RU2270172C2 - Tetravalent plutonium stabilization in nitric acid solutions - Google Patents

Tetravalent plutonium stabilization in nitric acid solutions Download PDF

Info

Publication number
RU2270172C2
RU2270172C2 RU2004105552/15A RU2004105552A RU2270172C2 RU 2270172 C2 RU2270172 C2 RU 2270172C2 RU 2004105552/15 A RU2004105552/15 A RU 2004105552/15A RU 2004105552 A RU2004105552 A RU 2004105552A RU 2270172 C2 RU2270172 C2 RU 2270172C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
plutonium
nitric acid
hydroxylamine
concentration
Prior art date
Application number
RU2004105552/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004105552A (en
Inventor
Валерий Иванович Марченко (RU)
Валерий Иванович Марченко
Галина Ивановна Журавлева (RU)
Галина Ивановна Журавлева
Константин Николаевич Двоеглазов (RU)
Константин Николаевич Двоеглазов
Ольга Алексеевна Савилова (RU)
Ольга Алексеевна Савилова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара", Министерство Российской Федерации по атомной энергии filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
Priority to RU2004105552/15A priority Critical patent/RU2270172C2/en
Publication of RU2004105552A publication Critical patent/RU2004105552A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2270172C2 publication Critical patent/RU2270172C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: electrochemistry.
SUBSTANCE: hydroxylamine is introduced into 0.5-3 M, preferably 1-2.5 M, nitric acid solution containing mixture of plutonium with different valence, namely Pu(VI), Pu(IV), and Pu(III). Solution is conditioned at 20-40°C, preferably at 25-35°C during period sufficient to reduce Pu(VI) to Pu(IV). Then nitric acid concentration is adjusted to 2.5-4 M, preferably to 2.5-3 M and solution is conditioned at 20-40°C up to step-like increasing of redox potential (namely to +0.84-+0.87 V), measured using silver chloride reference electrode. In another embodiment of the invention in nitric acid solution containing mixture of plutonium with different valence, namely Pu(VI), Pu(IV), and Pu(III) nitric acid concentration is adjusted to 2-4 M, hydroxylamine is introduced and solution is conditioned at 20-40°C up to step-like increasing of redox potential (namely to +0.84-+0.87 V), measured using silver chloride reference electrode.
EFFECT: accelerated method for chemical tetravalent plutonium stabilization; decreased process step number, reduced heat consumption, and decreased radioactive gases and aerosol release.
4 cl, 6 ex, 3 dwg

Description

В настоящее время для регенерации и очистки плутония от радиоактивных продуктов деления при переработке отработавших ядерных материалов используется экстракционный метод, основанный на извлечении плутония из водных азотнокислых растворов органическими растворителями, в основном трибутилфосфатом (ТБФ) [В.И.Землянухин, Е.И.Ильенко, А.Н.Кондратьев и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1983 г., с.82]. Для достижения наиболее полного извлечения и очистки плутония необходимо стабилизировать его перед экстракцией в 4-валентном состоянии, обладающем максимальным коэффициентом распределения по сравнению с другими валентными формами плутония - Pu(III) и Pu(VI).At present, the extraction method based on the extraction of plutonium from aqueous nitric acid solutions with organic solvents, mainly tributyl phosphate (TBP) is used to regenerate and purify plutonium from radioactive fission products in the processing of spent nuclear materials [V.I. Zemlyanukhin, E.I. , AN Kondratyev and others. Radiochemical processing of nuclear fuel of nuclear power plants. M .: Energoatomizdat, 1983, p. 82]. To achieve the most complete extraction and purification of plutonium, it is necessary to stabilize it before extraction in the 4-valence state, which has a maximum distribution coefficient compared to other plutonium valence forms - Pu (III) and Pu (VI).

Известны способы стабилизации плутония(IV) в водных растворах, содержащих смесь валентных форм Pu(III), Pu(IV) и Pu(VI), с применением различных химических реагентов.Known methods for stabilizing plutonium (IV) in aqueous solutions containing a mixture of valence forms Pu (III), Pu (IV) and Pu (VI), using various chemical reagents.

Описан способ стабилизации Pu(IV) в водных азотнокислых растворах, с применением пероксида водорода, Н2О2, при концентрации азотной кислоты 5 М и температуре выше 50°С [С.Столер, Р.Ричардс. Переработка ядерного горючего. М.: Атомиздат, 1964 г., с.620].A method is described for stabilizing Pu (IV) in aqueous nitric acid solutions using hydrogen peroxide, H 2 O 2 , at a nitric acid concentration of 5 M and a temperature above 50 ° C [S. Stoler, R. Richards. Nuclear fuel reprocessing. M .: Atomizdat, 1964, p.620].

Недостатком этого способа является невозможность осуществить стабилизацию Pu (IV) при невысокой кислотности (1-2 М HNO3) и температуре 25-35°С, характерных для экстракционной переработки. Дополнительные сложности при использовании H2O2 обусловлены образованием в процессе стабилизации малорастворимых перекисных соединений Pu(IV), что создает угрозу безопасному проведению процесса стабилизации, особенно при высоком содержании плутония в растворе.The disadvantage of this method is the inability to stabilize Pu (IV) at low acidity (1-2 M HNO 3 ) and a temperature of 25-35 ° C, typical for extraction processing. Additional difficulties when using H 2 O 2 are caused by the formation of poorly soluble peroxide compounds Pu (IV) during stabilization, which poses a threat to the safe conduct of the stabilization process, especially with a high content of plutonium in solution.

