Способ очистки плутония от высокорадиоактивных изотопов урана,тория и продуктов их распада

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистичвскик

Республик Ъ

Ф.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) Дополнительное к авт; свид-ву(22) Заявлено 141279 (21)285 731/23-25

Р М К з с присоединением заявки ¹â€”

В 01 0 15/08

Государственный комитет

СССР но делам изобретений.н открытий (23) ПриоритетОпубликовано 231282,Бюллетень ¹ 47 (S3) УДК 543. 54 (088. 8) Дата опубликования описания р3 р1 83

I, В.И.Астафуров, В.К.Марков и Л.И.Икрян икова,; (72) Авторы изобретения

ã » } h 1 ë Il

11 и (1"} } 0. Я :

}ъФ," (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПЛУТОНИЯ ОТ ВЫСОКОРАДИОАКТИВНЫХ

ИЗОТОПОВ УРАНА, ТОРИЯ И ПРОДУКТОВ

ИХ РАСПАДА

Предлагаемое изобретение относится к области аналитической химии, в частности к экстрационно-хроматографическим способам извлечения и очистки элементов. Оно может быть использовано .при определении плутония в азотнокислых растворах урана, содержащих высокоактивные альфа-излучающие изотопы. Конкретной областью приложения предлагаемого изобретения может быть извлечение и очистка микропримеси плутония из азотнокислых растворов оборотного обогащенного урана.

Известен ряд способов, позволяющих очищать плутоний от высокорадиоактивных изотопов других элементов.

Так, например, путем экстракции плутония из растворов 1 M no НМ0., раствором теноилтрифторацетона в бензоле.удается достичь достаточно хорошей очистки плутония от урана, тория

-,и продуктов их распада, особенно при двух-трехкратном повторении процесса, однако этот способ отличается трудоемкостью, длительность}з }и сопровождается значительными потерями плутония в ходе очистки11 ).

Предложен способ выделения микропримеси плутония из урановых раст.— воров, основанный на преимущественной сорбции Ро на фосфонате желе-за(21. Метод мало избирателен, так как наряду с плутонием .фосфонат железа захватывает торий и другие четырехвалентные элементы, "а также значительные количества урана.

Ближайшим к заявляемому является способ очистки плутония от высокорадиоактивных изотопов урана, тория и.продуктов их распада, включающий хроматографическое-извлечение плутония из азотнокислого урансодержащего раствора с помощью нитрата метилтриоктиламмония на носителе, отмывку сорбента от примесей и элюирование плутония .раствором комплексообразователя с последующей однократной доочисткой плутония на колонке с триоктилами2О ном 3).

Этот способ позволяет практически количественно извлекать плутоний иэ азотнокислых растворов с высокой концентрацией урана. Он заключается в

2 том, что азотнокислый урановый раствор, содержащий примесь плутония, пропускают через хроматографическую колонку с нитратом.метилтриоктиламмония на.носителе, просеивают слой сорбента растворон} азотной кислоты

815997 и элюируют плутоний с колонки раствором оксалата аммония. Для достижения полной очистки плутония от примесей, в особенности от урана, рекомендуется проводить однократную доочистку препарата плутония на колонке с триоктиламином на носителе после разрушения оксалат-ионов.

Однако проведенные нами эксперименты показывают, что в тех случаях, когда исходный урановый раствор наря- о ду с плутонием содержит высоко адиоак- тивные изотопы урана и тория(1 U .

В -Ч э ТЯ и др«), выделяемйе по способу-прототипу препараты плутония оказываются загрязнены этими альфаизлучающими изотопами и продуктами их распада. Это обстоятельство затрудняет последующее проведение радиометрических измерений. Степень очистки плутония от высокоактивных альфаизлучателей удается несколько повысить посредством увеличения объема промывного раствора, однако достигаемый эффект незначителен, поскольку изотопы урана и некоторые продукты их расйада имеют достаточно высокие 25 коэффициенты распределения в системе нитрат метилтриоктиламмония-ИЙОНЕ .

