RU2753358C2 - Method for regeneration of silver from actinoid-containing nitric-acid solution - Google Patents
Method for regeneration of silver from actinoid-containing nitric-acid solution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753358C2 RU2753358C2 RU2020103842A RU2020103842A RU2753358C2 RU 2753358 C2 RU2753358 C2 RU 2753358C2 RU 2020103842 A RU2020103842 A RU 2020103842A RU 2020103842 A RU2020103842 A RU 2020103842A RU 2753358 C2 RU2753358 C2 RU 2753358C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silver
- solution
- nitric acid
- concentration
- precipitate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G5/00—Compounds of silver
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B11/00—Obtaining noble metals
- C22B11/04—Obtaining noble metals by wet processes
- C22B11/042—Recovery of noble metals from waste materials
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Removal Of Specific Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в технологии производства уран-плутониевого топлива.The invention relates to the field of radiochemistry and can be used in the production technology of uranium-plutonium fuel.
Из современного уровня техники известны способы растворения диоксида плутония с использованием серебра, которые предполагают внесение в азотнокислый раствор серебра в виде солей, и не определяют способы последующего выведения растворенного серебра перед последующим выделением плутония из образующихся технологических продуктов.From the state of the art, methods for dissolving plutonium dioxide using silver are known, which involve the addition of silver in the nitric acid solution in the form of salts, and do not determine the methods for the subsequent removal of dissolved silver before the subsequent separation of plutonium from the resulting technological products.
Известен способ растворения диоксида плутония [Авторское свидетельство СССР №440879 от 10.11.78], который включает его обработку горячей азотной кислотой с концентрацией 4 моль/л в присутствии 0,01-0,02 моль/л катионов-катализаторов с высоким редокс-потенциалом, реокисляемых озоном, в том числе серебра (II).There is a known method of dissolving plutonium dioxide [USSR Author's certificate No. 440879 dated 10.11.78], which includes its treatment with hot nitric acid with a concentration of 4 mol / l in the presence of 0.01-0.02 mol / l of catalyst cations with a high redox potential reoxidized with ozone, including silver (II).
Известен способ растворения диоксида плутония, в котором окисление катиона-катализатора озоном заменено анодным окислением [Авторское свидетельство СССР №224129 от 03.07.1981].There is a known method of dissolving plutonium dioxide, in which the oxidation of the cation-catalyst with ozone is replaced by anodic oxidation [USSR author's certificate No. 224129 of 07/03/1981].
Известен способ электрохимического окислительного растворения диоксида плутония, в котором процесс проводят в азотной кислоте с электролитически генерируемым серебром (II) в качестве катиона-катализатора. [Г.П. Никитина, Ю.Е. Иванов, редокс-растворение диоксидов трансурановых и редкоземельных элементов // Труды Радиевого института им. В.Г. Хлопина, 2014. Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», ОАО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» т. XXVI. С. 61-84]. При концентрации серебра 10-100 ммоль/л и концентрации азотной кислоты 4 моль/л достигается полное растворение плутония. Совместно с плутонием в значительно меньших концентрациях в раствор переходит продукт распада его изотопов - америций. Для предотвращения процессов осадкообразования на экстракционном переделе является целесообразным поводить отделение серебра из полученных актиноидсодержащих продуктов до проведения операции экстракции. При содержании серебра 4-12 г/л, плутоний, являясь макрокомпонентом, присутствует в концентрации превышающей концентрацию серебра от 2 до 10 раз. При переработке бракованной продукции производства МОКС-топлива раствор также может содержать до 160 г/л урана. Таким образом, суммарная концентрация актиноидов в серебросодержащем растворе может изменяться в широком диапазоне и составлять 200 г/л и более. При этом содержание азотной кислоты превышает 190 г/л, а технологические особенности последующего экстракционного передела и возможность образования полимерных гидролизных форм плутония не допускают ее снижения менее 90 г/л. С учетом специфики актиноидсодержащих продуктов для регенерации серебра предполагается использование емкостного оборудования в ядерно-безопасном исполнении с минимизацией количества его единиц и операций. В этой связи оказывается целесообразным отказаться от применения фильтрующих устройств, насадочных колонн, а также центрифуг, и использовать на стадии отделения осадка металлического серебра только приемы декантации осветленного раствора. Кроме того, дополнительно к ограничениям по снижению концентрации азотной кислоты в серебросодержащем растворе, а также к аппаратурному оформлению процесса восстановления, возникает требование к размеру зерна осадка, определяющее необходимость получения крупнокристаллического осадка, обладающего также химической устойчивостью.A known method of electrochemical oxidative dissolution of plutonium dioxide, in which the process is carried out in nitric acid with electrolytically generated silver (II) as a catalyst cation. [G.P. Nikitina, Yu.E. Ivanov, Redox dissolution of dioxides of transuranic and rare-earth elements // Proceedings of the Radium Institute named after V.I. V.G. Khlopin, 2014. State Atomic Energy Corporation "Rosatom", JSC "Radium Institute named after V.G. Khlopin "volume XXVI. S. 61-84]. At a silver concentration of 10-100 mmol / l and a nitric acid concentration of 4 mol / l, complete dissolution of plutonium is achieved. Together with plutonium in much lower concentrations, the decay product of its isotopes, americium, passes into the solution. To prevent sedimentation processes at the extraction stage, it is advisable to separate the silver from the obtained actinide-containing products prior to the extraction operation. With a silver content of 4-12 g / l, plutonium, being a macrocomponent, is present in a concentration exceeding the concentration of silver from 2 to 10 times. When processing defective products produced by MOX fuel, the solution can also contain up to 160 g / l of uranium. Thus, the total concentration of actinides in a silver-containing solution can vary over a wide range and amount to 200 g / L or more. At the same time, the content of nitric acid exceeds 190 g / l, and the technological features of the subsequent extraction processing and the possibility of the formation of polymeric hydrolysis forms of plutonium do not allow its reduction to less than 90 g / l. Taking into account the specifics of actinide-containing products for silver regeneration, it is proposed to use nuclear-safe capacitive equipment with minimization of the number of its units and operations. In this regard, it turns out to be advisable to abandon the use of filtering devices, packed columns, as well as centrifuges, and to use only the methods of decantation of the clarified solution at the stage of separating the precipitate of metallic silver. In addition, in addition to the restrictions on reducing the concentration of nitric acid in the silver-containing solution, as well as to the instrumentation of the reduction process, there is a requirement for the grain size of the precipitate, which determines the need to obtain a coarse-crystalline precipitate that also has chemical resistance.
Известен способ электролитического селективного восстановления и рециклирования серебра из азотнокислых растворов, содержащих серебро в форме Ag (I) [US 6428679 B1 опубл. 06.08.2002], включающий последовательные стадии электроосаждения серебра в виде металла Ag (0), и повторного растворения осажденного Ag (0), с получением Ag (I), в котором указанная стадия электроосаждения проводится при предписанном токе, и указанные последовательные стадии электроосаждения серебра и повторного растворения проводят в одном аппарате. Аппарат представляет собой электролитический блок с одним корпусом, без отдельного отсека. Исходный раствор содержит Ag (I) в концентрации от 0,01 до 0,1 моль/л, азотную кислоту от 0,1 до 6 моль/л и антинитритный агент. В качестве антинитритного агента используют карбамид (мочевину) и насыщенную кислородом воду. Раствор содержит один или несколько элементов из ряда: уран, плутоний, америций, нептуний, кюрий. При этом концентрация каждого из радиоактивных элементов меньше или равна 100 мг/л. Растворение выделившегося на катоде серебра ведут раствором 4 моль/л азотной кислоты. Преимуществом способа является проведение процесса в одном аппарате, который заканчивается получением регенерата серебра. Недостатками способа являются: необходимость использования для высокоактивных растворов сложного электролитического оборудования в условиях дистанционно обслуживаемой зоны, значительное газоотделение при электролитическом процессе в результате окисления антинитритного агента, использование промывного раствора в объеме не менее полного объема аппарата, низкая производительность с учетом требований ядерной безопасности. Кроме этого, приведенные концентрации актиноидов демонстрируют эффективность процесса, только когда содержание серебра в растворе над суммой актиноидов является преобладающим.The known method of selective electrolytic reduction and recycling of silver from nitric acid solutions containing silver in the form of Ag (I) [US 6428679 B1 publ. 08/06/2002], including successive stages of electrodeposition of silver in the form of metal Ag (0), and redissolution of precipitated Ag (0), to obtain Ag (I), in which the specified stage of electrodeposition is carried out at a prescribed current, and the specified successive stages of silver electrodeposition and re-dissolution is carried out in one apparatus. The device is an electrolytic unit with one body, without a separate compartment. The initial solution contains Ag (I) at a concentration of 0.01 to 0.1 mol / l, nitric acid from 0.1 to 6 mol / l and an antinitrite agent. Urea (urea) and oxygenated water are used as antinitrite agent. The solution contains one or more elements from the series: uranium, plutonium, americium, neptunium, curium. In this case, the concentration of each of the radioactive elements is less than or equal to 100 mg / l. The dissolution of silver released at the cathode is carried out with a solution of 4 mol / l nitric acid. The advantage of the method is that the process is carried out in one apparatus, which ends with the production of silver regenerate. The disadvantages of this method are: the need to use complex electrolytic equipment for highly active solutions in a remotely serviced area, significant gas separation during the electrolytic process as a result of oxidation of the antinitrite agent, the use of a washing solution in a volume not less than the full volume of the apparatus, low productivity, taking into account the requirements of nuclear safety. In addition, the given concentrations of actinides demonstrate the efficiency of the process only when the silver content in the solution over the sum of actinides is predominant.
Также известен электролитический способ избирательного извлечения и рециркуляции серебра из раствора азотной кислоты [RU 2171318 С2, опубл. 27.07.2001], запатентованный теми же авторами в РФ, включающий электролитическое осаждение серебра в виде металлического серебра Ag(0) и последующее растворение осажденного серебра Ag(0) для получения раствора Ag(I), отличающийся тем, что электролитическое осаждение проводят при заданном значении тока, при этом электролитическое осаждение серебра и растворение осажденного серебра осуществляют в одном и том же устройстве. Способ обладает теми же недостатки и не демонстрирует работоспособность при регенерации серебра из концентрированных по плутонию растворов. Также как и в предыдущем способе не показана степень очистки регенерата серебра от содержащихся в исходном растворе продуктов коррозии.Also known is an electrolytic method for the selective extraction and recycling of silver from a nitric acid solution [RU 2171318 C2, publ. 07/27/2001], patented by the same authors in the Russian Federation, including the electrolytic deposition of silver in the form of metallic silver Ag (0) and the subsequent dissolution of the precipitated silver Ag (0) to obtain an Ag (I) solution, characterized in that the electrolytic deposition is carried out at a given current value, while the electrolytic deposition of silver and the dissolution of the deposited silver are carried out in the same device. The method has the same disadvantages and does not demonstrate efficiency in the regeneration of silver from plutonium-concentrated solutions. As in the previous method, the degree of purification of the regenerated silver from the corrosion products contained in the initial solution is not shown.
Известны конструкция аппарата и способ для растворения опасных отходов электрохимическим методом в присутствии катализатора [WO 1989010981 А1, опубл. 16.11.98]. Устройство предполагает растворение диоксида плутония путем его обработки азотнокислыми растворами в катализируемом процессе электрохимического растворения, а также выделения серебра из полученного азотнокислого раствора плутония. Устройство включает: анодное отделение, содержащее электропроводящий анод; катодный отсек, содержащий электропроводящий катод; пористый барьер, отделяющий анодный отсек от катодного отсека; и охлаждающее средство для поддержания католита при более низкой температуре, чем температура анолита, во время растворения отходов в устройстве. Катализируемый процесс электрохимического растворения диоксида плутония проводят в анодном отсеке. В анодный отсек подают отходы, содержащие диоксид плутония, азотную кислоту и катализатор. В катодный отсек подают азотную кислоту. От источника постоянного тока к аноду и катоду накладывают потенциал. В процессе растворения проводят охлаждение, как анода, так и катода. В качестве катализатора используют серебро. Способ также включает регенерацию серебра. По завершении процесса электрохимического растворения плутония для восстановления серебра из полученного азотнокислого раствора проводят изменение полярности электродов. Для предотвращения образования NO в процессе отделения серебра на аноде (который после изменения полярности становится катодом) добавляют к раствору антинитритный агент. В качестве антинитритного агента используют мочевину или гидразин. Процесс растворения диоксида плутония и выделение серебра проводят в одном аппарате. Недостатками способа являются: снижение производительности аппарата по растворенному диоксиду плутония, поскольку требуется дополнительное время на регенерацию серебра, которая проводится в этом же аппарате. Кроме этого, возможно загрязнение регенерата серебра продуктами коррозии, которые выделяются на электроде в процессе восстановления совместно с серебром, а также их циклическое накопление при многократном использовании регенерата серебра в процессе растворения.Known design of the apparatus and method for dissolving hazardous waste by electrochemical method in the presence of a catalyst [WO 1989010981 A1, publ. 11/16/98]. The device assumes dissolution of plutonium dioxide by processing it with nitric acid solutions in a catalyzed process of electrochemical dissolution, as well as separating silver from the obtained nitric acid solution of plutonium. The device includes: an anode compartment containing an electrically conductive anode; a cathode compartment containing an electrically conductive cathode; a porous barrier separating the anode compartment from the cathode compartment; and a refrigerant for keeping the catholyte at a temperature lower than that of the anolyte while dissolving the waste in the device. The catalyzed process of electrochemical dissolution of plutonium dioxide is carried out in the anode compartment. Waste containing plutonium dioxide, nitric acid and catalyst is fed into the anode compartment. Nitric acid is fed into the cathode compartment. A potential is applied from the DC source to the anode and cathode. In the process of dissolution, both the anode and the cathode are cooled. Silver is used as a catalyst. The method also includes silver recovery. Upon completion of the process of electrochemical dissolution of plutonium, for the reduction of silver from the obtained nitric acid solution, the polarity of the electrodes is changed. To prevent the formation of NO during the separation of silver at the anode (which becomes the cathode after polarity change), an antinitrite agent is added to the solution. Urea or hydrazine is used as the antinitrite agent. The dissolution of plutonium dioxide and the separation of silver are carried out in one apparatus. The disadvantages of this method are: a decrease in the productivity of the apparatus for dissolved plutonium dioxide, since additional time is required for the regeneration of silver, which is carried out in the same apparatus. In addition, contamination of the silver regenerate with corrosion products that are released on the electrode during the reduction process together with silver is possible, as well as their cyclic accumulation during repeated use of the silver regenerate during the dissolution process.