Описан способ стабилизации Pu(IV) с использованием растворов нитрита натрия - NaNO2 [Плутоний. Справочник. Под ред. О.Вика, том 1. 1971, с.343, 351]. Недостатком этого способа является необходимость нагревания растворов с плутонием до высокой температуры (более 50°С). Другой недостаток - введение в перерабатываемые растворы ионов натрия, что исключает применение этого способа при подготовке растворов плутония к оксалатному осаждению. С целью исключения ионов натрия предложен [Р.Rance, В.Zilberman, Proceed. Int. Conf. "GIOBAL-2001", Paris, France, Sept. 9-13, 2001, paper № 314] способ стабилизации Pu(IV) с использованием оксидов азота, NO и NO2, которые, как и нитрит натрия, при растворении в азотной кислоте образуют азотистую кислоту.A method for stabilizing Pu (IV) using solutions of sodium nitrite - NaNO 2 [Plutonium. Directory. Ed. O. Vika, volume 1. 1971, p. 343, 351]. The disadvantage of this method is the need to heat solutions with plutonium to a high temperature (more than 50 ° C). Another drawback is the introduction of sodium ions into the processed solutions, which excludes the use of this method in the preparation of plutonium solutions for oxalate precipitation. In order to exclude sodium ions proposed [P. Rance, B. Zilberman, Proceed. Int. Conf. "GIOBAL-2001", Paris, France, Sept. 9-13, 2001, paper No. 314] a method for stabilizing Pu (IV) using nitrogen oxides, NO and NO 2 , which, like sodium nitrite, form nitrous acid when dissolved in nitric acid.

Недостатком этого метода является малая скорость восстановления Pu(VI) и, как следствие, необходимость проведения процесса при высокой температуре (не менее 60°С).The disadvantage of this method is the low rate of Pu (VI) reduction and, as a consequence, the need to carry out the process at high temperature (at least 60 ° C).

Наиболее распространенный способ стабилизации Pu(IV) в растворах, содержащих смесь валентных форм плутония, заключается в восстановлении Pu(VI) и Pu(IV) до Pu(III) и в последующем окислении Pu(III) до Pu(IV) нитритом натрия. Известен способ стабилизации Pu(IV), основанный на восстановлении плутония до Pu(III) гидразином [Э.М.Рогозина, Л.Ф.Конкина, Д.К.Попов. Радиохимия, 1973, т.15, № 1, с.61].The most common way to stabilize Pu (IV) in solutions containing a mixture of valence forms of plutonium is to reduce Pu (VI) and Pu (IV) to Pu (III) and then oxidize Pu (III) to Pu (IV) with sodium nitrite. A known method of stabilization of Pu (IV), based on the reduction of plutonium to Pu (III) with hydrazine [E.M. Rogozina, L.F. Konkina, D.K. Popov. Radiochemistry, 1973, v.15, No. 1, p.61].

Недостатками этого способа являются низкая скорость восстановления плутония гидразином (по этой причине процесс проводят при повышенной температуре - 80°С) и образование нитрата аммония, приводящего к увеличению объема жидких радиоактивных отходов, поступающих на захоронение.The disadvantages of this method are the low rate of plutonium reduction with hydrazine (for this reason, the process is carried out at an elevated temperature of 80 ° C) and the formation of ammonium nitrate, which leads to an increase in the volume of liquid radioactive waste entering the disposal site.

В другом способе в качестве восстановителя используется раствор Fe(II) в смеси с гидразином [Г.П.Никитина и др.. Радиохимия, 1975, т.17, № 4, с.573]. Этот способ позволяет восстановить плутоний до трехвалентного состояния при комнатной температуре, однако введение в растворы ионов железа не позволяет использовать его для стабилизации Pu(IV) перед оксалатным осаждением. Кроме того, образующийся нитрат железа дополнительно увеличивает содержание солей в жидких отходах.In another method, a Fe (II) solution in a mixture with hydrazine is used as a reducing agent [GP Nikitina et al. Radiochemistry, 1975, v.17, No. 4, p.573]. This method allows you to restore plutonium to a trivalent state at room temperature, however, the introduction of iron ions into solutions does not allow using it to stabilize Pu (IV) before oxalate precipitation. In addition, the resulting iron nitrate further increases the salt content in the liquid waste.

Наиболее близким к заявляемому является способ стабилизации Pu(IV) (Патент США № 4011296, кл. C 01 G 043/00, 1977 г.), по которому сначала проводится восстановление плутония до трехвалентного состояния гидроксиламином при низкой кислотности, после чего полученный раствор вводится в кипящий раствор крепкой азотной кислоты и затем объединенный раствор упаривается в 2 раза.Closest to the claimed is a method of stabilization of Pu (IV) (US Patent No. 4011296, class C 01 G 043/00, 1977), which is first carried out the restoration of plutonium to the trivalent state with hydroxylamine at low acidity, after which the resulting solution is introduced into a boiling solution of strong nitric acid and then the combined solution is evaporated 2 times.

