RU2200133C2 - Способ переработки легированного металлического плутония - Google Patents
Способ переработки легированного металлического плутония Download PDFInfo
- Publication number
- RU2200133C2 RU2200133C2 RU2000126720A RU2000126720A RU2200133C2 RU 2200133 C2 RU2200133 C2 RU 2200133C2 RU 2000126720 A RU2000126720 A RU 2000126720A RU 2000126720 A RU2000126720 A RU 2000126720A RU 2200133 C2 RU2200133 C2 RU 2200133C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plutonium
- gallium
- solution
- hydroxide
- alloy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к переработке отходов ядерной техники и предназначено для переработки легированного металлического плутония. Сплав плутоний-галлий растворяют в качестве анода электролизом раствора хлористого аммония. Используют раствор хлористого аммония с концентрацией 3-20 мас.%. Одновременно с растворением сплава происходит осаждение гидроксида плутония. Осадок гидроксида плутония отделяют от раствора, содержащего галлий. Осаждают галлий путем разложения гидроксида аммония. Полученный раствор хлористого аммония используют для растворения сплава. Результат способа - упрощение процесса, уменьшение потерь плутония и создание безотходной технологии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к способу получения гидроксида плутония и может быть использовано в области ядерной техники, преимущественно при переработке отходов металлических изделий из плутония.
Известен способ получения гидроксидов плутония, который предполагает последовательное проведение основных операций: растворение плутония в растворах соляной кислоты, превращение хлорида в нитрат плутония, очистка нитрата плутония экстракционными или сорбционными методами от примесей, осаждение плутония в виде гидроксидов, в качестве исходного материала для приготовления РuO2 [Поляков А.С., Захаркин Б.С., Борисов Л.М., Кучеренко B. C. , Соловьева Л.Н. Материалы международной конференции по ядерному топливному циклу. Версаль, Франция. 11-14 сентября 1995 г., с.640-651].
Недостатком этого способа является то, что он многоступенчатый, требующий применения реагентов, для повторного использования которых необходимы дополнительные операции регенерации (дистилляция НСl, очистка экстрагентов и т.д.), а также невосполнимых реагентов, например, необходимых для проведения операций осаждения. Наряду с этим, при проведении процессов осаждения образуются жидкие радиоактивные отходы, приводящие к большому количеству невосполнимых потерь плутония и к повышению экологической опасности.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гидроксидов плутония, например, из сплава плутония с галлием с использованием последовательно операций растворения в смеси азотной и плавиковой кислот при температуре кипения, введения ионов алюминия для комплексования ионов фтора, экстракционной очистки плутониевых растворов от галлия и фтор-иона и других вносимых посторонних элементов, осаждения гидроокисей плутония из реэкстракта с последующей прокалкой гидроксидов плутония для получения РuО2 [Поляков А.С., Захаркин Б.С., Борисов Л.М., Кучеренко B.C., Соловьева Л.Н. Материалы международной конференции по ядерному топливному циклу. Версаль, Франция. 11-14 сентября 1995 г. , с.640-651].
Этот способ применяет на первой стадии операцию растворения сплава плутония в смеси азотной и плавиковой кислот при температуре кипения в течение 2-4 часов. Недостатками этого процесса являются: коррозионная и экологическая опасность кипящих растворов смеси азотной и плавиковой кислот и газовых сбросов, а также трудности извлечения из растворов, содержащих фторид-ионы. [Г.П. Никитина и др. Существующие методы растворения диоксида плутония. I. Растворение в минеральных кислотах и их смесях, Радиохимия. Том 39, выпуск 1, 1997, стр.21]. Полученные азотнокислые растворы содержат ионы фтора. Для связывания их в виде комплексных соединений в растворы вносят ионы алюминия, количество которых должно быть в три раза больше мольного количества ионов фтора. Эта операция приводит к значительному увеличению содержания солей в растворах, которые в дальнейшем удаляются в виде жидких радиоактивных отходов.