Кроме того, с увеличением объема промывного раствора возрастают потери плутония и время очистки. Также Qp не может быть рекомендовано многократное проведение доочистки плутония, поскольку это резко увеличило бы длительность процесса очистки.

Цель предлагаемого изобретения зак-35 лючается в повышении степени очистки плутония от примесей — высокорадио активных изотопов урана., тория и продуктов их распада и в ускорении процесса. 40

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки плутония от высокорадиоактивных изотопов урана, тория и продуктов их распада, включающем хроматографическое извлечение плутония из азотнокислого урансодержащего раствора с помощью нитрата метилтриоктиламмония на носителе, отмывку сорбента от примесей . и элюирование плутония раствором ком.плексообразователя с последующей однократной доочисткой плутония на ко- лонке с триоктиламином в исходный раствор дополнительно вводят природный уран, последовательно отмывают сор- 55 бент сначала от урана, а затем смесью соляной и азотной кислот от тория, элюируют плутоний раствором лимонной кислоты и проводят доочистку плутония непосредственно из лимон- gp нокислого элюата с первой хроматографической колонки, содержащего 1,52 ОИ азотной кислоты, а также тем, что извлечение плутония проводят из раствора с концентрацией урана 50140 г/л и что сорбент отмывают от тория 7И раствором НС1, 0,5М H5!0g. поставленная цель достигается тем, что в исходный азотнокислый раствор дополнительно вводят природный уран. Авторами экспериментально показано, что в результате такой операции уменьшается сорбция выоокорадиаактивных изотопов урана, тория и продуктов:их распада на колонке с нитратом метилтриоктиламмония. В отношении тория и продуктов его распада указанный эффект особенно сильно пр является при высоких концентрациях урана в растворах, превышающих 50 г/л, однако количественная сорбция плутония имеет место лишь при концентрациях урана ниже 140 г/л.

На фиг.1 приведены альфа-спектры, характеризующие относительную альфаактивность изотопов, содержащихся в пленке .нитрата метилтриоктиламмония, после проведения сорбции .плутония непосредственно из раствора состава: 30 г/л III/,ÌÙÚ масс.)

> U, 4зТЬ и продукты их распада (а), и после добавления к этому раствору природного урана до общей концентрации урана. 50 г/л (б}, 140 г/л (в) и 160 г/л (r). Видно, что при введении в раствор природйого урана доля .альфа-активности примесей в пленке экстрагента существенно уменьшается.

Для более полной очистки плутония от примесей сорбент отмывают сначала от урана, а затем от тория. Asторами впервые экспериментально показано, что скорость десорбции тория из плейки нитрата метилтриоктиламмония существенно зависит от содержа-. ния других примесей в экстрагенте.

В присутствии урана десорбция тория замедляется. Кроме того, если сорбент отмывать сначала от тория, то замедляется последующая десорбция урана. на фиг.2 приведены альфа-спектры двух препаратов плутония, выделенных с помощью нитрата метилтриоктил аммония на носителе в идентичных условиях из уранового раствора одного и того же состава, содержащего примесь высокоактивных изотопов урана и тория, с той лишь разницей, что в одном случае (а) сорбент отмывали сначала от (I, а затем от T%„ а в другом (б) сначала от Т, а затем от 0 . В первом случае степень очистки плутония от примесей оказывается выше. Солянокислые растворы, содержащие менее 0,5 M HNO>, заметно вымывают экстрагЕнт из колонки: Аналогичным образом действуют растворы с более высокой, чем 7М, концентрацией НС1. Использование промывных растворов с повышенным содержанием

Нйо приводит к снижению скорости оеэкстракции тория. Таким образом, 1.

815997 найденный состав элюента тория—

7М по НС1 и 0,5М по НЙΠ— является единственно приемлемым.