Хотя в описании к указанному изобретению не указаны численные значения концентрации HNO3 при осуществлении стабилизации Pu(IV), однако известно, что водные растворы после реэкстракции плутония разбавленной азотной кислотой, в которых по прототипу проводилось восстановление гидроксиламином, имеют кислотность менее 1 М HNO3. Также из описания изобретения следует, что в растворе после упаривания плутоний(IV) присутствует в виде гексанитратного комплекса, Pu(NO3)62-, и этот раствор поступает на сорбционное извлечение плутония. Известно [Егоров Е.В., Макарова С.Б. Ионный обмен в радиохимии. М.: Атомиздат, 1971, с.71, 125; Анисимов В.И., Козлов А.Г., Шурмель В.А. и др., Атомная энергия, 1977, т.42, №3, с.191], что оптимальной при сорбции плутония на анионобменной смоле является кислотность 7-7.5 М HNO3 и, следовательно, концентрация кипящей азотной кислоты, в которую вводится раствор плутония, содержащий гидроксиламин, составляет не менее 3.5 М.Although the description of this invention does not indicate the numerical values of the concentration of HNO 3 during the stabilization of Pu (IV), it is known that aqueous solutions after re-extraction of plutonium with diluted nitric acid, in which the prototype was reduced with hydroxylamine, have an acidity of less than 1 M HNO 3 . It also follows from the description of the invention that, after evaporation, plutonium (IV) is present in the form of a hexanitrate complex, Pu (NO 3 ) 6 2- , and this solution is supplied to the sorption recovery of plutonium. It is known [Egorov E.V., Makarova S.B. Ion exchange in radiochemistry. M .: Atomizdat, 1971, p. 71, 125; Anisimov V.I., Kozlov A.G., Shurmel V.A. et al., Atomic Energy, 1977, v. 42, No. 3, p. 191], that the optimum acidity of 7–7.5 M HNO 3 and, therefore, the concentration of boiling nitric acid into which the solution is introduced is optimal when plutonium is adsorbed on an anion exchange resin. hydroxylamine-containing plutonium is at least 3.5 M.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- необходимость проведения стадии восстановления плутония при низкой кислотности, что создает условия для образования полимеров Pu(IV), особенно в растворах с высокой концентрацией плутония (несколько десятков г/л);- the need for a stage of plutonium reduction at low acidity, which creates the conditions for the formation of Pu (IV) polymers, especially in solutions with a high concentration of plutonium (several tens of g / l);

- проведение следующих за стадией восстановления операции при высокой температуре (~100°С), что требует большого расхода тепла и приводит к образованию большого количества радиоактивных паров, газов и аэрозолей;- carrying out the operations following the recovery stage at high temperature (~ 100 ° C), which requires a large heat consumption and leads to the formation of a large number of radioactive vapors, gases and aerosols;

- многостадийность процесса стабилизации, включающего операции восстановления плутония до Pu(III), подкисления раствора и его упаривания;- multi-stage stabilization process, including the recovery of plutonium to Pu (III), acidification of the solution and its evaporation;

- большая продолжительность процесса перехода плутония в трехвалентное состояние, обусловленная сильным торможением реакции восстановления Pu(IV) гидроксиламином ее продуктом - плутонием(IV) [Колтунов B.C., Журавлева Г.И., Радиохимия, 1978, т.20, № 1, с.94].- the long duration of the process of transition of plutonium to the trivalent state, due to the strong inhibition of the reaction of Pu (IV) reduction by hydroxylamine as its product - plutonium (IV) [Koltunov BC, Zhuravleva GI, Radiokhimiya, 1978, v.20, no. 94].

Технической задачей изобретения является ускорение химического процесса стабилизации Pu(IV). Решение этой задачи позволяет сократить число стадий процесса, снизить расход тепла на нагревание растворов и уменьшить выделение радиоактивных газов и аэрозолей.An object of the invention is to accelerate the chemical stabilization process of Pu (IV). The solution to this problem allows us to reduce the number of process steps, reduce heat consumption for heating solutions and reduce the release of radioactive gases and aerosols.

В первом варианте заявляемого способа поставленная задача решается тем, что в известном способе стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии в водном азотнокислом растворе (включающем восстановление Pu(VI) и Pu(IV) до Pu(III) гидроксиламином и последующее окисление Pu(III) при температуре ~100°С) в раствор с концентрацией азотной кислоты от 0,5 до 3 М, предпочтительно от 1 до 2,5 М, содержащий смесь валентных форм плутония Pu(VI), Pu(IV) и Pu(III), вводят гидроксиламин, раствор выдерживают при температуре от 20 до 40°С, предпочтительно от 25 до 35°С, в течение времени, необходимого для восстановления Pu(VI) до Pu(IV) и Pu(III), после чего концентрацию азотной кислоты доводят до 2,5-4 М, предпочтительно от 2,5 до 3 М, и выдерживают раствор при температуре от 20 до 40°С до скачкообразного возрастания окислительно-восстановительного потенциала раствора и увеличения его до значения от +0,84 до +0,87 В, измеряемого относительно хлорсеребряного электрода сравнения.In the first embodiment of the proposed method, the problem is solved in that in the known method for stabilizing plutonium in the tetravalent state in an aqueous nitric acid solution (including the reduction of Pu (VI) and Pu (IV) to Pu (III) with hydroxylamine and the subsequent oxidation of Pu (III) at a temperature ~ 100 ° C) in a solution with a concentration of nitric acid from 0.5 to 3 M, preferably from 1 to 2.5 M, containing a mixture of valence forms of plutonium Pu (VI), Pu (IV) and Pu (III), hydroxylamine is introduced , the solution is maintained at a temperature of from 20 to 40 ° C, preferably from 25 to 35 ° C, for a time nor necessary for the reduction of Pu (VI) to Pu (IV) and Pu (III), after which the concentration of nitric acid is adjusted to 2.5-4 M, preferably from 2.5 to 3 M, and the solution is kept at a temperature of from 20 up to 40 ° C until a stepwise increase in the redox potential of the solution and its increase to a value from +0.84 to +0.87 V, measured relative to the silver chloride reference electrode.