Далее раствор плутония поступает на экстракционную или сорбционную очистку. В результате проведения операций очистки экстракцией или сорбцией получаются азотнокислые растворы плутония, очищенные от посторонних компонентов, и большое количество жидких радиоактивных отходов, содержащих кроме небольших количеств плутония другие компоненты, используемые при проведении процесса, и сопутствующие примеси. Очищенные азотнокислые растворы плутония поступают на операцию осаждения гидроокисей плутония. В результате проведения операции осаждения образуются две фазы: твердая фаза, содержащая гидроокиси плутония, и жидкая фаза (маточник), содержащая остаточное количество плутония.
Недостатками известного способа являются также многостадийность проведения процесса получения гидроксидов из металлического плутония, требующего длительного времени, образование большого количества потерь плутония в виде вторичных радиоактивных отходов и необходимость использования большого количества невосполнимых реагентов.
Указанные недостатки являются следствием необходимости использования нескольких стадий при получении гидроксида плутония при переработке его металлизированных форм: растворение в смеси азотной и фтористо-водородной кислот, экстракционная или сорбционная очистка и аммиачное осаждение гидроксида плутония.
Техническим результатом при реализации изобретения является упрощение процесса, уменьшение потерь плутония и создание безотходной технологии.
Представленный технический результат достигается тем, что способ переработки легированного металлического плутония включает растворение сплава плутоний-галлий и осаждение гидроксида плутония, причем растворение ведут электролизом раствора хлористого аммония с использованием сплава плутоний-галлий в качестве анода, осаждение гидроксида плутония осуществляют одновременно с растворением сплава, отделяют осадок гидроксида плутония от раствора, содержащего галлий, и осаждают галлий с получением раствора хлористого аммония, который используют для растворения сплава.
В частном варианте используют раствор хлористого аммония с концентрацией 3-20 мас.%.
В другом частном варианте осаждение галлия ведут путем разложения гидроксида аммония.
Создавая определенные условия при получении гидроксидов из металлизированных форм плутония, например металлического сплава плутония с галлием, можно обеспечить растворение плутония, его осаждение в виде малорастворимых гидроксидных соединений и очистку плутония от галлия.
Растворение осуществляется за счет пропускания электрического постоянного тока через электролит подачей напряжения на электроды. При этом в качестве анода применяется изделие из легированного плутония. Величина напряжения должна быть больше окислительно-восстановительного потенциала для плутония (например, Е0 Pu(3+)/Pu=2,03 В, E0 Pu(4+)/ Pu(3+)=-0,9819 В [Плутоний. Справочник. М.: Атомиздат. Т.1, 1971, стр.13, 138]), а величиной тока можно регулировать скорость растворения плутония.
Состав электролита должен иметь наряду с высокой электропроводностью среду (~нейтральную), в которой растворенный плутоний осаждается в виде гидроксидов. Электролиты с нейтральной средой образуются сочетанием ионов сильной кислоты и сильного основания, слабой кислоты и слабого основания. Однако свойствами высокой электропроводности будут обладать электролиты, образующиеся сочетанием ионов сильной кислоты и сильного основания, например КСl, NaCl, NaNO3, NH4NO3, NН4Сl и т.д. Так как плутоний склонен к пассивации [Плутоний. Справочник. М.: Атомиздат. Т.1, 1971, стр.13, 138], то в состав электролита необходимо вводить ионы-активаторы для депассивации поверхности плутония. Предлагается в качестве электролита использовать растворы солей, которые содержат ионы-активаторы (Сl- - является ионом-активатором).
Получение гидроксида плутония, например, из сплава плутония с галлием предлагаемым способом исключает операцию рубки изделий из плутония и совмещает операции растворения, очистки плутония от галлия и осаждения плутония. Очистка плутония от галлия будет достигаться при этом по мере осаждения гидроокиси плутония, сопровождающегося повышением рН среды электропроводящего водного раствора, в которой соединения галлия переходят в растворимое состояние. Распределение плутония в твердую фазу, а галлия в жидкую позволяет очистить плутоний от галлия. Если в качестве водного электропроводящего раствора применить раствор соли аммония, то при повышении рН среды, сопровождающем осаждение гидроксида плутония, в водном растворе образуется избыток NH4OH, легко и быстро удаляющийся из жидкой фазы, например, при умеренном нагревании раствора по реакции Восстановление исходных свойств электролита осуществляется также полным перемешиванием использованного раствора NH4Cl.