Плутоний элюируют с колонки раствором лимонной кислоты и проводят . доочистку плутония на колонке с триоктиламином непосредственно из лимоннокислого элюата с первой колонки, содержащего 1,5-2,0М НЙОэ. Во всех опубликованных работах по применению аминов и солей четвертичных аммоние- 10 вых оснований для хроматографических разделений в качестве элюентов плутония используются различные восстанови тели, серная, фосфорная и плавиковая кислоты, оксалат аммония, другие 15 сильные комплексообразователи. Применение для этих целей растворов лимонной кислоты в литературе не опи-. сано. Авторы впервые показали, .что лимонная кислота является эффективным элюентом плутония (!У) и ее приме,нение имеет ряд .преимуществ. При ис.пользовании всех других элюентов процесс доочистки плутония на колон- ке с триоктиламином можно проводить только после удаления(разрушениями восстановителей и комплексообразователей. Серную, фосфорную и плавиковую кислоты удаляют термообработкой, оксалат-ионы разрушают совокупным . действием окислителей и повышенной температуры, восстановители типа железа(И ) .— окисляют. Все эти операции требуют затраты большого количества времени. Кроме того, после освобождения элюата от восстановителей и комплексообразователей требуется стабилизация плутония в четырехвалентном состоянии.

При использовании в качестве алюента плутония раствора лимонной кис- 40 лоты операцию доочистки Р> на колонке с триоктиламином можно проводить непосредственно из лимоннокислого элюата с первой колонки после прибавления к нему азотной кислоты до 45 концентрации 1,5-2,0М.

Пример. Проводилось выделение ч очистка плутония из уранового раст- вора, 2 М по ННОГО, содержащего в каждом миллилитре 100 мг О, 1 мг - 4U

0,1 мг 2 у, 0,4 мг2 91%(в равновесии с продуктами .распада) и 0,4 мг (239 - 29 В) р

Для анализа отбирали по 5 мл раствора. . 55

Выделение и очистку плутония про-,водили с помощью хроматографической колонки с .внутренним диаметром .5 мм, содержащей 1 г тефлона (0,2-0,4 мм) на который равномерно нанесено 12 мг,. нитрата метилтриоктиламмония.

a) Очистка плутония по методупрототипу: 5 мл пробы профильтровывали через слой сорбента со скоростью 0Ä8 мл/мин, промывали сорбент от урана и тория 15 мл 2 И Н Н О элюировали плутоний с колонки 5 мл

О, ЗЪ-ного раствора (НH4) С 04 в

0,5 М ННОГО и проводили доочистку плутония на колонке с триоктиламином на тефлоне. Для этого к элюату прибавляли концентрированную азотную кислоту и.перманганат калия до устойчивой розовой (или .красно-бурой) окраски, затем с помощью железа (ХХ) и бромата калия стабилизировали плутоний,в степени окисления +4

4 выделяли его из раствора на колонке с TOA аналогично тому, как это делалось на колонке с нитратом метил. триоктиламмония. Из полученного элюата плутоний и примеси электролитическим способом осаждали на металли- . ческой подложке и проверяли чистоту полученного препарата альфа-спектрометрическим методом. б) Очистка. плутония.по заявляемому методу: к 5 мл пробы прибавляли природный уран до общей концентрации урана 140 г/л, профильтровывали полученный раствор через слой сорбента со скоростью 0,8 мл/мин, отмывали сорбент от урана б мп 2 М НКО затем от торий — 9 мл 7 M НС1, 0,5М по НМО, элюировали плутоний

5 мл 0,1М раствора лимонной кислоты, 0,2 М по НКО, приливали к элюату

1 мл концентрированной НЙО и выделяли плутоний из полученного раствора на колонке с TOA. Из злюата со второй колонки плутоний и примеси электролитическим способом осаждали на.металлической подложке и проверяли чистоту препарата альфа-спектрометрическим методом.