В частном случае осуществления первого варианта изобретения начальную концентрацию гидроксиламина выбирают равной от 0,02 до 0,2 М, предпочтительно от 0,05 до 0,2 М.In the particular case of the implementation of the first variant of the invention, the initial concentration of hydroxylamine is chosen equal to from 0.02 to 0.2 M, preferably from 0.05 to 0.2 M.

Нижний предел концентрации HNO3 (0,5 М) ограничен полимеризацией плутония, особенно в растворах с высокой его концентрацией (несколько десятков г/л) и при повышенной температуре. Верхний предел концентрации HNO3 (3 М) ограничен быстрым разложением гидроксиламина по его реакции с азотной кислотой, что приводит к неполному восстановлению Pu(VI), особенно при невысокой начальной концентрации гидроксиламина.The lower limit of HNO 3 concentration (0.5 M) is limited by the polymerization of plutonium, especially in solutions with a high concentration of it (several tens of g / l) and at elevated temperature. The upper limit of the concentration of HNO 3 (3 M) is limited by the rapid decomposition of hydroxylamine by its reaction with nitric acid, which leads to incomplete reduction of Pu (VI), especially at a low initial concentration of hydroxylamine.

Величина начальной концентрации гидроксиламина должна выбираться с таким расчетом, чтобы обеспечить полное восстановление Pu(VI) с учетом дополнительного расходования гидроксиламина в его параллельно протекающих реакциях с азотной и азотистой кислотами. Значение начальной концентрации гидроксиламина выбирается в зависимости от кислотности раствора и температуры. При низкой кислотности раствора (0,5-1 М HNO3) и невысокой температуре 20-25°С минимальная величина начальной концентрации гидроксиламина составляет 0,02 М; при низкой кислотности и высокой температуре (40°С), а также при высокой кислотности (3 М HNO3) и низкой температуре эта величина составляет 0,05 М; при высокой кислотности и высокой температуре она должна быть не менее 0,1 М.The initial concentration of hydroxylamine should be selected so as to ensure complete recovery of Pu (VI), taking into account the additional consumption of hydroxylamine in its parallel reactions with nitric and nitrous acids. The value of the initial concentration of hydroxylamine is selected depending on the acidity of the solution and temperature. With a low acidity of the solution (0.5-1 M HNO 3 ) and a low temperature of 20-25 ° C, the minimum initial hydroxylamine concentration is 0.02 M; at low acidity and high temperature (40 ° C), as well as at high acidity (3 M HNO 3 ) and low temperature, this value is 0.05 M; at high acidity and high temperature, it should be at least 0.1 M.

Время, необходимое для восстановления Pu(VI), определяется либо экспериментально (например, спектрофотометрическим методом по поглощению света в области длины волны 830 нм), либо расчетным путем (по кинетическим уравнениям химических реакций, протекающих в растворе).The time required for the reduction of Pu (VI) is determined either experimentally (for example, by spectrophotometric method for absorbing light in the wavelength region of 830 nm) or by calculation (according to the kinetic equations of chemical reactions in solution).

Процесс окисления плутония ведут при концентрации азотной кислоты от 2.5 до 3 М при температуре от 25 до 40°С до достижения величины окислительно-восстановительного потенциала раствора от +0,84 В до +0,87 В, измеряемого относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Численное значение потенциала зависит от концентрации HNO3 (оно увеличивается с ростом кислотности).The process of plutonium oxidation is carried out at a nitric acid concentration of from 2.5 to 3 M at a temperature of 25 to 40 ° C until the value of the redox potential of the solution is reached from +0.84 V to +0.87 V, measured relative to the silver chloride reference electrode. The numerical value of the potential depends on the concentration of HNO 3 (it increases with increasing acidity).

В качестве восстановителя ионов плутония предлагается использовать нитрат гидроксиламина, разлагающийся под действием азотной кислоты до газообразной закиси азота, NaO, и воды и не приводящий к увеличению количества жидких радиоактивных отходов. Гидроксиламин достаточно быстро восстанавливает Pu(VI) даже при комнатной температуре (20-25°С) и при относительно высокой кислотности (более 1М HNO3), тогда как полный переход плутония в трехвалентное состояние в этих условиях протекает существенно медленнее. Основная особенность процесса восстановления по предлагаемому способу состоит в том, что в отличие от прототипа не требуется переводить весь плутоний в трехвалентное состояние, а достаточно восстановить Pu(VI) до низших валентных форм Pu(IV) и Pu(III), что позволяет существенно сократить продолжительность стадии восстановления.It is proposed to use hydroxylamine nitrate as a reducing agent for plutonium ions, which decomposes under the action of nitric acid to gaseous nitrous oxide, NaO, and water and does not increase the amount of liquid radioactive waste. Hydroxylamine quite quickly reduces Pu (VI) even at room temperature (20-25 ° C) and at relatively high acidity (more than 1 M HNO 3 ), while the complete transition of plutonium to the trivalent state under these conditions proceeds much more slowly. The main feature of the recovery process according to the proposed method is that, unlike the prototype, it is not necessary to transfer all plutonium to the trivalent state, but rather to restore Pu (VI) to the lower valence forms Pu (IV) and Pu (III), which can significantly reduce recovery stage duration.

