влияния на процесс сорбционного отделения актиноидов.

Использование в качестве восстановителя дигидразида угольной кислоты (в диапазоне температуры реакционной среды 81-92°C) позволяет получать седиментируемые осадки с преобладающим размером зерна 5-30 мкм и одновременно достигать при температуре 93-98°C полной окислительной деструкции его избытка под воздействием дополнительно вводимой в реакционный объем азотной кислоты с образованием простых газообразных продуктов и воды. Вместе с тем дигидразид угольной кислоты позволяет стабилизировать актиноиды в наиболее устойчивых к гидролизу восстановленных формах, тем самым исключая их осаждение с отделяемым в осадок серебром. Дигидразид угольной кислоты является апробированным в технологии радиохимического производства реагентом и, как правило, используется на операциях экстракционного аффинажа плутония [Алексеенко В.Н. Карбогидразид: свойства и применение в водно-экстракционной технологии переработки облученного ядерного топлива / Дис. канд. тех. наук. - 2013].

Очистка технологических продуктов от серебра осуществляется перед сорбционным аффинажем актиноидов на операциях корректировки раствора и осветления. При этом корректировка раствора выполняется за две операции, включающие разбавление технологического продукта путем введения воды и восстановителя, фильтрационного отделения осадка металлического серебра, а затем увеличения кислотности раствора путем введения концентрированной азотной кислоты.

Предлагаемый способ не требует изменения традиционно применяемой аппаратурной схемы и заключается во внесении восстановителя после разбавления технологического продукта водой (либо слабой кислотой), его нагреве и осветлении, а также последующем внесении концентрированной азотной кислоты до концентрации 6-8 моль/л и повторном термостатировании реакционного объема. Восстановление серебра и разложение дигидразида угольной кислоты при этом протекают по наиболее вероятным реакциям:

10AgNO3+2N4H6CO+2H2O→10Ag+3N2+2CO2+8HNO3+2NH4NO3;

5(NH2NH)2CO+8HNO3→14N2+5CO2+19H2O.

Предлагаемый способ очистки от серебра технологических азотнокислых продуктов радиохимического производства реализуют в следующей последовательности. Поступающий после окислительного растворения оксидов актиноидов осветленный серебросодержащий раствор разбавляют водой с кратностью 3-7 до получения концентрации азотной кислоты 0,4-0,7 моль/л. В раствор вносят дигидразид угольной кислоты в виде раствора, либо в виде сухого реагента до получения его мольного избытка по отношению к азотной кислоте 1-1,5. Реакционный объем нагревают и выдерживают при температуре 81-92°C в течение 1-2 часа. Полученный осадок усредняют в объеме перемешиванием. Суспензию отправляют на фильтрацию. Отделенный осадок металлического серебра промывают, растворяют в азотной кислоте и возвращают в технологическую схему. В осветленный раствор вносят концентрированную азотную кислоту 10-16 моль/л до ее содержания в растворе 6-8 моль/л. Реакционный объем нагревают и выдерживают при температуре 93-98°C в течение 1-2 часа. После термостатирования раствор охлаждают до температуры 25-40°C и передают на операцию сорбционного отделения актиноидов. Суммарная кратность разбавления исходного раствора с учетом всех операций составляет 12-42, что обеспечивает получение в растворе оптимальной для сорбционного аффинажа концентрации актиноидов на уровне 1,5-6,5 г/л.

В частном случае разбавление водой исходного раствора не производится, а восстановитель вводится непосредственно в технологический продукт (в виде раствора либо сухого реагента).

Пример 1

Использовали раствор, содержащий серебро в концентрации 8 г/л при концентрации плутония 60 г/л, америция 0,6 г/л, азотной кислоты 3 моль/л. 10 мл исходного раствора разбавляли дистиллатом до получения концентрации азотной кислоты 0,43 моль/л при увеличении объема до 70 мл. Затем вносили карбогидразид в виде водного раствора с концентрацией 1 моль/л до получения 1,1-кратного мольного избытка по отношению к азотной кислоте при увеличении объема до 155 мл. Реакционный объем нагревали до температуры 86°C со скоростью 0,8°C/мин и термостатировали при температуре 86±1,5°C в течение 1 часа. После охлаждения реакционного объема до 25°C образовавшийся осадок металлического серебра суспендировали в объеме раствора и отделяли на микрофильтрационной перегородке с размером пор 0,6 мкм под разрежением 0,8 кгс/см2. Осветленный раствор доводили до 300 мл азотной кислотой 14 моль/л, нагревали до температуры 97°C со скоростью 2,0°C/мин и термостатировали при температуре 97±0,5°C в течение 1,5 часа. Полученный раствор содержал плутоний в концентрации 2,0±0,01 г/л, америций в концентрации 0,02±0,005 г/л, азотную кислоту в концентрации 6,6±0,1 моль/л, серебро в концентрации менее 50±10 мкг/л. Степень извлечения серебра из раствора составила более 99,98%.