При этом из раствора выделяется галлий в виде малорастворимых соединений, а свойства электролита восстанавливаются, и он может использоваться повторно.
Зависимость удельной электропроводности водного раствора хлористого аммония от его концентрации в растворе представлена на чертеже.
В зависимости от предъявляемых требований к конечному продукту выбор концентрации хлористого аммония осуществляется в диапазоне 3-20%. При содержании хлористого аммония в растворе ниже 3% электропроводность раствора будет слишком низкой и для поддержания высокой скорости анодного растворения необходимо повышать подаваемое на электроды напряжение. Использование растворов с содержанием хлористого аммония в растворе выше 20% приведет к повышенному механическому захвату хлористого аммония в гидроксиде плутония, что может привести к значительным затруднениям при прокалке гидроксида плутония из-за увеличения содержания коррозионно-активного соединения (NH3•HCl).
Пример 1.
Получение гидроксида плутония из сплава плутония с галлием.
Для проведения экспериментальной проверки способа был использован образец сплава плутония с галлием в виде пластинки, у которой длина, ширина и толщина составляли соответственно 28 мм, 5 мм и 1 мм. Образец закреплялся на токоподводящей штанге, подключенной к положительному потенциалу внешнего источника напряжения, и опускался в водный раствор хлористого аммония на ≈2/3 своей длины. После того, как погруженная в водный раствор часть образца разрушилась под воздействием подаваемого на электроды напряжения, образовавшийся на дне аппарата осадок был отфильтрован, подсушен в комнатно-воздушной атмосфере и направлен на операцию прокалки (при 750oС в течение 2 час). В табл. 1 представлены результаты опыта.
Визуальные наблюдения за протеканием процесса показали, что образование осадка происходило у поверхности образца в течение всего воздействия электрического тока. Образующийся осадок черного цвета быстро оседал на дне аппарата. Примерно через 1 час после окончания процесса раствор стал полностью прозрачным и направлен на фильтрацию. В фильтрате определено содержание плутония (см. табл. 1). Значение величины рН-среды водного электропроводящего раствора непосредственно после окончания процесса составляла ~10. После слабого подогрева водного раствора значения рН-среды снизились до 7. При этом раствор становился светло- мутным. Раствор фильтруется, и фильтрат может быть использован в процессе повторно в качестве водного электропроводящего раствора. Выделенный осадок (гидроксид галлия) прокалили при ~750 oС в атмосфере воздуха в течение 2-х часов. После прокалки вес порошка (Gа2О3) составил 0,0297 г.
Пример 2.
Получение гидроксида плутония из сплава плутония с галлием.
Плутониевый стержень в качестве анода погружали в электролит - водный раствор 5% NH4Cl и пропускали постоянный ток напряжением 3-10 В, и анодной плотностью тока 0,025-0,01 А/см2. В результате проведения процесса конечное содержание Рu в виде гидроксида Рu=48-55 г/л. Раствор отфильтровали на бумажном фильтре. Гидроксидные осадки плутония испытали на растворимость в растворах 1-12 моль/л азотной кислоты. Раствор азотной кислоты вносили в количестве, которое необходимо, в основном, для растворения гидроксида плутония по реакции Рu(ОН)4+4НNО3=4Н2O+Рu(NО3)4.
Содержание Рu в фильтрате составило 4,2•10-3 г/л, фильтрат использован повторно для проведения процесса в качестве водного электропроводящего раствора.
Как видно из табл.2, высокие значения плотности тока приводят к повышению температуры электролита, которое создает условие для выделения в газовую фазу NH3. Для увеличения производительности установки необходимо обеспечивать охлаждение электролита <45oС.