Известен способ переработки азотнокислого актиноидсодержащего раствора [RU 2657272 С1, опубл. 09.06.2018], 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. Стоит отметить, что неоспоримым преимуществом способа является выделение серебра из концентрированных по плутонию продуктов. Недостатками способа являются: существенное увеличение объема исходного раствора (при кратности разбавления 12-42), вызванное необходимостью сначала снизить содержание азотной кислоты до 0,4-07 моль/л (путем разбавления), а затем, после отделения серебра довести концентрацию кислоты до 6-8 моль/л, необходимость использования фильтрующих устройств, введение существенного избытка дигидразида угольной кислоты (карбогидразида).A known method of processing nitrate actinide-containing solution [RU 2657272 C1, publ. 06/09/2018], including the purification of the initial nitric acid actinide-containing solution from silver by reduction in a solution of silver to metal in the form of a precipitate with carbonic acid dihydrazide, separation of the resulting precipitate from the clarified solution, quantitative decomposition of the reducing agent in the clarified solution and sorption separation of actinides from the clarified solution, which differs in that that the recovery of silver from a solution with carbonic acid dihydrazide is carried out at a nitric acid concentration of 0.4-0.7 mol / l and a temperature of 81-92 ° C, while the clarified solution is corrected with nitric acid to a concentration of 6-8 mol / l and heated to temperature 93-98 ° C. It should be noted that the indisputable advantage of the method is the separation of silver from products concentrated in plutonium. The disadvantages of this method are: a significant increase in the volume of the original solution (with a dilution factor of 12-42), caused by the need to first reduce the nitric acid content to 0.4-07 mol / l (by dilution), and then, after separating silver, bring the acid concentration to 6 -8 mol / l, the need to use filtering devices, the introduction of a significant excess of carbonic acid dihydrazide (carbohydrazide).
Известен способ восстановления серебра из продуктов электролитического растворения диоксида плутония CEPOD-процесса [Итоговый отчет: извлечение серебра из CEPOD1-анолита (1 CEPOD - электрохимическое растворение оксида плутония в присутствии катализаторов) Д.Л. Бланшар, Дж.Э. Сурма и др. Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория Ричланд, шт. Вашингтон 99352 (Final Report: Recovery of Silver from CEPOD Anolyte Solutions) Prepared for the U.S. Departmend of Energy under Contract DE-AC06-76RLO]. В аналит после CEPOD-процесса с концентрацией азотной кислоты 4 моль/л и 0,1 моль/л серебра вводят антинитритный агент, разбавляют до концентрации азотной кислоты 3 моль/л и перемешивают барботажным воздухом в течение 10 минут. Далее, из разбавленного до концентрации 2 моль/л раствора азотной кислоты ведут восстановление аскорбиновой кислотой при ее концентрации в растворе 0,05 моль/л. В качестве антинитритного агента используют гидросиламин или сульфаминовую кислоту при концентрации их в растворе 0,05 моль/л. Перемешивание ведут барботажным воздухом в течение 60 минут. Осадок металлического серебра отделяют фильтрованием. Содержащий плутоний раствор с концентрацией азотной кислоты 2 моль/л передают на дальнейшую переработку. Способ позволяет проводить химическое восстановление серебра до металла из умеренно кислых сред. Недостатками способа являются: необходимость более чем двукратного разбавления исходного раствора для достижения кислотности раствора, при котором возможен процесс восстановления серебра, необходимость использования фильтрующих устройств по причине тонкодисперсного осадка металлического серебра, а также увеличение объема промывных растворов, требуемого для регенерации фильтра. Кроме этого, отсутствуют результаты восстановления серебра из растворов с высоким (более 50 г/л) суммарным содержанием актиноидов. При этом заявленное количество антинитритного агента (0,05 моль/л) и аскорбиновой кислоты (0,05 моль/л) является недостаточным при наличии в растворе элементов переменной валентности, в том числе плутония в шестивалентной форме. Способ также не учитывает влияния на антинитритный агент и аскорбиновую кислоту остаточных количеств генерируемых в электролитическом процессе растворения диоксида плутония других сильных окислителей, таких как двухвалентное серебро, а также пяти- и шестивалентный америций.A known method for the recovery of silver from the products of electrolytic dissolution of plutonium dioxide CEPOD-process [Final report: the extraction of silver from CEPOD 1 -anolyte ( 1 CEPOD - electrochemical dissolution of plutonium oxide in the presence of catalysts) D.L. Blanchard, J.E. Surma et al. Pacific Northwest National Laboratory Richland, pc. Washington 99352 (Final Report: Recovery of Silver from CEPOD Anolyte Solutions) Prepared for the US Departmend of Energy under Contract DE-AC06-76RLO]. An antinitrite agent is introduced into the analyte after the CEPOD process with a nitric acid concentration of 4 mol / L and 0.1 mol / L silver, diluted to a nitric acid concentration of 3 mol / L, and stirred with bubbling air for 10 minutes. Further, from a nitric acid solution diluted to a concentration of 2 mol / l, reduction is carried out with ascorbic acid at its concentration in the solution of 0.05 mol / l. Hydrosylamine or sulfamic acid is used as an antinitrite agent at a concentration of 0.05 mol / l in a solution. Stirring is carried out with bubbling air for 60 minutes. The precipitate of metallic silver is separated by filtration. The plutonium-containing solution with a nitric acid concentration of 2 mol / l is transferred for further processing. The method allows the chemical reduction of silver to metal from moderately acidic media. The disadvantages of this method are: the need for more than two-fold dilution of the initial solution to achieve the acidity of the solution, in which the process of silver recovery is possible, the need to use filtering devices due to the fine precipitate of metallic silver, as well as an increase in the volume of washing solutions required for filter regeneration. In addition, there are no results of silver recovery from solutions with a high (more than 50 g / L) total actinide content. At the same time, the declared amount of antinitrite agent (0.05 mol / l) and ascorbic acid (0.05 mol / l) is insufficient in the presence of variable valence elements in the solution, including plutonium in hexavalent form. The method also does not take into account the effect on the antinitrite agent and ascorbic acid of the residual amounts generated in the electrolytic dissolution of plutonium dioxide of other strong oxidants, such as bivalent silver, as well as pentavalent and hexavalent americium.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ извлечения серебра из актиноидсодержащих растворов (варианты) [RU 2618874 С1, опубл. 11.05.2017], принятый за прототип, включающий нейтрализацию раствора, восстановление серебра до металла, отделение и растворение серебра в азотной кислоте. В первом варианте способ-прототип отличается тем, что проводят нейтрализацию серебросодержащего раствора несолеобразующим нейтрализующим агентом: гидразин-гидратом или аминоуксусной кислотой до рН 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. Во втором варианте способ-прототип отличается тем, что проводят нейтрализацию серебросодержащего раствора несолеобразующим нейтрализующим агентом: гидразин-гидратом или аминоуксусной кислотой до рН 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 зерен металлического серебра на развитой поверхности твердой фазы коллектора при пропускании серебросодержащего раствора с карбогидразидом через зернистый слой насадки в аппарате колонного типа при температуре 50-80°C с последующим растворением выделенного серебра в азотной кислоте. Недостатками способа является: значительное количество требуемого для нейтрализации несолеобразующего агента, относительно небольшой размер зерна осадка (8-40 мкм), необходимость «глубокой» нейтрализации серебросодержащего раствора, необходимость нагрева реакционного объема и использования дополнительно к декантации осветления раствора на фильтрующей перегородке (в варианте 1). Кроме этого способ не предполагает регенерацию серебра из концентрированных по плутонию азотнокислых растворов.Closest to the claimed technical solution is a method for extracting silver from actinide-containing solutions (options) [RU 2618874 C1, publ. 05/11/2017], taken as a prototype, including solution neutralization, silver reduction to metal, separation and dissolution of silver in nitric acid. In the first embodiment, the prototype method is characterized in that the silver-containing solution is neutralized with a non-salt-forming neutralizing agent: hydrazine hydrate or aminoacetic acid to pH 0.8-1.0, aminoacetic acid is added as a complexing agent to ensure the pH of the solution is in the range of 1.0- 2.5, carbohydrazide is introduced as a reducing agent, silver is separated into sedimented solid-phase forms in the volume of solution by increasing the temperature of the reaction medium to 50-80 ° C, followed by dissolving the separated silver in nitric acid. In the second version, the prototype method differs in that the silver-containing solution is neutralized with a non-salt-forming neutralizing agent: hydrazine hydrate or aminoacetic acid to pH 0.8-1.0, aminoacetic acid is added as a complexing agent to ensure the pH of the solution is in the range of 1.0- 2.5, add carbohydrazide as a reducing agent, carry out the isolation of grains of metallic silver on the developed surface of the solid phase of the collector by passing a silver-containing solution with carbohydrazide through a granular packing layer in a column-type apparatus at a temperature of 50-80 ° C, followed by dissolving the separated silver in nitric acid ... The disadvantages of this method are: a significant amount of a non-salt-forming agent required for neutralization, a relatively small grain size of the sediment (8-40 microns), the need for "deep" neutralization of the silver-containing solution, the need to heat the reaction volume and use, in addition to decantation, clarification of the solution on the filtering partition (in option 1 ). In addition, the method does not imply the recovery of silver from plutonium-concentrated nitric acid solutions.
Задачей изобретения является регенерация серебра из актиноидсодержащих растворов с высоким содержанием азотной кислоты путем его восстановления с получением компактного осадка металлического серебра, обеспечивающего отделение без использования специальных устройств (фильтров, насадочных колонн, центрифуг и т.п.), и последующее растворение в минимальном объеме азотной кислоты.The objective of the invention is the regeneration of silver from actinide-containing solutions with a high content of nitric acid by its reduction to obtain a compact precipitate of metallic silver, which provides separation without the use of special devices (filters, packed columns, centrifuges, etc.), and subsequent dissolution in a minimum volume of nitric acid.
Задача решается тем, что в способе регенерации серебра из актиноидсодержащего азотнокислого раствора, включающий внесение восстановительных агентов, нейтрализацию раствора, восстановление серебра до металла, разделение суспензии, промывку осадка и его растворение, в актиноидсодержащий азотнокислый раствор с концентрацией азотной кислоты 190-380 г/л вносят восстановительные агенты - карбогидразид и аскорбиновую кислоту, при этом мольное соотношение карбогидразида и аскорбиновой кислоты к содержащемуся в растворе серебру составляет (2,2÷6,1):1 и (0,9÷2,0):1 соответственно, восстановление ведут в процессе нейтрализации при температуре 15-25°С 8-15 моль/л раствором гидроксида щелочного металла, который дозируют со скоростью 2-20 об.%/мин до остаточной концентрации азотной кислоты в растворе 130-224 г/л, по окончании процесса нейтрализации полученную суспензию перемешивают в течение 10-30 минут, а затем в донной части аппарата-осадителя проводят седиментацию осадка металлического серебра в течение 60-360 минут, декантируют 90-92% объема раствора, после чего промывают и растворяют осадок в азотной кислоте с получением азотнокислого раствора регенерата серебра.The problem is solved by the fact that in the method of regenerating silver from an actinide-containing nitric acid solution, including the introduction of reducing agents, neutralizing the solution, reducing silver to metal, separating the suspension, washing the precipitate and dissolving it, into an actinide-containing nitric acid solution with a nitric acid concentration of 190-380 g / l reducing agents are introduced - carbohydrazide and ascorbic acid, while the molar ratio of carbohydrazide and ascorbic acid to the silver contained in the solution is (2.2 ÷ 6.1): 1 and (0.9 ÷ 2.0): 1, respectively, the reduction is carried out in the process of neutralization at a temperature of 15-25 ° C 8-15 mol / l with an alkali metal hydroxide solution, which is dosed at a rate of 2-20 vol% / min to a residual concentration of nitric acid in the solution of 130-224 g / l, at the end of the process neutralization, the resulting suspension is stirred for 10-30 minutes, and then in the bottom of the precipitation apparatus sedimentation of the precipitate of metallic silver is carried out into for 60-360 minutes, decant 90-92% of the solution volume, then wash and dissolve the precipitate in nitric acid to obtain a nitric acid solution of silver regenerate.
Сущность изобретения заключается в обеспечении активационного эффекта при нейтрализации азотной кислоты на формирование центров кристаллизации в объеме серебросодержащего раствора, сопровождающееся гомогенным зародышеобразованием твердой фазы с отделением на формирующихся центрах кристаллизации основного количества металлического серебра.The essence of the invention is to provide an activation effect during neutralization of nitric acid on the formation of crystallization centers in the volume of a silver-containing solution, accompanied by homogeneous nucleation of a solid phase with separation of the main amount of metallic silver on the forming centers of crystallization.
Основным фактором, влияющим на запуск процесса образования твердой фазы, является достижение в локальном объеме условий, достаточных для инициирования восстановительного процесса с участием аскорбиновой кислоты и карбогидразида. Формирование центров кристаллизации металлического серебра происходит в результате кратковременного снижения концентрации азотной кислоты и выделения тепловой энергии в зоне контакта (на «зеркале» серебросодержащего раствора).The main factor affecting the start of the solid phase formation process is the achievement in the local volume of conditions sufficient to initiate the reduction process with the participation of ascorbic acid and carbohydrazide. The formation of crystallization centers of metallic silver occurs as a result of a short-term decrease in the concentration of nitric acid and the release of thermal energy in the contact zone (on the "mirror" of the silver-containing solution).
