Способ очистки растворов от циркония-95

Номер патента: 6425

Опубликовано: 30.09.2004

Авторы: Забродский Вячеслав Николаевич, Бондарь Юрий Иванович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

НАЦИОНАЛЬНЫЙ цЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ ОТ ЦИРКОНИЯ-9 5(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт радиобиологии Национальной академии наук(72) Авторы Забродский Вячеслав Николаевич Бондарь Юрий Иванович (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт радиобиологии Национальной академии наук Беларуси (ВУ)Способ очистки раствора от циркония-95 путем пропускания раствора через катионит,отличающийся тем, что в раствор предварительно вводят оксалат-ионь 1 в количестве от 1-107 до 5-107 М и азотную кислоту в количестве от 0,1 до 2,0 М.Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к обезвреживанию жидких радиоактивных отходов (ЖРО), содержащих цирконий-95 (2 г-95), и может быть использовано в ядерной технике, где на различных этапах ядерного топливного цикла образуются растворы с изотопом 2 г-95.Известен ряд способов очистки растворов от радионуклидов, таких как вь 1 паривание,соосаждение, сорбция 1, 2. Основным недостатком метода выпаривания является его дороговизна, обусловленная высокими затратами энергии на осуществление фазового перехода жидкость-пар. Тем не менее, этот способ является основным на ядерно-энергетических установках в силу невысокой стоимости тепловой энергии, производимой на них. Остальные способы очистки предусматривают наличие в растворе твердой фазы коллектора, которая может вводиться в раствор в готовом виде, либо формироваться в нем в результате химической реакции. Метод химического соосаждения при выделении радионуклида 2 г-95 из растворов имеет такие недостатки как значительный объем вторичных радиоактивных отходов, требующих дальнейшей обработки относительно высокое солесодержание в переработанных растворах и сравнительно невысокие коэффициенты очистки по отношению к радиоизотопу 2 г-95. Ионообменные методы также имеют ограниченное использование, в частности они пригодны только для низкосолевых растворов и требуют предварительной очистки от взвешенных (коллоидных) частиц. Кроме того, ре ВУ 6425 С 1генерация использованных сорбентов, как правило, влечет за собой образование вторичных радиоактивных отходов.Известен способ очистки растворов от радионуклида 2 г-95 путем его сорбционного извлечения с помощью ионообменных материалов З. Очистка ЖРО и получение фильтрата, удовлетворяющего нормам для сброса воды, обеспечивается пропусканием радиоактивных растворов, содержащих 2 г-95, через катионит КУ-2-8 и анионит (АН-2 Ф - на первой ступени очистки, АН-31 на второй ступени очистки). При этом, однако, необходимо поддержание определенного солесодержания перерабатываемого раствора и применение коагулянтов для осветления растворов, например, солей трехвалентного железа. В свою очередь, образующийся осадок гидроокиси железа (1 П) представляет собой источник вторичных отходов, требующий отдельного обращения, что, в конечном счете, усложняет процесс обезвреживания ЖРО от 2 г-95. Помимо этого, требуется выполнение определенных требований к химическому составу перерабатываемых отходов, т.к. эффективность очистки растворов от 2 г-95 в значительной степени определяется природой и концентрацией присутствующих в растворе веществ, в частности комплексообразователей (фторид-,сульфат-, фосфат- и других анионов).Задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа очистки ЖРО, содержащих 2 г-95, обеспечивающего повышение экологической безопасности процесса переработки ЖРО.В результате решения данной задачи достигается увеличение эффективности извлечения 2 г-95 из ЖРО, а также удешевление и упрощение процесса извлечения 2 г-95 из растворов.Данный технический результат достигается сорбцией на ионообменных материалах.Отличительной особенностью изобретения является то, что в растворы предварительно вводят оксалат-ионы (С 2 О 42) в количестве от 1-1 О 7 до 5-1 О 7 М, доводят содержание азотной кислоты до 0,1-2,0 М, после чего осуществляют сорбционное извлечение циркония-95 путем пропускания растворов через катионит.Основой предлагаемого технического решения являются данные о сорбционной способности 2 г-95 по отношению к катиониту в присутствии оксалат-ионов в растворе. Общепринятой точкой зрения является то, что введение в раствор комплексообразующих анионов, в частности оксалат-ионов, приводит к уменьшению сорбционной способности металл-ионов (радионуклидов). Это происходит вследствие ступенчатого комплексообразования оксалат-ионов с металл-ионами, в частности 2 г 4, с образованием, последовательно, комплексов меньшего положительного 2 г(С 2 О 4)2, затем нейтрального 2 г(С 2 О 4)20 и отрицательного 2 г(С 2 О 4)42 п зарядов. Именно на этом явлении основываются общепринятые способы определения констант комплексообразования металл-ионов с комплексообразующими лигандами. В то же время экспериментальные данные, представленные в настоящей работе, указывают на то, что в случае малых концентраций оксалат-ионов в растворе возможна более высокая сорбция 2 г-95, чем в отсутствие оксалат-ионов в растворе. Таким образом, введя в раствор незначительное количество оксалат-ионов, можно добиться существенного повышения сорбции 2 г-95 катионитом.