Окисление Pu(III) до Pu(IV) предлагается проводить либо путем подкисления раствора до концентрации HNO3 не менее 2,5 М (если кислотность раствора после стадии восстановления была меньше 2,5 М HNO3), либо путем нагревания раствора до температуры выше 20°С (если температура раствора после стадии восстановления была меньше 20°С), либо одновременно путем подкисления и нагревания раствора.It is proposed to oxidize Pu (III) to Pu (IV) either by acidifying the solution to a concentration of HNO 3 of at least 2.5 M (if the acidity of the solution after the reduction step was less than 2.5 M HNO 3 ), or by heating the solution to a temperature above 20 ° C (if the temperature of the solution after the reduction step was less than 20 ° C), or at the same time by acidification and heating of the solution.

Нижний предел концентрации HNO3 в этом варианте осуществления изобретения связан с особенностями поведения гидроксиламина в растворах азотной кислоты, обусловленными конкуренцией двух параллельно протекающих реакций гидроксиламина с азотной и азотистой кислотами. Верхний предел концентрации HNO3 связан с необходимостью обеспечить безопасное проведение процесса окисления (без пиковых выбросов газообразных продуктов).The lower limit of the concentration of HNO 3 in this embodiment of the invention is associated with the behavior of hydroxylamine in solutions of nitric acid, due to the competition of two parallel reactions of hydroxylamine with nitric and nitrous acids. The upper limit of the concentration of HNO 3 is associated with the need to ensure a safe oxidation process (without peak emissions of gaseous products).

Продолжительность процесса окисления (она снижается при увеличении концентрации азотной кислоты и температуры и при уменьшении концентрации гидроксиламина) определяется по изменению величины окислительно-восстановительного потенциала раствора, измеряемого относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Экспериментально установлено, что переход плутония в четырехвалентное состояние сопровождается увеличением окислительно-восстановительного потенциала раствора, измеряемого платиновым электродом относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Стабилизация плутония в четырехвалентном состоянии завершается после скачкообразного возрастания потенциала до значения, равного от +0,84 до +0,87 В (в зависимости от концентрации HNO3).The duration of the oxidation process (it decreases with increasing nitric acid concentration and temperature and with decreasing hydroxylamine concentration) is determined by the change in the redox potential of the solution, measured relative to the silver chloride reference electrode. It was experimentally established that the transition of plutonium to the tetravalent state is accompanied by an increase in the redox potential of the solution, as measured by a platinum electrode relative to the silver chloride reference electrode. The stabilization of plutonium in the tetravalent state is completed after an abrupt increase in the potential to a value equal to +0.84 to +0.87 V (depending on the concentration of HNO 3 ).

В приведенных ниже примерах 1, 2 и 3 описано осуществление предлагаемого способа стабилизации четырехвалентного плутония по первому варианту на установке, схема которой показана на фиг.1, гдеThe following examples 1, 2 and 3 describe the implementation of the proposed method for stabilization of tetravalent plutonium according to the first embodiment in an installation, the scheme of which is shown in figure 1, where

1 - реактор с рубашкой;1 - jacketed reactor;

2 - солевой мостик;2 - salt bridge;

3 - хлорсеребрянный электрод сравнения;3 - silver chloride reference electrode;

4 - измерительный электрод из платины;4 - measuring electrode made of platinum;

5 - потенциометр;5 - potentiometer;

6 - регистрирующий прибор.6 - recording device.

На фиг.2 - изменение величины окислительно-восстановительного потенциала раствора (Еов) при окислении Pu(III) в растворе 2,7 М HNO3, содержащем гидроксиламин.Figure 2 - change in the redox potential of the solution (E s ) during the oxidation of Pu (III) in a solution of 2.7 M HNO 3 containing hydroxylamine.

На фиг.3 - изменение величины окислительно-восстановительного потенциала раствора (Еов) при окислении Pu(IV) гидроксиламином в растворе 2,6 М HNO3.Figure 3 - change in the redox potential of the solution (E s ) during the oxidation of Pu (IV) with hydroxylamine in a solution of 2.6 M HNO 3 .

Пример 1. В раствор с концентрацией азотной кислоты 1 М, содержащий 0,023 М Pu(VI) и 0,10 М Pu(IV), вводится гидроксиламин до концентрации 0,2 М, раствор выдерживается при температуре 25°С в течение 30 мин. Затем в раствор помещается измерительный электрод из платины для измерения величины окислительно-восстановительного потенциала раствора (Еов) и раствор подкисляется до концентрации HNO3, равной 3 М. В процессе подкисления происходит скачок Еов до величины +0,846 В. Спектрофотометрический анализ полученного раствора указывает на отсутствие в растворе других валентных форм плутония, кроме плутония(IV).Example 1. In a solution with a concentration of nitric acid 1 M containing 0.023 M Pu (VI) and 0.10 M Pu (IV), hydroxylamine is introduced to a concentration of 0.2 M, the solution is aged at a temperature of 25 ° C for 30 minutes. Then, a measuring electrode of platinum is placed in the solution to measure the value of the redox potential of the solution (E s ) and the solution is acidified to a concentration of HNO 3 equal to 3 M. During acidification, a jump in E s occurs to a value of +0.846 V. Spectrophotometric analysis of the resulting solution indicates the absence of other valence forms of plutonium in the solution, except for plutonium (IV).