Первоочередное введение в серебросодержащий раствор восстановителей, с учетом термодинамических особенностей процесса, переводит систему в метастабильное состояние. На момент введения восстановителей при концентрации азотной кислоты 190-380 г/л и температуре менее 25°С карбогидразид и аскорбиновая кислота не оказывают существенного влияния на стабильность раствора и не восстанавливают ионные формы серебра. Содержащаяся в серебросодержащем растворе азотная кислота в концентрации более 190 г/л снижает скорость протекания прямой реакции. Интенсивность восстановительного процесса оказывается столь малой, что даже через 3 часа после введения карбогидразида и аскорбиновой кислоты не наблюдается значимого изменение мутности раствора.The primary introduction of reducing agents into the silver-containing solution, taking into account the thermodynamic features of the process, transfers the system to a metastable state. At the time of the introduction of reducing agents at a nitric acid concentration of 190-380 g / l and a temperature of less than 25 ° C, carbohydrazide and ascorbic acid do not significantly affect the stability of the solution and do not reduce the ionic forms of silver. The nitric acid contained in the silver-containing solution at a concentration of more than 190 g / l reduces the rate of the direct reaction. The intensity of the reduction process is so low that even 3 hours after the introduction of carbohydrazide and ascorbic acid, no significant change in the turbidity of the solution is observed.
Дозирование в реакционный объем раствора гидроксида щелочного металла вне зависимости от интенсивности перемешивания не приводит к моментальному распределению вносимого реагента в объеме серебросодержащего раствора, а формирует градиент концентрационного распределения от точки ввода реагента с максимальным значением концентрации в точке ввода. До полного усреднения нейтрализующего раствора в реакционном объеме требуется определенный период времени, длительность которого зависит от геометрических параметров аппарата и способа перемешивания. Постоянное перемешивание реакционного объема с течением времени приводит к постепенному выравниванию концентрационного и температурного профилей системы. Вместе с этим, риск формирования полимерных форм гидроксида плутония (IV) в результате локальных изменений содержания азотной кислоты минимизирован благодаря тому, что плутоний переходит в трехвалентное состояние в процессе первоочередного ввода восстановителей перед нейтрализацией.Dosing into the reaction volume of an alkali metal hydroxide solution, regardless of the intensity of stirring, does not lead to an instant distribution of the introduced reagent in the volume of the silver-containing solution, but forms a concentration distribution gradient from the reagent injection point with the maximum concentration value at the injection point. Before complete averaging of the neutralizing solution in the reaction volume, a certain period of time is required, the duration of which depends on the geometric parameters of the apparatus and the mixing method. Constant stirring of the reaction volume over time leads to a gradual alignment of the concentration and temperature profiles of the system. At the same time, the risk of the formation of polymeric forms of plutonium (IV) hydroxide as a result of local changes in the content of nitric acid is minimized due to the fact that plutonium passes into the trivalent state during the primary introduction of reducing agents before neutralization.
Взаимодействие вносимой щелочи с азотной кислотой, присутствующей в серебросодержащем растворе, начинается непосредственно в зоне контакта реагентов. Возникающая в локальном объеме область повышенной концентрации гидроксида щелочного металла в коротком временном интервале приводит к более «глубокой», по сравнению с остальным объемом раствора, нейтрализации и незначительному нагреву от экзотермического эффекта реакции. Оказываемого воздействия от нейтрализации азотной кислоты оказывается вполне достаточно для изменения термодинамического состояния системы, что приводит к активации восстановительного процесса. Длительность временного интервала, в течение которого возникают концентрационные изменения в локальном объеме, может регулироваться скоростью подачи раствора гидроксида щелочного металла и интенсивностью перешивания среды с помощью ротационных (пульсационных, барботажных или иных) устройств. Для инициирования образования твердой фазы достаточно снизить концентрацию азотной кислоты на 60 г/л, что сокращает количество вводимого нейтрализующего агента, которое могло быть использовано, если бы нейтрализацию проводили до введения восстановителей в серебросодержащий раствор. При этом нейтрализацию ведут до остаточного содержания азотной кислоты не менее 130 г/л. Однако при содержании азотной кислоты в исходном серебросодержащем растворе более 320 г/л, нейтрализацию возможно проводить вплоть до значения 224 г/л, в результате чего концентрация азотной кислоты снижается на 96-156 г/л.The interaction of the introduced alkali with nitric acid present in the silver-containing solution begins directly in the contact zone of the reagents. The area of increased concentration of alkali metal hydroxide arising in the local volume in a short time interval leads to deeper, in comparison with the rest of the solution volume, neutralization and insignificant heating from the exothermic effect of the reaction. The effect exerted by the neutralization of nitric acid is quite sufficient to change the thermodynamic state of the system, which leads to the activation of the reduction process. The duration of the time interval during which concentration changes occur in the local volume can be regulated by the rate of supply of the alkali metal hydroxide solution and the intensity of mixing of the medium using rotary (pulsating, bubbling, or other) devices. To initiate the formation of a solid phase, it is sufficient to reduce the concentration of nitric acid by 60 g / L, which reduces the amount of the added neutralizing agent that could be used if neutralization was carried out before the introduction of reducing agents into the silver-containing solution. In this case, neutralization is carried out to a residual content of nitric acid of at least 130 g / l. However, when the content of nitric acid in the original silver-containing solution is more than 320 g / L, neutralization can be carried out up to a value of 224 g / L, as a result of which the concentration of nitric acid decreases by 96-156 g / L.
В силу того, что восстановительные агенты уже находятся в серебросодержащем растворе, диффузное торможение практически не оказывает существенного влияния на протекание восстановительного процесса. Восстановление серебра происходит с высокой скоростью. Получаемое таким образом снижение потенциального барьера переводит систему в равновесное состояние и сопровождается лавинообразным выделением твердой фазы металлического серебра. Через 4 минуты от момента полного введения расчетного количества раствора щелочи остаточное количество серебра в растворе не превышает 1,06% от исходного количества, через 12 минут - 0,21%. Вместе с этим полностью отсутствуют признаки эффекта «серебряного зеркала» в виде отложений на конструкционном материале аппарата. Образующиеся зерна металлического серебра представляют собой агломераты с преобладающим размером 100-150 мкм. При отстаивании суспензии выделившаяся твердая фаза в течение 35-50 минут полностью седиментируется в донной части аппарата в виде плотного осадка, составляющего 0,6-1,2% от исходного объема серебросодержащего раствора.Due to the fact that the reducing agents are already in the silver-containing solution, diffuse inhibition has practically no significant effect on the course of the reduction process. Silver recovery occurs at a high rate. The resulting decrease in the potential barrier transfers the system to an equilibrium state and is accompanied by an avalanche-like precipitation of a solid phase of metallic silver. After 4 minutes from the moment of complete introduction of the calculated amount of alkali solution, the residual amount of silver in the solution does not exceed 1.06% of the initial amount, after 12 minutes - 0.21%. At the same time, there are no signs of the "silver mirror" effect in the form of deposits on the structural material of the apparatus. The resulting grains of metallic silver are agglomerates with a predominant size of 100-150 microns. When the suspension settles, the separated solid phase within 35-50 minutes is completely sedimented in the bottom of the apparatus in the form of a dense sediment, amounting to 0.6-1.2% of the initial volume of the silver-containing solution.
В частном случае дополнительное введение в восстановительную систему в качестве модификатора аминоуксусной кислоты, до получения ее мольного избытка по отношению к серебру (1,1÷2,2):1, незначительно снижает скорость созревания осадка. Через 4 минуты от момента полного введения расчетного количества раствора щелочи остаточное количество серебра в растворе не превышает 4,30% от исходного количества, через 12 минут - 1,3%, через 30 мин - 0,8%. Ведение аминоуксусной кислоты направлено на получение крупнокристаллического осадка. Так, введение аминоуксусной кислоты в концентрации 2,0-7,5 г/л позволяет увеличить преобладающей размер зерна до 150-400 мкм. При этом продолжительность полного осаждения при отстаивании суспензии сокращается до 15-35 минут.In a particular case, additional introduction of aminoacetic acid as a modifier into the reduction system, until its molar excess in relation to silver (1.1 ÷ 2.2): 1 is obtained, slightly reduces the rate of sediment maturation. After 4 minutes from the moment of complete introduction of the calculated amount of the alkali solution, the residual amount of silver in the solution does not exceed 4.30% of the initial amount, after 12 minutes - 1.3%, after 30 minutes - 0.8%. The maintenance of aminoacetic acid is aimed at obtaining a coarse crystalline precipitate. Thus, the introduction of aminoacetic acid at a concentration of 2.0-7.5 g / l allows the predominant grain size to be increased to 150-400 microns. In this case, the duration of complete sedimentation during settling of the suspension is reduced to 15-35 minutes.
Система из двух разнотипных восстановителей дает возможность использовать их индивидуальные свойства, что, благодаря варьированию мольного соотношения аскорбиновой кислоты и карбогидразида в диапазоне (0,2÷1,2):1, позволяет получить крупнодисперсный осадок с высокой однородностью частиц. При этом мольное отношение к содержащемуся в растворе серебру каждого из них составляет (0,9÷2,0):1 и (2,2÷6,1):1 соответственно. В силу кинетических особенностей образование центров кристаллизации в начальный момент времени обусловлено в большей степени действием карбогидразида, чувствительность к концентрации азотной кислоты и температурному фактору которого выше, что и наблюдается в пиковый момент локального снижения концентрации азотной кислоты и кратковременного повышения температуры. Дальнейшее выделение металлического серебра на центрах кристаллизации, сопровождающееся увеличением их размера, достигается преимущественно действием аскорбиновой кислоты, поскольку восстановление серебра аскорбиновой кислотой протекает по механизму гетерогенного зародышеобразования и тяготеет к выделению твердой фазы на уже существующей поверхности. Эта стадия восстановительного процесса в меньшей степени подвержена влиянию содержания азотной кислоты и в момент выравнивания ее концентрации при перемешивании реакционного объема протекает достаточно активно даже при высокой кислотности раствора в отсутствии дополнительного нагрева. Восстановительная способность карбогидразида при этом снижается, но сохраняется его антинитритное действие. При используемой концентрации карбогидразида 15,7-33,5 г/л эффективно подавляется реакция растворения образовавшегося осадка. Введение аминоуксусной кислоты, также обладающей антинитритными свойствами, позволяет снизить концентрацию карбогидразида до 5,9-6,2 г/л и/или аскорбиновой кислоты до 5,9-8,0 г/л с достижением того же результата.A system of two different types of reducing agents makes it possible to use their individual properties, which, due to the variation in the molar ratio of ascorbic acid and carbohydrazide in the range (0.2 ÷ 1.2): 1, makes it possible to obtain a coarse sediment with high particle homogeneity. In this case, the molar ratio to the silver contained in the solution of each of them is (0.9 ÷ 2.0): 1 and (2.2 ÷ 6.1): 1, respectively. Due to the kinetic features, the formation of crystallization centers at the initial moment of time is largely due to the action of carbohydrazide, the sensitivity to the concentration of nitric acid and the temperature factor of which is higher, which is observed at the peak moment of a local decrease in the concentration of nitric acid and a short-term increase in temperature. Further precipitation of metallic silver at crystallization centers, accompanied by an increase in their size, is achieved mainly by the action of ascorbic acid, since the reduction of silver with ascorbic acid proceeds by the mechanism of heterogeneous nucleation and tends to precipitate a solid phase on an already existing surface. This stage of the reduction process is less influenced by the content of nitric acid and at the moment of equalization of its concentration with stirring of the reaction volume proceeds quite actively even at high acidity of the solution in the absence of additional heating. At the same time, the reducing ability of carbohydrazide decreases, but its antinitrite effect remains. At the used concentration of carbohydrazide 15.7-33.5 g / l, the reaction of dissolution of the formed precipitate is effectively suppressed. The introduction of aminoacetic acid, which also has antinitrite properties, makes it possible to reduce the concentration of carbohydrazide to 5.9-6.2 g / l and / or ascorbic acid to 5.9-8.0 g / l, with the same result being achieved.
В частном случае с целью минимизации количества вводимых восстановителей в качестве антинитритного агента используют нитрат гидразина, который добавляют в актиноидсодержащий азотнокислый раствор перед внесением восстановительных агентов до концентрации в реакционном объеме 2-15 г/л.In a particular case, in order to minimize the amount of introduced reducing agents, hydrazine nitrate is used as an antinitrite agent, which is added to an actinide-containing nitric acid solution before adding reducing agents to a concentration in the reaction volume of 2-15 g / l.
Поскольку действие карбогидразида в первую очередь вызывает восстановление плутония до трехвалентного состояния, количество вносимого в серебросодержащий раствор карбогидразида выбирают таким образом, чтобы мольный избыток карбогидразида к плутонию составлял (2,9÷3,2):1. При этом для полноценного перевода плутония (из различных валентных форм) в трехвалентное состояние вполне достаточным оказывается соотношение 1:1, что составляет в среднем одну треть от всего количества вводимого карбогидразида. Две трети от всего количества вводимого карбогидразида обеспечивает восстановление серебра до металла и гарантированное присутствие антинитритного агента на момент окончания процесса. С целью достижения полноты перевода плутония в трехвалентное состояние, а также обеспечения избытка восстановителя, необходимого для гомогенного зародешеобразования металлического серебра, в частном случае проводят предварительную стабилизацию плутония в четырехвалентном состоянии. Для этого до внесения восстановительных агентов и нитрата гидразина в серебросодержащий раствор добавляют пероксид водорода до концентрации 2-11 г/л, реакционный объем нагревают до 60°С и выдерживают при этой температуре 30 минут. Кроме этого, введение нитрата гидразина, пероксида водорода, и аминоуксусной кислоты в серебросодержащий раствор до восстановительных агентов обеспечивает восстановление остаточного количества двухвалентного серебра, присутствующего в растворе в случае, если для регенерации серебра используется только что полученный после электролитического растворения продукт.Since the action of carbohydrazide primarily causes the reduction of plutonium to the trivalent state, the amount of carbohydrazide introduced into the silver-containing solution is chosen so that the molar excess of carbohydrazide to plutonium is (2.9 ÷ 3.2): 1. At the same time, for the full conversion of plutonium (from various valence forms) to the trivalent state, a 1: 1 ratio is quite sufficient, which is, on average, one third of the total amount of added carbohydrazide. Two thirds of the total amount of added carbohydrazide ensures the reduction of silver to metal and the guaranteed presence of an antinitrite agent at the end of the process. In order to achieve the completeness of the transfer of plutonium to the trivalent state, as well as to provide an excess of the reducing agent necessary for the homogeneous nucleation of metallic silver, in a particular case, preliminary stabilization of plutonium in the tetravalent state is carried out. For this, before adding the reducing agents and hydrazine nitrate, hydrogen peroxide is added to the silver-containing solution to a concentration of 2-11 g / l, the reaction volume is heated to 60 ° C and kept at this temperature for 30 minutes. In addition, the introduction of hydrazine nitrate, hydrogen peroxide, and aminoacetic acid into the silver-containing solution before reducing agents ensures the recovery of the residual amount of divalent silver present in the solution if the product just obtained after electrolytic dissolution is used for silver regeneration.