Пример 2

Использовали раствор, содержащий серебро в концентрации 1 г/л при концентрации плутония 8 г/л, америция 0,02 г/л, азотной кислоты 0,5 моль/л. При перемешивании со скоростью 400 об/мин в 50 мл нагретого до 50°C раствора вносили 2,47 г порошка дигидразида угольной кислоты со скоростью 0,16 г/мин до полного его растворения. Реакционный объем нагревали до температуры 81°C со скоростью 1,1°C/мин и термостатировали при температуре 81±0,5°C в течение 1,5 часа. После охлаждения реакционного объема до 40°C образовавшийся осадок металлического серебра суспендировали в объеме раствора и отделяли на микрофильтрационной перегородке с размером пор 0,45 мкм под разрежением 0,55 кгс/см2. Объем осветленного раствора доводили до 200 мл раствором 10 моль/л азотной кислотой, нагревали до температуры 97°C со скоростью 3,1°C/мин и термостатировали при температуре 97±0,5°C в течение 2 часов. Полученный раствор содержал плутоний в концентрации 2,0±0,01 г/л, америций в концентрации 0,005±0,001 г/л, азотную кислоту в концентрации 7,3±0,1 моль/л, серебро в концентрации менее 50±10 мкг/л. Степень извлечения серебра из раствора составила более 99,9%.

Предлагаемый способ позволяет проводить очистку технологических азотнокислых растворов от серебра непосредственно из продукта электрохимического растворения оксидов актиноидов (в том случае, когда актиноиды являются макрокомпонентом реакционной системы) до проведения аффинажных операций с целью их извлечения в целевой продукт.

В отличие от способа-прототипа, предлагаемый способ не требует нейтрализации исходного раствора до точного значения рН (что вызывает затруднения при проведении процесса в дистанционно обслуживаемой зоне), позволяет использовать только один реагент, являющийся восстановителем, исключает образование устойчивых комплексных соединений актиноидов и не требует проведения дополнительных операций по их разрушению.

1. Способ переработки азотнокислого актиноидсодержащего раствора, включающий очистку исходного азотнокислого актиноидсодержащего раствора от серебра путем восстановления в растворе серебра до металла в виде осадка дигидразидом угольной кислоты, отделение полученного осадка от осветленного раствора, количественное разложение восстановителя в осветленном растворе и сорбционное выделение актиноидов из осветленного раствора, отличающийся тем, что восстановление серебра из раствора дигидразидом угольной кислоты проводят при концентрации азотной кислоты 0,4-0,7 моль/л и температуре 81-92°С, при этом осветленный раствор корректируют азотной кислотой до концентрации 6-8 моль/л и нагревают до температуры 93-98°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что восстановление ведут при мольном избытке дигидразида угольной кислоты по отношению к азотной кислоте, составляющем 1-1,5.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют исходный азотнокислый актиноидсодержащий раствор с концентрацией азотной кислоты более 0,7 моль/л, при этом проводят его разбавление до заданного содержания азотной кислоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к комплексу оборудования, предназначенного для получения сорбционных материалов для обработки и очистки жидких сред, зараженных токсичными и радиоактивными веществами, преимущественно для извлечения долгоживущих радионуклидов цезия и стронция из высокосолевых растворов, в частности из жидких радиоактивных отходов.
Группа изобретений относится к радиохимической технологии и может быть использована в технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Способ регенерации отработанной экстракционной системы на основе органического раствора трибутилфосфата в гексахлорбутадиене включает ее обработку сорбционно-активной твердофазной композицией.

Изобретение относится к ядерной технологии, в частности к аналитическому обеспечению процесса переработки облученного ядерного топлива, и раскрывает способ совместного спектрофотометрического определения нептуния, америция и плутония.

Группа изобретений относится к области ядерной энергетики. Способ очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) предусматривает предварительную фильтрацию, озонирование, дозированное введение в кубовый остаток ЖРО перекиси водорода, обработку кубового остатка импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра, микрофильтрацию с отделением шлама, содержащего радиоактивный кобальт, железо, марганец, и сорбцию для удаления радиоактивного цезия.

Изобретение может быть использовано в области водоочистки и водоподготовки. Установка очистки воды содержит дегазатор в виде колонны (1) с крышкой (2) и с патрубками для подачи очищаемой воды (3) и отвода газов (4) в верхней части колонны и патрубками для подачи воздуха (5) и отвода очищенной воды (6) в нижней части колонны, заполненной насадкой (7), бак-сборник (8), аппарат для подачи воздуха (9).

Группа изобретений относится к области прикладной радиохимии в части обращения с образующимися при переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) жидкими радиоактивными отходами (ЖРО).

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к технологии переработки жидких радиоактивных отходов. Способ переработки жидких радиоактивных отходов включает подачу смеси жидких радиоактивных отходов и хлорида натрия в зону смешения плазмохимического реактора.