Пример 2. В раствор с концентрацией азотной кислоты 1 М, содержащий 0,020 М Pu(VI) и 0,084 М Pu(IV), вводится гидроксиламин до концентрации 0,1М, и раствор выдерживается при температуре 25°С в течение 35 мин. Затем в раствор помещается измерительный электрод из платины для непрерывной регистрации изменения величины окислительно-восстановительного потенциала раствора (Еов), и раствор подкисляется до концентрации HNO3, равной 2,7 М. Спустя 20 мин происходит скачок Еов до +0,844 В (фиг.2). Спектрофотометрический анализ полученного раствора указывает на присутствие плутония в растворе только в четырехвалентном состоянии.Example 2. In a solution with a concentration of nitric acid 1 M, containing 0.020 M Pu (VI) and 0.084 M Pu (IV), hydroxylamine is introduced to a concentration of 0.1 M, and the solution is kept at a temperature of 25 ° C for 35 minutes. Then, a measuring electrode made of platinum is placed in the solution to continuously record changes in the redox potential of the solution (E s ), and the solution is acidified to a concentration of HNO 3 equal to 2.7 M. After 20 minutes, a jump in E s to +0.844 V occurs (Fig. .2). Spectrophotometric analysis of the resulting solution indicates the presence of plutonium in the solution only in the tetravalent state.

Пример 3. В раствор с концентрацией азотной кислоты 2,5 М, содержащий 0,017 М Pu(VI) и 0,077 М Pu(IV), вводится гидроксиламин до концентрации 0,1 М, раствор выдерживается при температуре 25°С в течение 30 мин. Затем в раствор помещается измерительный электрод из платины, и раствор нагревается до температуры 40°С; одновременно производится непрерывная регистрация изменения величины окислительно-восстановительного потенциала раствора (Еов). Спустя 15 мин происходит скачок Еов до значения +0,845 В. Спектрофотометрический анализ полученного раствора указывает на отсутствие в растворе других валентных форм плутония, кроме плутония(IV).Example 3. In a solution with a concentration of nitric acid of 2.5 M, containing 0.017 M Pu (VI) and 0.077 M Pu (IV), hydroxylamine is introduced to a concentration of 0.1 M, the solution is maintained at a temperature of 25 ° C for 30 minutes. Then, a measuring electrode of platinum is placed in the solution, and the solution is heated to a temperature of 40 ° C; at the same time, continuous recording of changes in the value of the redox potential of the solution (E s ) is performed. After 15 min, a jump in E ov occurs to a value of +0.845 V. A spectrophotometric analysis of the resulting solution indicates the absence of other plutonium forms other than plutonium (IV) in the solution.

Во втором варианте заявляемого способа поставленная задача решается тем, что в известном способе стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии в водном азотнокислом растворе (включающем восстановление Pu(VI) и Pu(IV) до Pu(III) гидроксиламином и последующее окисление Pu(III) при температуре ~100°С) в растворе азотной кислоты, содержащем смесь валентных форм плутония Pu(VI), Pu(IV) и Pu(III), создается концентрация азотной кислоты от 2 до 4 М, в раствор вводится гидроксиламин и полученный раствор выдерживают при температуре от 20 до 40°С до скачкообразного возрастания окислительно-восстановительного потенциала раствора и увеличения его до значения от +0,84 до +0,87 В, измеряемого относительно хлорсеребряного электрода сравнения.In the second embodiment of the proposed method, the problem is solved in that in the known method for stabilizing plutonium in the tetravalent state in an aqueous nitric acid solution (including the reduction of Pu (VI) and Pu (IV) to Pu (III) with hydroxylamine and the subsequent oxidation of Pu (III) at a temperature ~ 100 ° C) in a solution of nitric acid containing a mixture of valence forms of plutonium Pu (VI), Pu (IV) and Pu (III), a concentration of nitric acid from 2 to 4 M is created, hydroxylamine is introduced into the solution and the resulting solution is kept at a temperature from 20 to 40 ° C to spasmodic in zrastaniya redox potential of the solution and increasing it to values from 0.84 to 0.87 V, measured against a silver-silver chloride reference electrode.

В частном случае осуществления второго варианта изобретения начальная концентрация гидроксиламина выбирается равной от 0,05 до 0,2 М, предпочтительно от 0,1 до 0,2 М.In the particular case of the second embodiment of the invention, the initial concentration of hydroxylamine is selected to be equal to from 0.05 to 0.2 M, preferably from 0.1 to 0.2 M.

Стабилизацию Pu(IV) при низкой кислотности (2 М HNO3) предпочтительно осуществлять при нагревании раствора до температуры 35-40°С и при концентрации гидроксиламина 0,05-0,1 М (в зависимости от концентрации плутония), а при высокой кислотности (4М HNO3) - при комнатной температуре и концентрации гидроксиламина 0,2 М.The stabilization of Pu (IV) at low acidity (2 M HNO 3 ) is preferably carried out by heating the solution to a temperature of 35-40 ° C and at a hydroxylamine concentration of 0.05-0.1 M (depending on the concentration of plutonium), and at high acidity (4M HNO 3 ) - at room temperature and a hydroxylamine concentration of 0.2 M.

В примерах 4, 5 и 6 описывается осуществление предлагаемого способа стабилизации четырехвалентного плутония по второму варианту на лабораторной установке, показанной на фиг.1.Examples 4, 5 and 6 describe the implementation of the proposed method for stabilization of tetravalent plutonium according to the second embodiment in the laboratory setup shown in figure 1.