Сочетание свойств компонентов восстановительной системы обеспечивает направленное формирование зерна и позволяет в донной части аппарата накапливать выделившееся металлическое серебро в виде плотного слоя. Осветленный раствор декантируют. Свойства осадка и конусная форма донной части аппарата позволяют удалять декантацией 90-92% осветленного раствора. В процессе промывки осадок не меняет гранулометрических характеристик, и таким же способом отделяется от промывного раствора. Таким образом, совокупное использование свойств реагентов, обладающих восстановительными и антинитритными свойствами, позволяет выделить серебро из растворов с умеренной кислотностью (130-224 г/л) без риска растворения образовавшегося осадка. Полученный осадок растворяют в азотной кислоте 250-441 г/л при температуре 50-90°С.The combination of the properties of the components of the reduction system provides directional grain formation and allows the deposited metallic silver to accumulate in the bottom of the apparatus in the form of a dense layer. The clarified solution is decanted. The properties of the sediment and the conical shape of the bottom of the apparatus make it possible to remove 90-92% of the clarified solution by decantation. In the process of washing, the sediment does not change the granulometric characteristics, and in the same way is separated from the washing solution. Thus, the combined use of the properties of reagents with reducing and antinitrite properties makes it possible to isolate silver from solutions with moderate acidity (130-224 g / l) without the risk of dissolving the formed precipitate. The resulting precipitate is dissolved in nitric acid 250-441 g / l at a temperature of 50-90 ° C.
Техническим результатом изобретения является извлечение в регенерат более 84% серебра из актиноидсодержащих растворов с концентрацией азотной кислоты в исходном растворе до 380 г/л, позволяющее проводить в одном аппарате операции осаждения, декантации маточного и промывного растворов, растворения осадка, с получением азотнокислого раствора регенерата серебра.The technical result of the invention is the extraction of more than 84% of silver into the regenerate from actinide-containing solutions with a concentration of nitric acid in the initial solution of up to 380 g / l, which makes it possible to carry out precipitation, decantation of the mother liquor and washing solutions, dissolution of the precipitate in one apparatus, to obtain a nitric acid solution of silver regenerate ...
Для достижения технического результата в способе регенерации серебра из актиноидсодержащих азотнокислых раствора в актиноидсодержащий азотнокислый раствор с концентрацией азотной кислоты 190-380 г/л вносят восстановительные агенты - карбогидразид и аскорбиновую кислоту, при этом мольное соотношение карбогидразида и аскорбиновой кислоты к содержащемуся в растворе серебру составляет (2,2÷6,1):1 и (0,9÷2,0):1 соответственно, восстановление ведут в процессе нейтрализации при температуре 15-25°С 8-15 моль/л раствором гидроксида щелочного металла, который дозируют со скоростью 2-20 об.%/мин до остаточной концентрации азотной кислоты в растворе 130-224 г/л, по окончании процесса нейтрализации полученную суспензию перемешивают в течение 10-30 минут, а затем в донной части аппарата-осадителя проводят седиментацию осадка металлического серебра в течение 60-360 минут, декантируют 90-92% объема раствора, после чего промывают и растворяют осадок в азотной кислоте с получением азотнокислого раствора регенерата серебра.To achieve the technical result in the method of silver regeneration from actinide-containing nitric acid solutions, reducing agents - carbohydrazide and ascorbic acid are introduced into an actinide-containing nitric acid solution with a nitric acid concentration of 190-380 g / l, while the molar ratio of carbohydrazide and ascorbic acid to that contained in 2.2 ÷ 6.1): 1 and (0.9 ÷ 2.0): 1, respectively, the reduction is carried out in the process of neutralization at a temperature of 15-25 ° C 8-15 mol / l with an alkali metal hydroxide solution, which is dosed with at a rate of 2-20 vol.% / min until a residual concentration of nitric acid in a solution of 130-224 g / l, at the end of the neutralization process, the resulting suspension is stirred for 10-30 minutes, and then sediment of metallic silver is carried out in the bottom of the precipitator apparatus within 60-360 minutes, decant 90-92% of the solution volume, then wash and dissolve the precipitate in nitric acid to obtain a nitric acid solution regenerated silver.
Представленный диапазон концентрации азотной кислоты в исходном актиноидсодержащем азотнокислом растворе 190-380 г/л определен кондициями продуктов, образующихся в результате электрохимических процессов с использованием серебра (II). Превышение границы диапазона оказывается затруднительным, поскольку при электрохимическом растворении диоксида плутония использование более концентрированной азотной кислоты оказывает значительное воздействие на устойчивость конструкционных материалов. Содержание в актиноидсодержащем растворе азотной кислоты менее концентрации 190 г/л является малоэффективным для электрохимического растворения с использованием серебра (II).The presented range of concentration of nitric acid in the initial actinide-containing nitric acid solution of 190-380 g / l is determined by the conditions of the products formed as a result of electrochemical processes using silver (II). Exceeding the limit of the range turns out to be difficult, since during the electrochemical dissolution of plutonium dioxide, the use of more concentrated nitric acid has a significant effect on the stability of structural materials. The content of nitric acid in actinide-containing solution less than 190 g / l is ineffective for electrochemical dissolution using silver (II).
Представленный диапазон остаточной концентраций азотной кислоты в актиноидсодержащем азотнокислом растворе после нейтрализации 130-224 г/л обусловлен, с одной стороны требованиями к содержанию азотной кислоты на последующей операции экстракционного извлечения актиноидов, с другой стороны интенсивностью процесса нейтрализации при введении гидроксида щелочного металла, достаточной для активации восстановительного процесса и достижения полноты выделения серебра. Превышение границы заявляемого диапазона нежелательно ввиду того, что не обеспечивается заявляемая полнота выделения серебра, а получаемый осадок представляет собой кристаллы малых размеров, которые склонны к взмучиванию. Нейтрализация серебросодержащего раствора до концентрации азотной кислоты менее 130 г/л, то есть ниже границы диапазона, приводит к неоправданно высокому расходу нейтрализующего агента и совокупному объему раствора после нейтрализации. В этой связи, предпочтительным является нейтрализация до уровня остаточной концентрации азотной кислоты 150-230 г/л, что максимально приближено к верхней границе диапазона.The presented range of residual concentrations of nitric acid in an actinide-containing nitric acid solution after neutralization of 130-224 g / l is due, on the one hand, to the requirements for the content of nitric acid in the subsequent extraction operation of actinides, on the other hand, by the intensity of the neutralization process with the introduction of an alkali metal hydroxide, sufficient to activate recovery process and achievement of completeness of silver separation. Exceeding the limit of the claimed range is undesirable due to the fact that the claimed completeness of silver separation is not ensured, and the resulting precipitate is small crystals that are prone to agitation. Neutralization of the silver-containing solution to a nitric acid concentration of less than 130 g / l, that is, below the range limit, leads to an unreasonably high consumption of the neutralizing agent and the total volume of the solution after neutralization. In this regard, it is preferable to neutralize to a residual concentration of nitric acid of 150-230 g / l, which is as close as possible to the upper limit of the range.
Представленный диапазон объема раствора, декантируемого после отделения в осадок серебра, на уровне 90-92% обусловлен необходимостью количественного отделения образовавшейся твердой фазы от раствора. При превышении границы диапазона наблюдается захват твердой фазы и ее унос с декантируемым раствором, что, в свою очередь, потребует дополнительного осветления продукта перед экстракционным выделением актиноидов. Изменение количества декантируемого раствора до уровня менее 90% потребует более чем двукратного увеличения количества циклов промывки, что после объединения потока основного продукта с промывным раствором приведет значительному увеличению совокупного объема раствора.The presented range of the volume of the solution decanted after silver precipitation is at the level of 90-92% due to the need to quantitatively separate the formed solid phase from the solution. When the range limit is exceeded, the solid phase is captured and carried away with the decanted solution, which, in turn, will require additional clarification of the product before the extraction of actinides. Changing the amount of decanted solution to less than 90% will require more than a twofold increase in the number of washing cycles, which, after combining the main product stream with the washing solution, will lead to a significant increase in the total volume of the solution.
Представленный диапазон мольного отношения количества вводимого карбогидразида к содержащемуся в продукте серебру на уровне (2,2÷6,1):1 позволяет инициировать образование достаточного количества центров кристаллизации и получать равноразмерные зерна. Использование карбогидразида выше верхней границы заявленного диапазона приводит к усилению его комплексообразующих свойств, снижению доли осаждения вследствие частичного растворения осадка металлического серебра. Использование карбогидразида ниже границы заявленного диапазона приводит к восстановлению серебра в большей степени под воздействием аскорбиновой кислоты, появлению эффекта «серебряного зеркала», выраженного в отделении серебра на стенках аппарата, и снижению размера зерна осадка.The presented range of the molar ratio of the amount of added carbohydrazide to the silver contained in the product at the level of (2.2 ÷ 6.1): 1 allows initiating the formation of a sufficient number of crystallization centers and obtaining uniform grains. The use of carbohydrazide above the upper limit of the stated range leads to an increase in its complexing properties, a decrease in the proportion of precipitation due to the partial dissolution of the metallic silver precipitate. The use of carbohydrazide below the limit of the stated range leads to the reduction of silver to a greater extent under the influence of ascorbic acid, the appearance of the "silver mirror" effect, expressed in the separation of silver on the walls of the apparatus, and a decrease in the grain size of the precipitate.
Представленный диапазон мольного отношения количества вводимой аскорбиновой кислоты к содержащемуся в продукте серебру на уровне (1,1÷2,0):1 обеспечивает требуемую полноту отделения серебра. Использование аскорбиновой кислоты выше границы заявленного диапазона приводит к появлению эффекта «серебряного зеркала», отложению металлического серебра на стенках аппарата, в том числе и в верхней части аппарата, где последующая обработка, менее чем половинным объемом азотной кислоты не позволяет провести его полное растворение. В этом случае происходит образование закладок металлического серебра в аппарате и снижение его выхода в регенерат. Использование аскорбиновой кислоты ниже границы заявленного диапазона снижает выход серебра в регенерат до уровня менее 50% по причине отсутствия полноты восстановительного процесса.The presented range of the molar ratio of the amount of introduced ascorbic acid to the silver contained in the product at the level of (1.1 ÷ 2.0): 1 provides the required completeness of silver separation. The use of ascorbic acid above the limit of the stated range leads to the appearance of the "silver mirror" effect, the deposition of metallic silver on the walls of the apparatus, including in the upper part of the apparatus, where subsequent processing with less than half the volume of nitric acid does not allow its complete dissolution. In this case, there is the formation of backlays of metallic silver in the apparatus and a decrease in its output to the regenerate. The use of ascorbic acid below the limit of the stated range reduces the yield of silver in the regenerate to a level of less than 50% due to the lack of completeness of the reduction process.
Представленный диапазон мольного отношения количества вносимого глицина (аминоуксусной кислоты) к содержащемуся в продукте серебру на уровне (1,1÷2,2):1 обеспечивает увеличение размера зерна осадка и его однородность. Использование глицина (аминоуксусной кислоты) выше границы заявленного диапазона может привести к снижению доли осаждения вследствие усиления его комплексообразующих свойств и частичному растворению осадка металлического серебра. Использование глицина ниже границы заявленного диапазона не приводит к желаемому результату от его введения. Изменения размера зерна осадка и скорости его седиментации не происходит в сравнении с тем, если бы глицин не вводили в серебросодержащий раствор. В этом случае введение глицина оказывается не эффективным.The presented range of the molar ratio of the amount of added glycine (aminoacetic acid) to the silver contained in the product at the level of (1.1 ÷ 2.2): 1 provides an increase in the grain size of the precipitate and its uniformity. The use of glycine (aminoacetic acid) above the limit of the stated range can lead to a decrease in the proportion of precipitation due to the enhancement of its complexing properties and partial dissolution of the metallic silver precipitate. The use of glycine below the limit of the stated range does not lead to the desired result from its introduction. Changes in the grain size of the sediment and the rate of its sedimentation does not occur in comparison with if glycine was not introduced into the silver-containing solution. In this case, the introduction of glycine is ineffective.
Представленный диапазон температуры, при котором ведут нейтрализацию актиноидсодержащего азотнокислого раствора, 15-25°С обеспечивает требуемую полноту отделения серебра и достижение технического результата. При превышении границы диапазона наблюдается частичное растворение выделившегося серебра и снижение его выхода в регенерат до уровня менее 80%. При проведении нейтрализации при температуре ниже 15°С в силу кинетических особенностей процесса снижается скорость восстановления и полнота выделения серебра в процессе нейтрализации серебросодержащего раствора, что приводит снижению выхода серебра в регенерат до уровня менее 75%.The presented temperature range at which the actinide-containing nitric acid solution is neutralized, 15-25 ° C, provides the required completeness of silver separation and the achievement of the technical result. When the range limit is exceeded, a partial dissolution of the precipitated silver is observed and a decrease in its yield to the regenerate to a level of less than 80%. When neutralization is carried out at a temperature below 15 ° C, due to the kinetic features of the process, the recovery rate and the completeness of silver release during the neutralization of the silver-containing solution decrease, which leads to a decrease in the yield of silver into the regenerate to a level of less than 75%.