Время очистки плутония по методу прототипу — 90 мин., по заявляемо.му методу — 60 мин

Содержание примесей в полученных препаратах приведено в таблице.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит повы" сить очистку плутония от высокоактивных изотопов урана в 10 разр от высокоактивных изотопов .торий и продуктов их распада - в 10 раз.

За счет этого значительно возрастает-точность и воспроизводимость методов определения плутония в урановых растворах. время очистки плутония сокращается в 1,5 раза.

815997

1,Я

1 Н сЧ

ОЪ

% ! Ф

С ) "!

1

1 1

1

° Ф

lO ф -! а Ф (бЮ ххах Ч

:х х I

Х 1

Э

Ц

Э 1

1 1

9 1 а!

М 1 о !

"Ю

СЧ !

I х

М I

И 3

1

1

I х х

Э

Р3

>Ъ

Ц о

Э I а.I

Э I сО

И 1

gi н

Ж

И о х ф х н

<3

1

1

1. х

Ы х х

Э х

Ф х х

Ц

Ф а о

1

°:У

Ю

СО

С"Ъ (Ч

1

I

1.

I

I

1

I

I

1 о х

O I4

Ц о

o x. .н о хо н

Э нэ,й оо цх о !." онн ю

Н !б:л IC

gx5 я

1

1

М х х о н .>э Х

Ц а3 м н ! б

<б а н е ох

Н 9 о а х и х о

Э х

1

I

i

1

1 !

1

1

1

1

I

I х

Х ! н

1 O ! х

Ф ! о

Ц

1 О н

Ф

1

Х l6 1 за f! эхо

1

1

1

1

I

I

I !

1

Ф

I ф а х х

Ц

I 3

Фх 8 Э х и о х

Ф о о

Ц

9 Х ю х

Ц Q он н р, Э

g L

Ф а .х х х

1 ах

Е 9 д 1

3 ц

1 I

9 1 х:л 1 е

О- ° ю

Э Коо х ач1! аФ

I

I

1

I

I -. 1

ОМ о ю а-!

ЭЕЮ

Х XV I

1

I

1 сЧ

М 1

1 I

<б 1

Х I

lO с-! !1

О. ° î I

:х а

ФВд!! 1

1.1

I

I а с

Ю 1

%О 1

815997

Формула изобретения

1. Способ очистки плутония от вы сокорадиоактивных изотопов урана, торня и продуктов их распада, включающий хроматографическое извлечение плутония из-азотнокислого урансодержащего раствора с помощью нит-. рата метилтриоктиламмоння на носи- . теле, отмывку сорбента от примесей и элюирование плутония раствором комплексообразователя с последующей однократной доочисткой плутония на колонке с триоктиламином, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки плутония от примесей и ускорения процесса, в исходный раствор дополнительно вводят природный уран, последовательно отмывают, сорбент сна" чала от урана, а затем смесью соляной и азотной кислот от тория, элюиJ руют плутоний раствором лимонной кис= лоты и проводят доочистку плутония непосредственно из лимоннокислого элюата с первой .хроматографнческой колонки, содержащего 1,5-2,0М азотной .кислоты.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, извлечение плу-. тония проводят из раствора с концент-. .рацией урана 50-140 г/л.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что сорбент отмывают от тория 7М раствором НС1, 0,5 ННОГО, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

15,1 . "Плутоний" под ред. O.Âèíà, т.I, М., Атоиздат, 1971, с.3.

2. Авторское свидетельство .СССР

Р 458603, кл. С 22 B 60/04, 1973.

3. В.М.Марков. Доклад íà 11 Все-

2п союзной конференции по химии урана.

М., 1978 (прототип).

815997

Л8 гав

ФЕЯ

Е, мз5

Составитель П.Рахманов

Техред М. Гергель Корректор М. Шар сны

Редактор Е.Зубиетова

Эаказ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

10878/13 Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5