Сорбция 2 г(1/) катионитом изучалось с использованием его радиоактивного изотопа 2 г-95. Этот изотоп поставляется объединением Изотоп в равновесной смеси со своим дочерним изотопом 1 ТЬ-95. Очистка 2 г-95 от 1 ТЬ-95 осуществлялась путем сорбции последнего осадком двуокиси марганца, образующегося при смешении 0,1 М раствора перманганата калия с 10 М раствором азотной кислоты, содержащим 2 г-95 и 1 ТЬ-95. Поскольку 2 г-95 поставлялся объединением Изотоп в оксалатном растворе, то преимущество данного метода заключалось в том, что одновременно с очисткой 2 г-95 от МЬ-95 происходило разрушение оксалатных комплексов циркония. Образовавшийся осадок МпО 2 отделялся фильтрованием через стеклянный фильтр Шотта. Радиохимическая чис 2тота 211-95 контролировалась с помощью установки, включающей Се-Ы детектор И 800 канальнь 1 й анализатор Ноша. Концентрация 211-95 в опытах составляла 40-13 или 106 М. Содержание 211-95 в растворах определялось по Б-излучению на установке УМФ-1500 М,либо по у-излучению на установке с блоком детектирования БДЭГ-2 и пересчетнь 1 м прибором ПСО-2-2 еМ. Рабочие растворы готовились на бидистиллированной воде. Приготовление рабочих растворов производилось разбавлением концентрированного раствора азотной кислоты бидистиллированной водой. Используемые в работе реактивы -Н 1 ТО 3,2 гОС 12 8 Н 2 О - соответствовали марке х.ч.. Перед опытами рабочие растворы вь 1 держивались в течение одних суток, при температуре 20 1 1 С. В качестве сорбента использовалась фракция 0,25-0,50 мм катионообменной смолы КУ-2-8 в 1 Та-форме. Для ускорения достижения равновесия между раствором и ионообменной смолой растворы перемешивались с помощью аппарата для встряхивания. Предварительными опытами было установлено, что при указанных условиях (температура, интенсивность перемешивания,соотношение У/ш, где У-объем раствора, ш-навеска катионита) равновесное распределение циркония между ионообменной смолой и раствором устанавливается в течение 8 часов. В основных опытах время контакта раствора с ионообменной смолой составляло не менее 20 ч непрерывного перемешивания, что обеспечивало установление термодинами ческого равновесия в системе. Результаты опытов по сорбции 2 г(1/) катионитом представлены в табл. 1 в виде коэффициентов распределенияАО А У р Х А ш где А и АО - активности равновесного и исходного растворов. Там же приведены средние значения коэффициентов распределения (Крдр) и величины стандартного отклоненияХотя разброс экспериментальных значений коэффициентов распределения достаточно высок, тем не менее можно утверждать, что в обоих сериях экспериментальных данных при увеличении концентрации оксалат-ионов величина сорбции проходит через максимум, соответствующий 1-10-7 М. Таким образом, при введении в раствор 0,1 М азотной кислоты оксалат-ионов в концентрации 1-107 М, можно существенно увеличить сорбцию 211-95 катионитом.Условия проведения эксперимента такие же как в примере 1, за исключением того, что сорбция производилась из среды 1 М НЫО 3. Полученные данные представлены в табл. 2.Анализ полученных даннь 1 х позволяет сделать вывод, что при увеличении кислотности раствора с 0,1 М до 1 М НМО 3 максимум проявления сорбционной способности 2 г-95 смещается в сторону больших концентраций оксалат-ионов, а именно 5-1 О 7 М. Фактор увеличения коэффициента распределения 211-95, при введении в раствор оксалат-ионов,1,3-1,4.При сравнении результатов изучения сорбции в 0,1 М и 1 М НЫО 3 заметна разница в величинах относительного стандартного отклонения. Можно предположить, что большая относительная погрешность величин сорбции в 0,1 М НЫО 3 обусловлена большим влиянием процессов гидролитической полимеризации. При этой кислотности 2 г(1/) присутствует в растворе частично в виде гидролизованнь 1 х полимеров различного молекулярного веса, обладающих, соответственно, различающимися коэффициентами распределения.Согласно даннь 1 м табл. 3 при увеличении концентрации циркония до 1 О 6 М максимум проявления сорбционнь 1 х свойств также смещается в сторону больших концентраций оксалат-ионов. Это представляется закономерным. Действительно для объяснения эффекта увеличения сорбции 2 г(1/) при введении в раствор оксалат-ионов можно вь 1 двинуть 2 ги 4

МПК / Метки

МПК: G21F 9/12

Метки: очистки, способ, растворов, циркония-95

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-6425-sposob-ochistki-rastvorov-ot-cirkoniya-95.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ очистки растворов от циркония-95</a>

Похожие патенты