Представленный диапазон концентрации используемого для нейтрализации раствора гидроксида щелочного металла 8-15 моль/л (в частном случае раствора гидроксида натрия 320-600 г/л) позволяет минимизировать количество вводимого в реакционный объем нейтрализующего агента. При превышении границы диапазона происходит чрезмерная нейтрализация азотной кислоты в зоне контакта с актиноидсодержащем азотнокислым раствором, в результате чего увеличивается риск инициирования необратимого формирования полимерных форм плутония, присутствующего в растворе, и его соосаждения с осадком металлического серебра. В этом случае возможно поступление некоторой части плутония в регенерат серебра, обеднение по целевому компоненту продукта, поступающего на экстракционный передел, а также увеличение риска накопления плутония в виде осадка в конусе емкостного аппарата, что ужесточает требования к обеспечению ядерной безопасности. При снижении концентрации гидроксида щелочного металла менее 8 моль/л негативным фактором является увеличение объема раствора после нейтрализации и, как следствие, увеличение нагрузки на последующий экстракционный передел.The presented concentration range of the alkali metal hydroxide solution used for neutralization of 8-15 mol / l (in the particular case of a sodium hydroxide solution of 320-600 g / l) makes it possible to minimize the amount of neutralizing agent introduced into the reaction volume. When the range limit is exceeded, excessive neutralization of nitric acid occurs in the contact zone with an actinide-containing nitric acid solution, as a result of which the risk of initiating the irreversible formation of polymer forms of plutonium present in the solution and its coprecipitation with a precipitate of metallic silver increases. In this case, it is possible that some of the plutonium may enter the recycled silver, deplete the target component of the product entering the extraction processing, as well as increase the risk of plutonium accumulation in the form of sediment in the cone of the vessel, which makes the requirements for ensuring nuclear safety more stringent. With a decrease in the concentration of alkali metal hydroxide less than 8 mol / l, a negative factor is an increase in the volume of the solution after neutralization and, as a consequence, an increase in the load on the subsequent extraction processing.
Представленный диапазон скорости дозирования раствора гидроксида щелочного металла 2-20 об.%/мин обеспечивает концентрационные изменения в локальном объеме в зоне контакта (на «зеркале» серебросодержащего раствора) без риска выделения актиноидов в твердую фазу. Увеличение скорости поступления нейтрализующего потока в реакционный объем более 20 об.%/мин, аналогично увеличению концентрации гидроксида щелочного металла приводит к инициированию формирования полимерных форм гидроксида плутония, присутствующего в актиноидсодержащем азотнокислом растворе, и их соосаждения с осадком металлического серебра. Снижение скорости поступления нейтрализующего потока в реакционный объем менее 2 об.%/мин не позволяет перевести в осадок более 82% от содержащегося в растворе серебра по причине недостаточной интенсивности нейтрализации в зоне контакта (на «зеркале» серебросодержащего раствора).The presented range of dosing rate of alkali metal hydroxide solution 2-20 vol.% / Min provides concentration changes in the local volume in the contact zone (on the “mirror” of the silver-containing solution) without the risk of actinides precipitating into the solid phase. An increase in the rate of entry of the neutralizing flow into the reaction volume by more than 20 vol% / min, similar to an increase in the concentration of alkali metal hydroxide, leads to the initiation of the formation of polymeric forms of plutonium hydroxide present in the actinide-containing nitric acid solution and their coprecipitation with a precipitate of metallic silver. A decrease in the rate of entry of the neutralizing flow into the reaction volume of less than 2 vol.% / Min does not allow to precipitate more than 82% of the silver contained in the solution due to insufficient neutralization intensity in the contact zone (on the “mirror” of the silver-containing solution).
В выбранном диапазоне длительности формирования осадка в течение 10-30 минут обеспечивается требуемая полнота выделения серебра и образование зерна с высокой степенью однородности. Сокращение времени выдержки менее 10 минут увеличивает количество мелких частиц и неблагоприятно влияет на скорость седиментации. Увеличение времени выдержки более 30 минут не оказывает влияния на структуру осадка и является нецелесообразным по причине снижения производительности технологической схемы. Длительность осаждения металлического серебра в представленном диапазоне 60-360 минут обеспечивает полное осветление раствора, и формирование в донной части аппарата-осадителя плотного слоя осадка металлического серебра. При сокращении длительности отстаивания менее 60 минут возникает риск неполной седиментации частиц и захват осадка с отделяемым при декантации раствором. Увеличение длительности отстаивания более 360 минут является нецелесообразным по причине снижения производительности технологической схемы.In the selected range of the duration of the precipitate formation within 10-30 minutes, the required completeness of silver separation and the formation of grains with a high degree of homogeneity are ensured. Reducing the holding time to less than 10 minutes increases the amount of fines and adversely affects the sedimentation rate. An increase in the holding time for more than 30 minutes does not affect the structure of the sediment and is impractical due to a decrease in the productivity of the technological scheme. The duration of the deposition of metallic silver in the presented range of 60-360 minutes ensures complete clarification of the solution, and the formation of a dense layer of metallic silver sediment in the bottom of the precipitator apparatus. If the settling time is reduced to less than 60 minutes, there is a risk of incomplete sedimentation of the particles and entrapment of the sediment with the solution separated during decantation. An increase in the settling time of more than 360 minutes is impractical due to a decrease in the productivity of the technological scheme.
В выбранном диапазоне концентрации нитрата гидразина 2-15 г/л, вводимого в реакционный объем в качестве антинитритного агента, достигается исключение действия азотистой кислоты. При концентрации менее 2 г/л возможность спонтанного растворения осадка металлического серебра сопоставима с тем, если бы нитрат гидразина не вводили. Превышение границы диапазона приводит к увеличенному расходу реагента при уже достигнутом эффекте от введения меньшого количества.In the selected concentration range of hydrazine nitrate 2-15 g / l, introduced into the reaction volume as an antinitrite agent, the exclusion of the action of nitrous acid is achieved. At a concentration of less than 2 g / L, the possibility of spontaneous dissolution of the metallic silver precipitate is comparable to that if hydrazine nitrate was not introduced. Exceeding the range limit leads to an increased consumption of the reagent with the already achieved effect from the introduction of a smaller amount.
В выбранном диапазоне концентрации пероксида водорода 2-11 г/л, который добавляют перед введением восстановителей, обеспечивается полная стабилизация плутония в четырехвалентном состоянии при его концентрации до 60 г/л. Остатки пероксида водорода удаляют нагревом реакционного объема до 60°С в течение 30 минут. При снижении концентрации пероксида водорода менее 2 г/л процесс протекает не полностью. Увеличение концентрации пероксида водорода более чем 11 г/л увеличивает риск образования пероксидных осадков и привнесения в осадок металлического серебра ограниченно растворимых форм плутония. Кроме этого, внесение избыточного количества пероксида водорода требует увеличения длительности разложения его избытка, который будет сопровождаться интенсивным газоотделением.In the selected range of hydrogen peroxide concentration of 2-11 g / L, which is added before the introduction of reducing agents, complete stabilization of plutonium in the tetravalent state is ensured at its concentration up to 60 g / L. Residual hydrogen peroxide is removed by heating the reaction volume to 60 ° C for 30 minutes. With a decrease in the concentration of hydrogen peroxide less than 2 g / l, the process does not proceed completely. An increase in the concentration of hydrogen peroxide more than 11 g / L increases the risk of the formation of peroxide precipitates and the introduction of sparingly soluble forms of plutonium into the precipitate of metallic silver. In addition, the introduction of an excess amount of hydrogen peroxide requires an increase in the duration of the decomposition of its excess, which will be accompanied by intense gas separation.
В выбранном диапазоне концентрации азотной кислоты, используемой для растворения отделенного и промытого осадка металлического серебра, 250-441 г/л, процесс ведут при температуре 50-95°С. Объем азотной кислоты составляет 20-50% от объема актиноидсодержащего азотнокислого раствора (на момент окончания нейтрализации). Этот прием позволяет получать раствор серебра в виде нитратной соли в равном или меньшем объеме раствора, чем принятый в аппарат объем исходного продукта. Регенерат серебра пригоден для повторного применения в процессах электролитического растворения без дополнительной корректировки раствора, либо при некотором разбавлении. При превышении верхней границы диапазона содержание азотной кислоты в регенерате оказывается избыточным относительно пропорции к серебру, что вызывает затруднения при приготовлении рабочего раствора для электролитического растворения диоксида плутония. Снижение концентрации азотной кислоты менее 250 г/л при растворении осадка металлического серебра приводит к получению раствора, который требует последующее доукрепление азотной кислотой с целью получения продукта пригодного для повторного использования для электролитического растворения диоксида плутония (бракованной продукции производства МОКС-топлива).In the selected concentration range of nitric acid used to dissolve the separated and washed precipitate of metallic silver, 250-441 g / l, the process is carried out at a temperature of 50-95 ° C. The volume of nitric acid is 20-50% of the volume of the actinide-containing nitric acid solution (at the time of the end of neutralization). This technique makes it possible to obtain a solution of silver in the form of a nitrate salt in an equal or less volume of solution than the volume of the initial product taken into the apparatus. Silver regenerate is suitable for reuse in electrolytic dissolution processes without additional adjustment of the solution, or with some dilution. When the upper limit of the range is exceeded, the content of nitric acid in the regenerate turns out to be excessive relative to the proportion to silver, which causes difficulties in preparing a working solution for electrolytic dissolution of plutonium dioxide. A decrease in the concentration of nitric acid to less than 250 g / L upon dissolving a precipitate of metallic silver leads to a solution that requires further strengthening with nitric acid in order to obtain a product suitable for reuse for the electrolytic dissolution of plutonium dioxide (defective products of MOX fuel production).
Предлагаемый способ регенерации серебра из актиноидсодержащего азотнокислого раствора реализуют в соответствии с блок-схемой, изображенной на фигуре, в следующей последовательности. В исходный актиноидсодержащий азотнокислый раствор с концентрацией серебра 4,1-12,5 г/л и 190-380 г/л азотной кислоты при регулируемой интенсивности перемешивания вносят карбогидразид, а затем аскорбиновую кислоту до получения их концентрации в растворе 1,1-33,5 г/л и 4,1-19,4 г/л, соответственно.The proposed method for the regeneration of silver from an actinide-containing nitric acid solution is implemented in accordance with the block diagram shown in the figure, in the following sequence. In the original actinide-containing nitric acid solution with a silver concentration of 4.1-12.5 g / l and 190-380 g / l of nitric acid with controlled mixing intensity, add carbohydrazide, and then ascorbic acid until their concentration in the solution is 1.1-33, 5 g / l and 4.1-19.4 g / l, respectively.
В частном случае перед введением карбогидразида и аскорбиновой кислоты добавляют раствор аминоуксусной кислоты до получения ее концентрации в реакционном объеме 2-9 г/лIn a particular case, before the introduction of carbohydrazide and ascorbic acid, a solution of aminoacetic acid is added until its concentration in the reaction volume is 2-9 g / L
В частном случае перед введением карбогидразида и аскорбиновой кислоты добавляют раствор нитрата гидразина до получения его концентрации в реакционном объеме 2-15 г/л.In a particular case, before the introduction of carbohydrazide and ascorbic acid, a solution of hydrazine nitrate is added until its concentration in the reaction volume is 2-15 g / l.
В частном случае перед введением карбогидразида и аскорбиновой кислоты, а также нитрата гидразина, в серебросодержащий раствор добавляют раствор пероксида водорода до получения его концентрации в реакционном объеме 2-11 г/л, реакционный объем нагревают до 60°С и выдерживают при этой температуре 30 минут. Далее в раствор, в который внесены восстановительные и антинитритный агенты, в интервале 5-60 минут в реакционный объем непрерывным потоком со скоростью 2-20 об.%/мин дозируют 8-15 моль/л раствор гидроксида щелочного металла.In a particular case, before the introduction of carbohydrazide and ascorbic acid, as well as hydrazine nitrate, a solution of hydrogen peroxide is added to the silver-containing solution until its concentration in the reaction volume is 2-11 g / l, the reaction volume is heated to 60 ° C and kept at this temperature for 30 minutes ... Next, an 8-15 mol / l alkali metal hydroxide solution is dosed into the reaction volume in a continuous flow at a rate of 2-20 vol.% / Min into the solution, into which reducing and antinitrite agents are added, in the interval of 5-60 minutes.
В частном случае используют раствор гидроксида натрия с концентрацией 320-600 г/л. Процесс нейтрализации ведут при температуре 15-25°С, используя в частном случае принудительное охлаждение через внешнюю рубашку.In a particular case, a sodium hydroxide solution with a concentration of 320-600 g / l is used. The neutralization process is carried out at a temperature of 15-25 ° C, using, in a particular case, forced cooling through an external jacket.
По окончании нейтрализации в течение 10-30 минут суспензию перемешивают, а затем в течение 60-360 минут в донной части аппарата-осадителя седиментируют осадок металлического серебра, осветленный раствор декантируют. Образовавшийся осадок металлического серебра промывают однократно порцией воды в количестве 15-20% от объема актиноидсодержащего азотнокислого раствора (на момент окончания нейтрализации). Суспензию отстаивают аналогичным образом в течение 60-360 минут и декантируют тот же объем осветленного промывного раствора.Upon completion of neutralization, the suspension is stirred for 10-30 minutes, and then, for 60-360 minutes, a precipitate of metallic silver is sedimented in the bottom of the precipitator, the clarified solution is decanted. The formed precipitate of metallic silver is washed once with a portion of water in the amount of 15-20% of the volume of the actinide-containing nitric acid solution (at the time of the end of neutralization). The suspension is defended in the same way for 60-360 minutes and the same volume of the clarified washing solution is decanted.
На отделенный и промытый осадок металлического серебра вносят раствор 250-441 г/л азотной кислоты в количестве 20-50% от объема актиноидсодержащего азотнокислого раствора (на момент окончания нейтрализации). Растворение ведут при температуре 50-95°С и постоянном перемешивании. Полученный раствор (регенерат серебра) с концентрацией азотнокислого серебра 6,9-9,3 г/л возвращают в технологическую схему на растворение диоксида плутония. Декантат объединяют с промывным раствором. Полученный объединенный раствор после предварительной стабилизации валентной формы плутония направляют на экстракционный передел.A solution of 250-441 g / l of nitric acid is added to the separated and washed precipitate of metallic silver in an amount of 20-50% of the volume of the actinide-containing nitric acid solution (at the time of the end of neutralization). Dissolution is carried out at a temperature of 50-95 ° C and constant stirring. The resulting solution (silver regenerate) with a concentration of silver nitrate 6.9-9.3 g / l is returned to the technological scheme for dissolving plutonium dioxide. The decantate is combined with the wash solution. The resulting combined solution, after preliminary stabilization of the valence form of plutonium, is sent to the extraction processing.