Таким образом, предложенный способ позволяет сократить количество стадий процесса получения гидроксидов плутония, время процесса и количество вторичных технологических отходов плутония и увеличить уровень экологической безопасности и, кроме того, дает возможность, во-первых, существенно облегченного перевода металлического плутония, легированного галлием, в растворимую форму с помощью растворения гидроксида плутония в минеральных кислотах, в частности, в растворах азотной кислоты без использования фторид-ионов и, во-вторых, получения оксида плутония, очищенного от галлия.
Claims (3)
1. Способ переработки легированного металлического плутония, включающий растворение сплава плутоний-галлий и осаждение гидроксида плутония, отличающийся тем, что растворение ведут электролизом раствора хлористого аммония с использованием сплава плутоний-галлий в качестве анода, осаждение гидроксида плутония осуществляют одновременно с растворением сплава, отделяют осадок гидроксида плутония от раствора, содержащего галлий, и осаждают галлий с получением раствора хлористого аммония, который используют для растворения сплава.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют раствор хлористого аммония с концентрацией 3-20 мас. %.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что осаждение галлия ведут путем разложения гидроксида аммония.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000126720A RU2200133C2 (ru) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | Способ переработки легированного металлического плутония |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000126720A RU2200133C2 (ru) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | Способ переработки легированного металлического плутония |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2200133C2 true RU2200133C2 (ru) | 2003-03-10 |
RU2000126720A RU2000126720A (ru) | 2003-03-20 |
Family
ID=20241361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000126720A RU2200133C2 (ru) | 2000-10-23 | 2000-10-23 | Способ переработки легированного металлического плутония |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2200133C2 (ru) |
-
2000
- 2000-10-23 RU RU2000126720A patent/RU2200133C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МИЛЮКОВА М.С. и др. Аналитическая химия плутония. - М: Наука, 1965, с.130-134. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10494694B2 (en) | Method for extraction and separation of rare earth elements | |
US3890244A (en) | Recovery of technetium from nuclear fuel wastes | |
IE49849B1 (en) | Process for the treatment of mixtures of rare earth oxides and gallium oxides | |
RU2114204C1 (ru) | Способ извлечения церия (варианты) | |
US4069040A (en) | Method for recovery of platinum and iridium from catalysts | |
GB2042486A (en) | Method of producing aluminium-oxide from solutions containing dissolved ions of aluminium and iron | |
WO2016126640A1 (en) | Purification of coal and fly ash by ionic liquids | |
KR102312762B1 (ko) | 붕소 제어를 갖춘 원자력발전소 액체 폐기물 처리 방법 | |
KR102091804B1 (ko) | 폐 re:yag 결정으로부터 희토류 성분의 회수방법 | |
KR101438272B1 (ko) | 전극재료로부터 금속을 회수하는 방법 | |
JPH0665608B2 (ja) | トリウム及び希土類元素のふっ化物の濃縮物からこれらの元素を分離する方法 | |
RU2200133C2 (ru) | Способ переработки легированного металлического плутония | |
US3781404A (en) | Americium recovery from reduction residues | |
US3812232A (en) | Solvent extraction procedure for separating samarium from neodymium | |
EP0005859B1 (en) | Process for reducing metal ion content of aqueous solutions | |
RU2341459C1 (ru) | Способ получения диоксида церия | |
US3594117A (en) | Process for removing cerium and thorium from the other rare earth metals | |
WO2024000614A1 (zh) | 一种从含铪废渣中回收铪及其他金属的方法 | |
JP6201154B2 (ja) | 塩化コバルト水溶液の浄液方法 | |
Berhe et al. | Green extraction of niobium and tantalum from Kenticha tantalite ore using 1-ethyl-3-methyl imidazolium chloride ionic liquid | |
RU2379776C1 (ru) | Способ переработки уран-циркониевых отходов | |
RU2613352C1 (ru) | Способ переработки уран-циркониевых отходов | |
JPH0357052B2 (ru) | ||
TWI852467B (zh) | 稀土金屬剝除添加劑及其應用 | |
US1272375A (en) | Purification of precipitates. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061024 |