Пример 4. В раствор с концентрацией азотной кислоты 2,6 М, содержащий 0,025 М Pu(VI) и 0,078 М Pu(IV) и имеющий температуру 25°С, помещается измерительный электрод из платины, вводится гидроксиламин до концентрации 0,1 М, и раствор нагревается до температуры 40°С с непрерывной записью изменения величины окислительно-восстановительного потенциала раствора (Еов). После скачка Еов до величины +0,856 В (фиг.3) производится запись спектра поглощения раствора, который указывает на отсутствие в растворе других валентных форм плутония, кроме плутония(IV).Example 4. In a solution with a concentration of nitric acid of 2.6 M, containing 0.025 M Pu (VI) and 0.078 M Pu (IV) and having a temperature of 25 ° C, a measuring electrode of platinum is placed, hydroxylamine is introduced to a concentration of 0.1 M, and the solution is heated to a temperature of 40 ° C with continuous recording of changes in the value of the redox potential of the solution (E s ). After the jump of E s to a value of +0.856 V (Fig. 3), the absorption spectrum of the solution is recorded, which indicates the absence of other valence forms of plutonium in the solution, except for plutonium (IV).

Пример 5. В раствор с концентрацией азотной кислоты 4,1 М, содержащий 0,016 М Pu(VI) и 0,050 М Pu(IV) и имеющий температуру 20°С, помещается измерительный электрод из платины и вводится гидроксиламин до концентрации 0,2 М. Через 48 мин происходит скачок Еов до величины +0,870 В. Спектр поглощения конечного раствора указывает на отсутствие в растворе других валентных форм плутония, кроме плутония(IV).Example 5. In a solution with a concentration of nitric acid of 4.1 M, containing 0.016 M Pu (VI) and 0.050 M Pu (IV) and having a temperature of 20 ° C, a measuring electrode of platinum is placed and hydroxylamine is introduced to a concentration of 0.2 M. After 48 min, a jump in Е s occurs to a value of +0.870 V. The absorption spectrum of the final solution indicates the absence in the solution of other valence forms of plutonium, except for plutonium (IV).

Пример 6. В раствор с концентрацией азотной кислоты 2 М, содержащий 0,024 М Pu(VI) и 0,044 М Pu(IV) и имеющий температуру 22°С, помещается измерительный электрод из платины и вводится гидроксиламин до концентрации 0,1 М. Через 16 минут происходит скачок Вов до величины +0,840 В. Спектр поглощения конечного раствора указывает на отсутствие в растворе других валентных форм плутония, кроме плутония(IV).Example 6. In a solution with a concentration of nitric acid 2 M, containing 0.024 M Pu (VI) and 0.044 M Pu (IV) and having a temperature of 22 ° C, a measuring electrode of platinum is placed and hydroxylamine is introduced to a concentration of 0.1 M. After 16 minutes, the World War II jumps up to +0.840 V. The absorption spectrum of the final solution indicates the absence in the solution of other valence forms of plutonium, except for plutonium (IV).

По сравнению с известными способами, в том числе с прототипом, предлагаемый способ позволяет проводить процесс стабилизации Pu(IV) в одну стадию в широком интервале кислотности раствора (от 2 до 4 М HNO3) при невысоких температурах (от 20 до 40°С) за короткое время (в оптимальных условиях за 20-30 мин). Плутоний (IV) в растворах, полученных по предлагаемому способу, устойчив при хранении и не изменяет своей валентности в течение, по меньшей мере, 15 дней при комнатной температуре.Compared with known methods, including the prototype, the proposed method allows the stabilization of Pu (IV) in one stage in a wide range of solution acidity (from 2 to 4 M HNO 3 ) at low temperatures (from 20 to 40 ° C) in a short time (in optimal conditions for 20-30 minutes). Plutonium (IV) in the solutions obtained by the proposed method is stable during storage and does not change its valency for at least 15 days at room temperature.

Claims (4)

1. Способ стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии в азотно-кислом растворе с использованием гидроксиламина, отличающийся тем, что в раствор с концентрацией азотной кислоты от 0,5 до 3 М, предпочтительно от 1 до 2,5 М, содержащий смесь валентных форм плутония Pu(VI) Pu(IV) и Pu(III), вводят гидроксиламин, раствор выдерживают при температуре от 20 до 40°С, предпочтительно от 25 до 35°С, в течение времени, необходимого для восстановления Pu(VI) до Pu(IV) и Pu(III), после чего концентрацию азотной кислоты доводят до 2,5-4М, предпочтительно от 2,5 до 3 М и выдерживают раствор при температуре от 20 до 40°С до скачкообразного возрастания окислительно-восстановительного потенциала раствора и увеличения его значения до +0,84÷+0,87 В, измеряемого относительно хлорсеребряного электрода сравнения.1. The method of stabilization of plutonium in the tetravalent state in a nitric acid solution using hydroxylamine, characterized in that in a solution with a concentration of nitric acid from 0.5 to 3 M, preferably from 1 to 2.5 M, containing a mixture of valence forms of plutonium Pu (VI) Pu (IV) and Pu (III), hydroxylamine is introduced, the solution is kept at a temperature of from 20 to 40 ° C, preferably from 25 to 35 ° C, for the time required to restore Pu (VI) to Pu (IV ) and Pu (III), after which the concentration of nitric acid is adjusted to 2.5-4 M, preferably from 2.5 to 3 M and maintained the solution at a temperature of from 20 to 40 ° C until an abrupt increase in the redox potential of the solution and increase in its value to + 0.84 ÷ + 0.87 V, measured relative to the silver chloride reference electrode. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальную концентрацию гидроксиламина выбирают равной от 0,02 до 0,2 М, предпочтительно от 0,05 до 0,2 М.2. The method according to claim 1, characterized in that the initial concentration of hydroxylamine is chosen equal to from 0.02 to 0.2 M, preferably from 0.05 to 0.2 M. 3. Способ стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии в азотно-кислом растворе с использованием гидроксиламина, отличающийся тем, что в растворе азотной кислоты, содержащем смесь валентных форм плутония Pu(VI), Pu(IV) и Pu(III), создают концентрацию азотной кислоты от 2 до 4М, в раствор вводят гидроксиламин и раствор выдерживают при температуре от 20 до 40°С до скачкообразного возрастания окислительно-восстановительного потенциала раствора и увеличения его значения до +0,84÷+0,87 В, измеряемого относительно хлорсеребряного электрода сравнения.3. A method for stabilizing plutonium in the tetravalent state in a nitric acid solution using hydroxylamine, characterized in that a concentration of nitric acid is created in a nitric acid solution containing a mixture of valence forms of plutonium Pu (VI), Pu (IV) and Pu (III) from 2 to 4 M, hydroxylamine is introduced into the solution and the solution is kept at a temperature of from 20 to 40 ° C until the redox potential of the solution jumps up and its value increases to + 0.84 ÷ + 0.87 V, measured relative to the silver chloride reference electrode. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что начальную концентрацию гидроксиламина выбирают равной 0,05 до 0,2 М, предпочтительно от 0,1 до 0,2 М.4. The method according to claim 3, characterized in that the initial concentration of hydroxylamine is chosen equal to 0.05 to 0.2 M, preferably from 0.1 to 0.2 M.
RU2004105552/15A 2004-02-24 2004-02-24 Tetravalent plutonium stabilization in nitric acid solutions RU2270172C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004105552/15A RU2270172C2 (en) 2004-02-24 2004-02-24 Tetravalent plutonium stabilization in nitric acid solutions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004105552/15A RU2270172C2 (en) 2004-02-24 2004-02-24 Tetravalent plutonium stabilization in nitric acid solutions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004105552A RU2004105552A (en) 2005-08-10
RU2270172C2 true RU2270172C2 (en) 2006-02-20