Пример 1Example 1
При проведении эксперимента использовали азотнокислый раствор от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива, содержащий серебра - 8,5 г/л, плутония - 37,1 г/л, америция -10 мг/л, урана - 158 г/л, азотной кислоты 364 г/л.During the experiment, we used a nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel, containing silver - 8.5 g / l, plutonium - 37.1 g / l, americium - 10 mg / l, uranium - 158 g / l, nitrogen acid 364 g / l.
Регенерацию серебра проводили с использованием реактора-осадителя, изготовленного из кварцевого стекла в виде цельной конструкции. Реактор-осадитель представлял собой вертикальный аппарат цилиндрической формы с коническим дном, имеющим угол при вершине 60°. Отношение диаметра к высоте - 1:2 (при высоте 100 мм). Рабочий объем составил 111 мл. Введение реагентов осуществляли перистальтическим насосом со скоростью 0,5 мл/мин, декантацию продуктов - со скоростью 2,5 мл/мин. Внутренний диаметр коммуникаций при этом составлял 1,1 мм. Аппарат снабжен верхнеприводной ротационной мешалкой через герметичную муфту. Скорость вращения мешалки варьировали в диапазоне 250-400 об/мин. Объем сгущенной суспензии (осадка) после удаления осветленного раствора посредством декантации находился в диапазоне 8-12 мл. Полное опорожнение аппарата проводили с донного уровня, непосредственно прилегающего к вершине конуса донной части аппарата. Невыдаваемый объем при этом составлял 0,2-0,4 мл. Газообразные продукты отводили через патрубок сдувки в верней части аппарата. Процессы формирования осадка, осаждения, декантации, промывки наблюдали через прозрачную стенку аппарата.Silver regeneration was carried out using a precipitating reactor made of quartz glass in the form of a one-piece structure. The precipitating reactor was a vertical cylindrical apparatus with a conical bottom having an apex angle of 60 °. The ratio of diameter to height is 1: 2 (at a height of 100 mm). The working volume was 111 ml. The introduction of reagents was carried out with a peristaltic pump at a rate of 0.5 ml / min, and the decantation of products was carried out at a rate of 2.5 ml / min. The inner diameter of the communications was 1.1 mm. The apparatus is equipped with an overhead rotary stirrer through a sealed coupling. The stirrer rotation speed was varied in the range of 250-400 rpm. The volume of the thickened suspension (sediment) after removal of the clarified solution by decantation was in the range of 8-12 ml. Complete emptying of the apparatus was carried out from the bottom level, directly adjacent to the top of the cone of the bottom part of the apparatus. The unreported volume was 0.2-0.4 ml. Gaseous products were removed through a blow off pipe in the upper part of the apparatus. The processes of sediment formation, sedimentation, decantation, and washing were observed through the transparent wall of the apparatus.
В реактор-осадитель принимали 70 мл азотнокислого раствора от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива (полученного через 120 часов после растворения). В аппарат вносили 28 мл раствора карбогидразида с концентрацией 108 г/л (при концентрации азотной кислоты 31,5 г/л) и 8,7 мл 200 г/л раствора аскорбиновой кислоты. При постоянном перемешивании проводили выдержку в течение 10 минут и затем вводили «на зеркало» 3,4 мл 325 г/л раствора гидроксида натрия со скоростью 0,3 мл/мин до остаточной концентрации азотной кислоты 223 г/л. Нейтрализацию вели при температуре 15°С и постоянном термостатировании реакционного объема. Суммарный объем раствора после нейтрализации составил 110 мл. Концентрации компонентов раствора после нейтрализации, и мольное отношение между реагентами приведены в таблицах 1, 2. Суспензию перемешивали в течение 20 минут и, затем отстаивали в течение 120 минут. Осветленный раствор (декантат) в количестве 99 мл декантировали. В течение 20 минут промывали осадок металлического серебра 20 мл воды при перемешивании ротационной мешалкой со скоростью 250 об/мин, отстаивали и декантировали осветленный промывной раствор аналогично процессу восстановления серебра. Промывной раствор в количестве 20 мл подсоединяли к деканату и предавали на последующий экстракционный передел. В аппарат принимали 50 мл 265 г/л раствора азотной кислоты и при температуре 75°С вели растворение образовавшегося осадка металлического серебра. Полученный раствор с концентрацией серебра 9,2 г/л возвращали в лабораторную электрохимическую ячейку для использования на следующем цикле растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива. Для определения полноты переноса серебра с регенератом и отсутствия закладок серебра в реакторе-осадителе проводили контрольную замывку аппарата при температуре 95°С раствором азотной кислоты 440 г/л, взятом в объеме 100% от объема серебросодержащего раствора (на момент окончания нейтрализации). Распределение серебра по технологическим продуктам приведено в таблице 3.In the reactor precipitator received 70 ml of nitric acid solution from electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel (obtained 120 hours after dissolution). 28 ml of a solution of carbohydrazide with a concentration of 108 g / l (at a concentration of nitric acid of 31.5 g / l) and 8.7 ml of a 200 g / l solution of ascorbic acid were introduced into the apparatus. With constant stirring, the exposure was carried out for 10 minutes and then 3.4 ml of 325 g / L sodium hydroxide solution was introduced into the mirror at a rate of 0.3 ml / min to a residual concentration of nitric acid of 223 g / L. Neutralization was carried out at a temperature of 15 ° C and constant thermostating of the reaction volume. The total volume of the solution after neutralization was 110 ml. The concentrations of the components of the solution after neutralization, and the molar ratio between the reagents are shown in tables 1, 2. The suspension was stirred for 20 minutes and then settled for 120 minutes. The clarified solution (decantate) in the amount of 99 ml was decanted. Within 20 minutes, the precipitate of metallic silver was washed with 20 ml of water while stirring with a rotary stirrer at a speed of 250 rpm, the clarified wash solution was defended and decanted similarly to the silver reduction process. The washing solution in the amount of 20 ml was connected to the decanter and passed to the subsequent extraction processing. The apparatus received 50 ml of a 265 g / l solution of nitric acid, and at a temperature of 75 ° C, the formed precipitate of metallic silver was dissolved. The resulting solution with a silver concentration of 9.2 g / L was returned to the laboratory electrochemical cell for use in the next cycle of dissolution of defective products from the production of MOX fuel. To determine the completeness of the transfer of silver with the regenerate and the absence of silver plugs in the precipitator reactor, a control washing of the apparatus was carried out at a temperature of 95 ° C with a nitric acid solution of 440 g / L, taken in a volume of 100% of the volume of the silver-containing solution (at the time of the end of neutralization). The distribution of silver by technological products is shown in Table 3.
В регенерат переведено 94,8% серебра. В результате переработки из 70 мл актиноидсодержащего раствора получено 61 мл регенерата серебра. Кратность увеличения объема раствора по результатам переработки составила 2,6. Распределение компонентов в продуктах переработки приведено в таблице 4.94.8% of silver was transferred to the regenerate. As a result of processing from 70 ml of actinide-containing solution, 61 ml of regenerated silver was obtained. The multiplicity of the increase in the volume of the solution according to the results of processing was 2.6. The distribution of components in processed products is shown in Table 4.
Пример 2Example 2
При проведении эксперимента использовали 64 мл азотнокислого раствора от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива аналогично примера 1. Условия проведения эксперимента соответствовали примеру 1 за исключением скорости подачи и количества вводимого раствора гидроксида натрия. 8,5 мл раствора 325 г/л гидроксида натрия вводили со скоростью 1,7 мл/мин до получения остаточной концентрации азотной кислоты 187 г/л. Нейтрализацию вели при температуре 25°С и постоянном термостатировании реакционного объема. Описание условий и результаты эксперимента приведены в таблицах 5, 6, 7, 8.When carrying out the experiment, 64 ml of a nitric acid solution from electrolytic dissolution of defective products produced by MOX - fuel was used in the same way as in Example 1. The experimental conditions were the same as in Example 1, with the exception of the feed rate and the amount of sodium hydroxide solution introduced. 8.5 ml of a 325 g / l sodium hydroxide solution was injected at a rate of 1.7 ml / min until a residual nitric acid concentration of 187 g / l was obtained. Neutralization was carried out at a temperature of 25 ° C and constant thermostating of the reaction volume. The description of the conditions and the results of the experiment are shown in tables 5, 6, 7, 8.
В регенерат переведено 95,4% серебра. В результате переработки из 64 мл актиноидсодержащего раствора получено 56 мл регенерата серебра. Кратность увеличения объема раствора по результатам переработки составила 2,7. В примере 2 в сравнении с примером 1 показана эффективность регенерации серебра вне зависимости от скорости поступления в реакционный объем нейтрализующего агента и «глубины» нейтрализации (в пределах заявленного диапазона).95.4% of silver was transferred to the regenerate. As a result of processing from 64 ml of actinide-containing solution, 56 ml of regenerated silver was obtained. The multiplicity of the increase in the volume of the solution according to the results of processing was 2.7. In example 2, in comparison with example 1, the efficiency of silver regeneration is shown, regardless of the rate of entry into the reaction volume of the neutralizing agent and the "depth" of neutralization (within the stated range).
Пример 3Example 3
При проведении эксперимента использовали 63 мл азотнокислого раствора от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива аналогично примеру 1. Условия проведения эксперимента соответствовали примеру 1 за исключением скорости подачи и количества вводимого раствора гидроксида натрия. 12,8 мл 325 г/л раствора гидроксида натрия вводили со скоростью 0,26 мл/мин до получения остаточной концентрации азотной кислоты 158 г/л. Описание условий и результаты эксперимента приведены в таблицах 9, 10, 11, 12.During the experiment, 63 ml of a nitric acid solution was used from electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel in the same way as in example 1. The experimental conditions were the same as in example 1, with the exception of the feed rate and the amount of sodium hydroxide solution introduced. 12.8 ml of 325 g / L sodium hydroxide solution was introduced at a rate of 0.26 ml / min until a residual concentration of nitric acid of 158 g / L was obtained. The description of the conditions and the results of the experiment are shown in tables 9, 10, 11, 12.
В регенерат переведено 95,1% серебра. В результате переработки из 63 мл актиноидсодержащего раствора получено 63 мл регенерата серебра. Кратность увеличения объема раствора по результатам переработки составила 2,8. Выход серебра в регенерат более 94,0% достигается как при нейтрализации до остаточной концентрации 2,5 моль/л (пример 3), так и до остаточной концентрации 3,5 моль/л (пример 1).95.1% of silver was transferred to the regenerate. As a result of processing from 63 ml of actinide-containing solution, 63 ml of silver regenerate was obtained. The multiplicity of the increase in the volume of the solution according to the results of processing was 2.8. The output of silver in the regenerate of more than 94.0% is achieved both by neutralization to a residual concentration of 2.5 mol / l (example 3) and to a residual concentration of 3.5 mol / l (example 1).
Пример 4Example 4
При проведении эксперимента использовали 65,5 мл азотнокислого раствора от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива аналогично примера 1. Условия проведения эксперимента соответствовали примеру 1 за исключением дополнительного введения перед нейтрализацией раствора аминоуксусной кислоты, снижения количества аскорбиновой кислоты, длительности перемешивания и отстаивания полученной суспензии. В аппарат на исходный продукт принимали 5,4 мл 150 г/л раствора аминоуксусной кислоты, 24,4 мл раствора карбогидразида с концентрацией 108 г/л (при концентрации азотной кислоты 31,5 г/л) и 4,3 мл 200 г/л раствора аскорбиновой кислоты. При постоянном перемешивании проводили выдержку в течение 5 минут и затем вводили «на зеркало» 8,4 мл 325 г/л раствора гидроксида натрия со скоростью 0,5 мл/мин до остаточной концентрации азотной кислоты 187,9 г/л. Суммарный объем раствора после нейтрализации составил 108 мл. В течение 10 минут суспензию перемешивали и затем отстаивали в течение 60 минут. Условия и результаты эксперимента приведены в таблицах 13, 14, 15, 16.During the experiment, 65.5 ml of a nitric acid solution was used from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel in the same way as in Example 1. The experimental conditions were the same as in Example 1, with the exception of the additional introduction of an aminoacetic acid solution before neutralization, a decrease in the amount of ascorbic acid, the duration of stirring and settling of the resulting suspension. ... 5.4 ml of 150 g / L aminoacetic acid solution, 24.4 ml of carbohydrazide solution with a concentration of 108 g / L (at a nitric acid concentration of 31.5 g / L) and 4.3 ml of 200 g / l solution of ascorbic acid. With constant stirring, the exposure was carried out for 5 minutes and then 8.4 ml of 325 g / l sodium hydroxide solution was introduced into the mirror at a rate of 0.5 ml / min to a residual concentration of nitric acid of 187.9 g / l. The total volume of the solution after neutralization was 108 ml. The suspension was stirred for 10 minutes and then allowed to stand for 60 minutes. The conditions and results of the experiment are shown in tables 13, 14, 15, 16.
В регенерат переведено 94,1% серебра. В результате переработки из 65,5 мл актиноидсодержащего раствора получено 65 мл регенерата серебра. Кратность увеличения объема раствора по результатам переработки составила 2,8.94.1% of silver was transferred to the regenerate. As a result of processing from 65.5 ml of actinide-containing solution, 65 ml of regenerated silver was obtained. The multiplicity of the increase in the volume of the solution according to the results of processing was 2.8.
Пример 5Example 5
При проведении эксперимента использовали азотнокислый раствор от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива, содержащий серебра - 4,0 г/л, плутония - 6,2 г/л, америция -2,3 мг/л, азотной кислоты 190 г/л. Использовали аппарат аналогично примеру 1.During the experiment, a nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel was used, containing silver - 4.0 g / l, plutonium - 6.2 g / l, americium - 2.3 mg / l, nitric acid 190 g / l ... The apparatus was used analogously to example 1.