Изобретение относится к атомной экологии. Установка для комплексной переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) содержит узлы предочистки ЖРО и сорбционной доочистки фильтрата.
Изобретение представляет собой способ переработки жидких радиоактивных отходов и относится к области охраны окружающей среды. Cпособ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих дисперсную фазу, заключается в выделении дисперсной фазы.
Изобретение относится к радиохимической технологии. Способ экстракционного выделения молибдена из радиоактивных растворов включает экстракцию молибдена растворами гидроксамовых кислот, растворенных в смеси не более 30% спирта с парафиновыми углеводородами при соотношении объемов органической и водной фаз менее 0,1.

Изобретение относится к способу переработки красного шлама при получении скандийсодержащего концентрата и оксида скандия, в котором ведут карбонизационное выщелачивание, сорбцию скандия на фосфорсодержащем ионите, десорбцию скандия и осаждение скандиевого концентрата.

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано для получения уранового концентрата в технологии природного урана. Способ получения уранового концентрата из нитратно-сульфатного десорбата, образующегося в результате десорбции урана из насыщенного анионита подкисленными растворами аммиачной селитры, заключается в осаждении концентрата путем нейтрализации одностадийной обработкой десорбата аммиаком при постоянном значении рН 6,7-7,5.

Изобретение относится к гидрометаллургии меди. Способ переработки многокомпонентных хлоридных и хлоридно-сульфатных растворов для получения чистого электролита CuSO4 и для его регенерации после электролиза с нерастворимым анодом включает осаждение из исходного раствора чистой соли CuCl действием на него ранее полученным порошком меди с последующим гидролитическим разложением CuCl водяным паром при температуре, равной или более 100°C, с получением оксида меди (I) - Cu2O.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при переработке руд, рудных и техногенных концентратов для их дезактивации от примесей радиоактивных изотопов: 232Th, 238U, 235U, 234U, 228Th, 230Th, 224Ra, 226Ra, 228Ra.
Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано для регенерации олова из технических отходов. Способ извлечения олова из отходов электронной и электротехнической промышленности включает растворение оловосодержащего припоя на печатных платах при температуре 70-90°С раствором метансульфоновой кислоты с добавкой окислителя.

Изобретение относится к производству металлического бериллия и его соединений и направлено на совершенствование способа выделения бериллия из различного вида природного и техногенного сырья.

Изобретение относится к переработке титансодержащего минерального сырья, преимущественно россыпных титановых руд, включающих лейкоксенизированные формы ильменита, и может быть использовано для получения диоксида титана пигментного качества.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, а именно к технологии извлечения скандия из техногенных и продуктивных скандийсодержащих растворов, образующихся после извлечения урана.

Изобретение относится к процессу извлечения никеля и кобальта из растворов технологического щелока при непрерывном ионном обмене. Способ включает: (а) пропускание раствора технологического щелока через ионообменный слой для поглощения никеля ионообменной смолой и образования раствора кобальтсодержащего рафината, (b) пропускание раствора серной кислоты через насыщенный ионообменный слой для десорбирования никеля из ионообменной смолы и получения никельсодержащего элюата, (с) пропускание промывного раствора через десорбированный ионообменный слой, (d) корректировка значения рН раствора кобальтсодержащего рафината до величины рН по меньшей мере 2,3, (е) пропускание раствора кобальтсодержащего рафината через ионообменный слой для предварительного поглощения кобальта ионообменной смолой, (f) повторяют стадии (а)-(е), до повышения концентрации кобальта в растворе кобальтсодержащего рафината до уровня, по меньшей мере вдвое большего, чем в растворе технологического щелока, и (g) удаление первой части раствора кобальтсодержащего рафината со стадии (d) из контура извлечения никеля для последующего извлечения кобальта, и (h) проведение второй части раствора кобальтсодержащего рафината из стадии (d) до стадии (е).

Изобретения относятся к способам извлечения по меньшей мере одного редкоземельного элемента. Способы включают получение кислой композиции, содержащей по меньшей мере один редкоземельный элемент и по меньшей мере один редкий металл.

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке золотосодержащих упорных материалов. Способ основан на использовании слабокислых растворов азотной кислоты и заключается в интенсификации процесса гидрометаллургического извлечения золота путем совокупного использования озона на операции окисления и бинарной комплексообразующей системы, состоящей из аминокислоты и тиокарбамида, на операции выщелачивания.

Изобретение относится к переработке азотнокислого актиноидсодержащего раствора. Способ включает очистку исходного азотнокислого актиноидсодержащего раствора от серебра путем восстановления в растворе серебра до металла в виде осадка дигидразидом угольной кислоты, отделение полученного осадка от осветленного раствора, количественное разложение восстановителя в осветленном растворе и сорбционное выделение актиноидов из осветленного раствора. Восстановление серебра из раствора дигидразидом угольной кислоты проводят при концентрации азотной кислоты 0,4-0,7 мольл и температуре 81-92°С, при этом осветленный раствор корректируют азотной кислотой до концентрации 6-8 мольл и нагревают до температуры 93-98°С. Обеспечивается очистка растворов от серебра до концентрации менее 100 мкгл. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

Наверх