Family

ID=35844551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004105552/15A RU2270172C2 (en) 2004-02-24 2004-02-24 Tetravalent plutonium stabilization in nitric acid solutions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2270172C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449393C2 (en) * 2010-07-01 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" Method to separate uranium and plutonium in extraction technology of spent nuclear fuel recycling
RU2454740C1 (en) * 2010-12-23 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Method for neptunium removal during separation of long-living radionuclides
RU2642851C2 (en) * 2015-11-19 2018-01-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Method of extraction and separation of plutonium and neptunium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Плутоний: Справочник/ Под ред. О.Вика, М.: Атомиздат, 1971, т.1, с.340-351. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449393C2 (en) * 2010-07-01 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" Method to separate uranium and plutonium in extraction technology of spent nuclear fuel recycling
RU2454740C1 (en) * 2010-12-23 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Method for neptunium removal during separation of long-living radionuclides
RU2642851C2 (en) * 2015-11-19 2018-01-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Method of extraction and separation of plutonium and neptunium

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004105552A (en) 2005-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2270172C2 (en) Tetravalent plutonium stabilization in nitric acid solutions
Natarajan Reprocessing of spent fast reactor nuclear fuels
Musat et al. Pulse radiolysis study on the reactivity of NO 3˙ radical toward uranous (iv), hydrazinium nitrate and hydroxyl ammonium nitrate at room temperature and at 45° C
Koltunov et al. The reduction of plutonium and neptunium ions by acetaldoxime in nitric acid
US5609745A (en) Process for the electrochemical oxidation of Am(III) to Am(VI) usable for separating americium from spent nuclear fuel reprocessing solutions
US9837175B2 (en) Method for chemically stabilizing uranium carbide compounds, and device implementing the method
RU2221751C1 (en) Method of fixing plutonium in tetravalent state (options)
US4938895A (en) Process for removing radioactive ruthenium from aqueous solution
Spector et al. Thermite process for fixation of high-level radioactive wastes
RU2366012C2 (en) Method of irradiated nuclear fuel treatment
EP1454326A2 (en) Process for controlling valence states
Choppin et al. The Chemical Treatment of (U, Pu) C Dissolver Solutions as a Preliminary Step for the Purex Reprocessing
Flanary et al. Hot-cell studies of aqueous dissolution processes for irradiated carbide reactor fuels
Matteson et al. A study of the kinetics of the reduction of neptunium (VI) by acetohydroxamic acid in perchloric acid
Ji et al. Oxidation Mechanism of Tetravalent Uranium in Nitric Acid System Synthesized by Hydrogen Reduction Process
Chimesa et al. Nitrous acid-driven reduction of vanadium as a neptunium analogue
Mohanty et al. Role of Lattice Defects in the Annealing of Chemical Radiation Damage
Wada et al. Photochemical dissolution of UO2 powder in nitric acid solution at room temperature
JP2939110B2 (en) Method for co-extraction of neptunium and plutonium
Belova et al. Kinetics of oxidation of 30% TBP solutions in С13 diluent with nitric acid: Effect of temperature and γ-irradiation
Enokida et al. Reduction stripping of low-concentration Np (VI) loaded on 30% tri-n-butyl phosphate through laser-induced reactions
US2901313A (en) Separation of plutonium from water insoluble fluorides derived from nitrate solutions of plutonium, uranium and fission products
Kumar et al. Distribution of Pu (VI) from nitric acid to tri-n-butyl phosphate saturated with uranium (VI)
RU2400846C1 (en) Dissolution method of off-grade and/or spent fuel
RU2035773C1 (en) Method for dissolving fuel element cans made of zirconium-containing alloy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110225