В реактор-осадитель принимали 90 мл азотнокислого раствора от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива (полученного через 96 часов после растворения) принимали в реактор-осадитель. В аппарат вносили 0,5 мл 455 г/л раствора нитрата гидразина и 1,8 мл 150 г/л раствора аминоуксусной кислоты, 6 мл раствора карбогидразида с концентрацией 108 г/л (при концентрации азотной кислоты 31,5 г/л) и 3,1 мл 200 г/л раствора аскорбиновой кислоты. При постоянном перемешивании проводили выдержку в течение 30 минут и затем вводили «на зеркало» 3,6 мл 600 г/л раствора гидроксида натрия со скоростью 0,3 мл/мин до остаточной концентрации азотной кислоты 131 г/л. Нейтрализацию вели при температуре 20°С и постоянном термостатировании реакционного объема. Суммарный объем раствора после нейтрализации составил 105 мл. Концентрации компонентов раствора после нейтрализации и мольное отношение между реагентами приведены в таблицах 17, 18. В течение 10 минут суспензию перемешивали и затем отстаивали в течение 60 минут. Осветленный раствор (декантат) в количестве 94 мл декантировали. В течение 20 минут промывали осадок металлического серебра 18 мл воды при перемешивании ротационной мешалкой со скоростью 400 об/мин, отстаивали и декантировали осветленный промывной раствор аналогично процессу восстановления серебра. Промывной раствор в количестве 18 мл подсоединяли к деканату и передавали на последующий экстракционный передел. В аппарат принимали 40 мл 265 г/л раствора азотной кислоты и при температуре 95°С вели растворение образовавшегося осадка металлического серебра. Полученный раствор с концентрацией серебра 6,9 г/л возвращали в лабораторную электрохимическую ячейку для использования на следующем цикле растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива. Условия и результаты эксперимента приведены в таблицах 17, 18, 19, 20.90 ml of a nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel (obtained 96 hours after dissolution) was taken into the precipitator reactor and was taken into the precipitator reactor. The apparatus was filled with 0.5 ml of 455 g / L hydrazine nitrate solution and 1.8 ml of 150 g / L aminoacetic acid solution, 6 ml of carbohydrazide solution with a concentration of 108 g / L (at a nitric acid concentration of 31.5 g / L) and 3.1 ml of 200 g / l ascorbic acid solution. With constant stirring, the exposure was carried out for 30 minutes and then 3.6 ml of 600 g / L sodium hydroxide solution was introduced into the mirror at a rate of 0.3 ml / min to a residual concentration of nitric acid of 131 g / L. Neutralization was carried out at a temperature of 20 ° C and constant thermostating of the reaction volume. The total volume of the solution after neutralization was 105 ml. The concentrations of the components of the solution after neutralization and the molar ratio between the reagents are shown in Tables 17, 18. The suspension was stirred for 10 minutes and then settled for 60 minutes. The clarified solution (decantate) in an amount of 94 ml was decanted. For 20 minutes, the precipitate of metallic silver was washed with 18 ml of water while stirring with a rotary stirrer at a speed of 400 rpm, the clarified wash solution was defended and decanted similarly to the silver reduction process. The washing solution in the amount of 18 ml was connected to the decanter and transferred to the subsequent extraction processing. The apparatus received 40 ml of a 265 g / l solution of nitric acid, and at a temperature of 95 ° C, the formed precipitate of metallic silver was dissolved. The resulting solution with a silver concentration of 6.9 g / L was returned to the laboratory electrochemical cell for use in the next cycle of dissolution of rejected products from the production of MOX fuel. The conditions and results of the experiment are shown in tables 17, 18, 19, 20.
В регенерат переведено 97,6% серебра. В результате переработки из 90 мл актиноидсодержащего раствора получено 51 мл регенерата серебра. Кратность увеличения объема раствора по результатам переработки составила 1,8.97.6% of silver was transferred to the regenerate. As a result of processing, 51 ml of regenerated silver was obtained from 90 ml of an actinide-containing solution. The multiplicity of the increase in the volume of the solution according to the results of processing was 1.8.
В примере 5 показана возможность снижения количества вводимых восстановительных агентов (карбогидразида и аскорбиновой кислоты) в случае предварительного введения нитрата гидразина в сочетании аминоуксусной кислотой и последующей нейтрализации более концентрированным раствором гидроксида натрия (600 г/л). Использование более концентрированного раствора щелочи позволяет снизить суммарный объем продуктов, получаемых в результате регенерации серебра.Example 5 shows the possibility of reducing the amount of reducing agents (carbohydrazide and ascorbic acid) introduced in the case of preliminary introduction of hydrazine nitrate in combination with aminoacetic acid and subsequent neutralization with a more concentrated sodium hydroxide solution (600 g / l). The use of a more concentrated alkali solution makes it possible to reduce the total volume of products obtained as a result of silver regeneration.
Пример 6Example 6
При проведении эксперимента аналогично примеру 1 использовали азотнокислый раствор от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива, содержащий серебра - 8,5 г/л, плутония - 37,1 г/л, америция - 10 мг/л, урана - 158 г/л, азотной кислоты 364 г/л. Регенерацию серебра проводили с использованием реактора-осадителя, изготовленного из стали 112Х18Н10Т (нержавеющей). Реактор-осадитель представлял собой вертикальный аппарат цилиндрической формы с коническим дном, имеющим угол при вершине 90°, а также оснащенный разъемной крышкой и внешней рубашкой. Отношение диаметра к высоте - 1:2 (при высоте 100 мм). Рабочий объем - 115 мл. Введение реагентов осуществляли перистальтическим насосом со скоростью 0,5 мл/мин, декантацию продуктов - со скоростью 2,5 мл/мин. Внутренний диаметр коммуникаций при этом составлял 0,89 мм. Аппарат снабжен барботажной линией, представляющей собой стальную трубку 10×2 мм с перфорированным полимерным наконечником. Зона рассевания газового потока расположена на расстоянии 15 мм от вершины конуса донной части аппарата. Скорость подачи барботажного воздуха варьировалась в диапазоне 40-60 мл/мин. Выдача продуктов осуществляли декантацией раствора через патрубок, находящийся на расстоянии 20 мм от вершины конуса донной части аппарата. По этой причине объем сгущенной суспензии (осадка) после удаления осветленного раствора посредством декантации находился в диапазоне 8-12 мл. Полное опорожнение аппарата проводили с донного уровня, непосредственно прилегающего к вершине конуса донной части аппарата. Не выдаваемый объем при этом составлял 0,7-0,9 мл. Газообразные продукты отводили через патрубок сдувки в крышке аппарата. Введение реагентов проводили через ту же коммуникацию, что и выдачу продуктов. Сопряжение фторопластовой крышки и по канавке в стенке корпуса аппарата обеспечивало герметичность аппарата до избыточного давления 0,7 кг/см2. Температурный режим в реакционном объеме поддерживали на уровне 20±0,5°С посредством циркуляции теплоносителя от термостата через внешнюю рубашку.When carrying out the experiment similarly to example 1, a nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel was used, containing silver - 8.5 g / l, plutonium - 37.1 g / l, americium - 10 mg / l, uranium - 158 g / l, nitric acid 364 g / l. Silver was regenerated using a precipitator reactor made of steel 112Kh18N10T (stainless). The precipitator reactor was a vertical cylindrical apparatus with a conical bottom, having an apex angle of 90 °, and also equipped with a split cover and an outer jacket. The ratio of diameter to height is 1: 2 (at a height of 100 mm). Working volume - 115 ml. The introduction of reagents was carried out with a peristaltic pump at a rate of 0.5 ml / min, and the decantation of products was carried out at a rate of 2.5 ml / min. The inner diameter of the communications was 0.89 mm. The device is equipped with a bubble line, which is a steel tube 10 × 2 mm with a perforated polymer tip. The zone of dispersion of the gas flow is located at a distance of 15 mm from the top of the cone of the bottom part of the apparatus. The flow rate of bubbling air was varied in the range of 40-60 ml / min. The products were dispensed by decanting the solution through a branch pipe located at a distance of 20 mm from the top of the cone of the bottom part of the apparatus. For this reason, the volume of the thickened suspension (sediment) after removal of the clarified solution by decantation was in the range of 8-12 ml. Complete emptying of the apparatus was carried out from the bottom level, directly adjacent to the top of the cone of the bottom part of the apparatus. The non-dispensed volume was 0.7-0.9 ml. Gaseous products were removed through a blow off branch pipe in the lid of the apparatus. The introduction of the reagents was carried out through the same communication as the dispensing of the products. The conjugation of the fluoroplastic cover and along the groove in the wall of the body of the apparatus ensured the tightness of the apparatus up to an overpressure of 0.7 kg / cm 2 . The temperature regime in the reaction volume was maintained at a level of 20 ± 0.5 ° C by circulating the heat carrier from the thermostat through the outer jacket.
В реактор-осадитель принимали 70 мл азотнокислого раствора от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива (полученного через 20 часов после растворения). В аппарат вносили последовательно 26,9 мл раствора карбогидразида с концентрацией 108 г/л (при концентрации азотной кислоты 31,5 г/л), 9 мл 200 г/л раствора аскорбиновой кислоты. При постоянном перемешивании проводили выдержку в течение 10 минут и затем вводили «на зеркало» 9 мл 325 г/л раствора гидроксида натрия со скоростью 0,5 мл/мин до остаточной концентрации азотной кислоты 189 г/л. Нейтрализацию вели при температуре 18°С и постоянном термостатировании реакционного объема. Суммарный объем раствора после нейтрализации составил 115 мл. Концентрации компонентов раствора после нейтрализации и мольное отношение между реагентами приведены в таблицах 21, 22. В течение 10 минут суспензию перемешивали и затем отстаивали в течение 60 минут. Осветленный раствор в количестве 103 мл декантировали. В течение 10 минут промывали осадок металлического серебра 23 мл воды при перемешивании барботажным воздухом, отстаивали и декантировали осветленный промывной раствор аналогично процессу восстановления серебра. Промывной раствор в количестве 23 мл подсоединяли к деканату и передавали на последующую статическую экстракцию целевых компонентов. В аппарат принимали 57 мл раствора 265 г/л азотной кислоты и при температуре 75°С вели растворение образовавшегося осадка металлического серебра. Полученный раствор с концентрацией серебра 7,3 г/л возвращали в лабораторную электрохимическую ячейку для использования на следующем цикле растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива. Распределение серебра по технологическим продуктам приведено в таблице 23In the reactor precipitator received 70 ml of nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel (obtained 20 hours after dissolution). The apparatus was sequentially introduced into 26.9 ml of a carbohydrazide solution with a concentration of 108 g / l (at a nitric acid concentration of 31.5 g / l), 9 ml of a 200 g / l solution of ascorbic acid. With constant stirring, the exposure was carried out for 10 minutes and then 9 ml of 325 g / L sodium hydroxide solution was injected "onto the mirror" at a rate of 0.5 ml / min to a residual concentration of nitric acid of 189 g / L. Neutralization was carried out at a temperature of 18 ° C and constant thermostating of the reaction volume. The total volume of the solution after neutralization was 115 ml. The concentrations of the components of the solution after neutralization and the molar ratio between the reagents are shown in tables 21, 22. The suspension was stirred for 10 minutes and then settled for 60 minutes. The clarified solution in the amount of 103 ml was decanted. Within 10 minutes, the precipitate of metallic silver was washed with 23 ml of water while stirring with bubbling air, the clarified washing solution was defended and decanted similarly to the silver reduction process. The wash solution in the amount of 23 ml was connected to the decanter and transferred to the subsequent static extraction of the target components. The apparatus received 57 ml of a solution of 265 g / l of nitric acid, and at a temperature of 75 ° C, the formed precipitate of metallic silver was dissolved. The resulting solution with a silver concentration of 7.3 g / L was returned to the laboratory electrochemical cell for use in the next cycle of dissolution of defective products from the production of MOX fuel. The distribution of silver by technological products is shown in Table 23.
В регенерат переведено 84% серебра. В результате переработки из 70 мл актиноидсодержащего раствора получен эквивалентный объем регенерата серебра 69 мл. Содержание в регенерате серебра до 3,8% актиноидов (от их исходного содержания) не ограничивает повторного использования раствора, содержащего регенерированное серебро. Кратность увеличения объема раствора по результатам переработки составила 2,5. Распределение компонентов в продуктах переработки приведено в таблице 24.84% of silver was transferred to the regenerate. As a result of processing from 70 ml of actinide-containing solution, an equivalent volume of 69 ml of silver regenerate was obtained. The content of silver in the regenerate up to 3.8% of actinides (of their initial content) does not limit the reuse of the solution containing the regenerated silver. The multiplicity of the increase in the volume of the solution according to the results of processing was 2.5. The distribution of components in processed products is shown in Table 24.
Пример 7Example 7
При проведении экспериментов использовали азотнокислый раствор от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива, содержащий серебра 7,7 г/л, плутония - 22,0 г/л, америция - 5,9 мг/л, урана - 65 г/л, азотной кислоты 323 г/л. Регенерацию серебра проводили с использованием реактора-осадителя аналогично примеру 6.During the experiments, a nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel was used, containing silver 7.7 g / l, plutonium - 22.0 g / l, americium - 5.9 mg / l, uranium - 65 g / l, nitric acid 323 g / l. Silver regeneration was carried out using a precipitator reactor similar to example 6.
В реактор-осадитель принимали 70 мл азотнокислого раствора от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива (полученного через 24 часов после растворения) принимали в реактор-осадитель. В аппарат принимали последовательно 3,5 мл 455 г/л раствора нитрата гидразина до получения концентрации в реакционном объеме 14,3 г/л, 16,2 мл раствора карбогидразида с концентрацией 108 г/л (при концентрации азотной кислоты 31,5 г/л), 9 мл 200 г/л раствора аскорбиновой кислоты. При постоянном перемешивании проводили выдержку в течение 3 минут и затем вводили «на зеркало» 11,4 мл 325 г/л раствора гидроксида натрия со скоростью 1,0 мл/мин до остаточной концентрации азотной кислоты 157 г/л. Нейтрализацию вели при температуры 25°С и постоянном термостатировании реакционного объема. Концентрации компонентов раствора после нейтрализации и мольное отношение между реагентами приведены в таблицах 25, 26. Суммарный объем раствора составил 110 мл. В течение 30 минут суспензию перемешивали и затем отстаивали в течение 80 минут. Осветленный раствор в количестве 99 мл декантировали. В течение 15 минут промывали осадок металлического серебра 20 мл воды при перемешивании барботажным воздухом, отстаивали и декантировали осветленный промывной раствор как в процессе восстановления серебра. Промывной раствор в количестве 20 мл подсоединяли к деканату и после стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии, предавали на последующую операцию экстракции целевых компонентов. В аппарат принимали 50 мл раствора 441 г/л азотной кислоты и при температуре 50°С вели растворение образовавшегося осадка металлического серебра. Полученный раствор с концентрацией серебра 7,6 г/л возвращали в лабораторную электрохимическую ячейку для использования на следующем цикле растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива. Распределение серебра по технологическим продуктам приведено в таблице 27.In the precipitator reactor was taken 70 ml of nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel (obtained 24 hours after dissolution) was taken into the precipitator reactor. The apparatus received successively 3.5 ml of 455 g / l of hydrazine nitrate solution until a concentration in the reaction volume of 14.3 g / l, 16.2 ml of a carbohydrazide solution with a concentration of 108 g / l (at a nitric acid concentration of 31.5 g / l) was obtained. l), 9 ml of 200 g / l ascorbic acid solution. With constant stirring, the exposure was carried out for 3 minutes and then 11.4 ml of 325 g / l sodium hydroxide solution was introduced into the mirror at a rate of 1.0 ml / min to a residual concentration of nitric acid of 157 g / l. Neutralization was carried out at a temperature of 25 ° C and constant thermostating of the reaction volume. The concentration of the components of the solution after neutralization and the molar ratio between the reagents are shown in tables 25, 26. The total volume of the solution was 110 ml. The suspension was stirred for 30 minutes and then allowed to stand for 80 minutes. The clarified solution in the amount of 99 ml was decanted. Within 15 minutes, the precipitate of metallic silver was washed with 20 ml of water while stirring with bubbling air, the clarified wash solution was defended and decanted as in the process of silver reduction. A wash solution in an amount of 20 ml was connected to the decanate and, after the plutonium was stabilized in the tetravalent state, was transferred to the subsequent extraction operation of the target components. The apparatus received 50 ml of a solution of 441 g / l of nitric acid, and at a temperature of 50 ° C, the formed precipitate of metallic silver was dissolved. The resulting solution with a silver concentration of 7.6 g / L was returned to the laboratory electrochemical cell for use in the next cycle of dissolution of rejected products from the production of MOX fuel. The distribution of silver by technological products is shown in Table 27.
В регенерат переведено 85,2% серебра. В результате переработки из 70 мл актиноидсодержащего раствора получен регенерата серебра в объеме 61 мл. Кратность увеличения объема раствора по результатам переработки составила 2,6. Распределение компонентов в продуктах переработки приведено в таблице 28.85.2% of silver was transferred to the regenerate. As a result of processing from 70 ml of an actinide-containing solution, a regenerated silver in a volume of 61 ml was obtained. The multiplicity of the increase in the volume of the solution according to the results of processing was 2.6. The distribution of components in processed products is shown in Table 28.
Пример 8Example 8
При проведении экспериментов использовали азотнокислый раствор от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива, содержащий серебра - 7,5 г/л, плутония - 30,0 г/л, америция - 8,1 мг/л, урана - 72 г/л, азотной кислоты 290 г/л. Регенерацию серебра проводили с использованием реактора-осадителя аналогично примеру 6, за исключением способа перемешивания. Раствор в реакционном объеме на протяжении всего процесса перемешивали с помощью ротационной мешалки со скоростью 350 об/мин.During the experiments, we used a nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel, containing silver - 7.5 g / l, plutonium - 30.0 g / l, americium - 8.1 mg / l, uranium - 72 g / l , nitric acid 290 g / l. Regeneration of silver was carried out using a precipitator reactor similar to example 6, with the exception of the stirring method. The solution in the reaction volume was stirred throughout the entire process using a rotary stirrer at a speed of 350 rpm.
В реактор-осадитель принимали 56 мл азотнокислого раствора от электролитического растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива (полученного через 5 часов после растворения) принимали в реактор-осадитель. В аппарат принимали 1,5 мл 30% раствора пероксида водорода, выдерживали раствор в течение 20 минут, затем нагревали до 60°С и при этой температуре выдерживали в течение 30 минут. Раствор охлаждали до 30°C со скоростью 0,5°С/мин и вводили последовательно 2 мл 455 г/л раствора нитрата гидразина, 17,5 мл раствора карбогидразида с концентрацией 108 г/л (при концентрации азотной кислоты 31,5 г/л). Охлаждали содержимое аппарата до 18°C со скоростью 0,2°С/мин и вводили 7 мл 200 г/л раствора аскорбиновой кислоты. При постоянном перемешивании проводили выдержку в течение 20 минут и затем вводили «на зеркало» 5,8 мл 325 г/л раствора гидроксида натрия со скоростью 0,3 мл/мин до концентрации азотной кислоты 154 г/л. Нейтрализацию вели при температуре 18°С и постоянном термостатировании реакционного объема. Концентрации компонентов раствора после нейтрализации и мольное отношение между реагентами приведены в таблицах 29, 30. Суммарный объем раствора составил 90 мл.56 ml of nitric acid solution from the electrolytic dissolution of defective products produced by MOX fuel (obtained 5 hours after dissolution) was taken into the precipitator reactor and was taken into the precipitator reactor. The apparatus received 1.5 ml of a 30% hydrogen peroxide solution, the solution was kept for 20 minutes, then heated to 60 ° C and kept at this temperature for 30 minutes. The solution was cooled to 30 ° C at a rate of 0.5 ° C / min, and 2 ml of a 455 g / L solution of hydrazine nitrate, 17.5 ml of a carbohydrazide solution with a concentration of 108 g / L (at a nitric acid concentration of 31.5 g / l). The contents of the apparatus were cooled to 18 ° C at a rate of 0.2 ° C / min and 7 ml of a 200 g / L ascorbic acid solution were introduced. With constant stirring, the exposure was carried out for 20 minutes and then 5.8 ml of 325 g / l sodium hydroxide solution was introduced into the mirror at a rate of 0.3 ml / min to a nitric acid concentration of 154 g / l. Neutralization was carried out at a temperature of 18 ° C and constant thermostating of the reaction volume. The concentrations of the components of the solution after neutralization and the molar ratio between the reagents are shown in Tables 29, 30. The total volume of the solution was 90 ml.
В течение 30 минут суспензию перемешивали и затем отстаивали в течение 360 минут. Осветленный раствор в количестве 81 мл декантировали. В течение 30 минут промывали осадок металлического серебра 15 мл воды при перемешивании барботажным воздухом, отстаивали и декантировали осветленный промывной раствор аналогично процессу восстановления серебра. Промывной раствор в количестве 15 мл подсоединяли к деканату и после стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии, передавали на последующую статическую экстракцию целевых компонентов. В аппарат принимали 40 мл раствора 441 г/л азотной кислоты и при температуре 50°С вели растворение образовавшегося осадка металлического серебра. Полученный раствор с концентрацией серебра 8,0 г/л возвращали в лабораторную электрохимическую ячейку для использования на следующем цикле растворения бракованной продукции производства МОКС-топлива. Распределение серебра по технологическим продуктам приведено в таблице 31.The suspension was stirred for 30 minutes and then allowed to stand for 360 minutes. The clarified solution in the amount of 81 ml was decanted. Within 30 minutes, the precipitate of metallic silver was washed with 15 ml of water while stirring with bubbling air, the clarified wash solution was defended and decanted similarly to the silver reduction process. The washing solution in the amount of 15 ml was connected to the decanate and, after the plutonium was stabilized in the tetravalent state, was transferred to the subsequent static extraction of the target components. The apparatus received 40 ml of a solution of 441 g / l of nitric acid, and at a temperature of 50 ° C, the formed precipitate of metallic silver was dissolved. The resulting solution with a silver concentration of 8.0 g / L was returned to the laboratory electrochemical cell for use in the next cycle of dissolution of defective products from the production of MOX fuel. The distribution of silver by technological products is shown in Table 31.
В регенерат переведено 93,2% серебра. В результате переработки из 56 мл актиноидсодержащего раствора получен регенерата серебра в объеме 49 мл. Кратность увеличения объема раствора по результатам переработки составила 2,6. Распределение компонентов в продуктах переработки приведено в таблице 32.93.2% of silver was transferred to the regenerate. As a result of processing from 56 ml of actinide-containing solution, a regenerated silver in a volume of 49 ml was obtained. The multiplicity of the increase in the volume of the solution according to the results of processing was 2.6. The distribution of components in processed products is shown in Table 32.
В примере 8 показана возможность регенерации серебра из свежеполученного после электрохимического растворения диоксида плутония (бракованной продукции производства МОКС-топлива). Полученная в аппарате закладка серебра может быть снижена до уровня 1,2-1,4% путем повышения температуры с 50°С до 95°С при его растворении азотной кислотой и увеличения длительности процесса до 60 минут. Минимальное количество закладки серебра в аппарате при этом оценивалось как 0,4-1,0%, что в большей мере определено наличием застойных зон в аппарате, а не отложениями на стенках аппарата.Example 8 demonstrates the possibility of silver recovery from plutonium dioxide freshly obtained after electrochemical dissolution (rejected product from the production of MOX fuel). The silver backfill obtained in the apparatus can be reduced to a level of 1.2-1.4% by increasing the temperature from 50 ° C to 95 ° C when it is dissolved with nitric acid and increasing the duration of the process to 60 minutes. The minimum amount of silver in the apparatus was estimated as 0.4-1.0%, which is largely determined by the presence of stagnant zones in the apparatus, and not by deposits on the walls of the apparatus.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103842A RU2753358C2 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Method for regeneration of silver from actinoid-containing nitric-acid solution |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103842A RU2753358C2 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Method for regeneration of silver from actinoid-containing nitric-acid solution |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020103842A3 RU2020103842A3 (en) | 2021-07-28 |
RU2020103842A RU2020103842A (en) | 2021-07-28 |
RU2753358C2 true RU2753358C2 (en) | 2021-08-13 |
Family
ID=77195706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020103842A RU2753358C2 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Method for regeneration of silver from actinoid-containing nitric-acid solution |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2753358C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD229393A1 (en) * | 1984-12-06 | 1985-11-06 | Mansfeld Kombinat W Pieck Veb | METHOD FOR SEPARATING PALLADIUM AND SILVER FROM WASTE SUBSTANCES |
JPH05171309A (en) * | 1991-12-19 | 1993-07-09 | Hitachi Ltd | Device for removing and recovering noble metal from aqueous solution |
RU2242059C2 (en) * | 2001-11-28 | 2004-12-10 | Джэпэн Ньюклиар Сайкл Дивелопмент Инститьют | Method for separating rare nuclear fission products and their extraction from spent nuclear fuel, application of these products (alternatives) |
RU2618874C1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-05-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Method for silver recovery from nitrate actinoid containing solutions (versions) |
RU2657272C1 (en) * | 2017-05-16 | 2018-06-09 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Горно - Химический Комбинат" (Фгуп "Гхк") | Method for purification of nitric acid-acinoid-containing solutions from silver |
-
2020
- 2020-01-28 RU RU2020103842A patent/RU2753358C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD229393A1 (en) * | 1984-12-06 | 1985-11-06 | Mansfeld Kombinat W Pieck Veb | METHOD FOR SEPARATING PALLADIUM AND SILVER FROM WASTE SUBSTANCES |
JPH05171309A (en) * | 1991-12-19 | 1993-07-09 | Hitachi Ltd | Device for removing and recovering noble metal from aqueous solution |
RU2242059C2 (en) * | 2001-11-28 | 2004-12-10 | Джэпэн Ньюклиар Сайкл Дивелопмент Инститьют | Method for separating rare nuclear fission products and their extraction from spent nuclear fuel, application of these products (alternatives) |
RU2618874C1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-05-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Method for silver recovery from nitrate actinoid containing solutions (versions) |
RU2657272C1 (en) * | 2017-05-16 | 2018-06-09 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Горно - Химический Комбинат" (Фгуп "Гхк") | Method for purification of nitric acid-acinoid-containing solutions from silver |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2020103842A3 (en) | 2021-07-28 |
RU2020103842A (en) | 2021-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2632213C2 (en) | Method and equipment for treatment of sewage waters containing radioactive strontium | |
JP2013046888A (en) | Regeneration method and regeneration apparatus of treatment liquid containing hydrofluoric acid | |
CN115043545B (en) | Magnetic flocculation coupling photocatalysis water purifying method and magnetic flocculation coupling photocatalysis water purifying device | |
RU2753358C2 (en) | Method for regeneration of silver from actinoid-containing nitric-acid solution | |
US4636367A (en) | Removal of radium from aqueous liquids | |
JPS6228089B2 (en) | ||
CN101863570B (en) | Heavy metal-containing wastewater treatment and reuse method and device | |
ZA200906732B (en) | An apparatus for recovering soluble salts | |
US4075277A (en) | Process for recovering molybdenum values from spent catalysts | |
US4565672A (en) | Method for the manufacture of PuO2 -containing crystals | |
KR101764865B1 (en) | Method of treating spent uranium catalyst | |
JP6260900B2 (en) | Radioactive waste liquid treatment method | |
CN108269637A (en) | A kind of spherical shape Nuclear Fuel Element Production Line liquid waste treating apparatus containing organic matter | |
CN111087114A (en) | Treatment method of tantalum-niobium production wastewater | |
KR101925784B1 (en) | Pyroprocessing | |
CN216890431U (en) | High-concentration fluoride removing combined device in industrial wastewater | |
CN104694748A (en) | Method for removing sodium or potassium by electrodialysis in vanadium-containing solution | |
CN211367185U (en) | Processing system of coal gasifier buck | |
RU2657272C1 (en) | Method for purification of nitric acid-acinoid-containing solutions from silver | |
RU2639884C1 (en) | Method of palladium extraction from high-active rafinat of extraction cycle of refined nuclear fuel processing (versions) | |
RU2732081C1 (en) | Method of dissolving plutonium dioxide, mox-fuel scrap and extracting americium | |
US4476101A (en) | Producing ammonium uranate in spherical particulate form | |
RU2632498C2 (en) | Method for extracting metals of platinum group from sediments after clarifying acid dissolution product of voloxidised spent nuclear fuel | |
JP2000095519A (en) | Zinc oxide powder and its synthesis | |
CN115522081B (en) | Method for preparing uranium oxide product from alkaline uranium qualified liquid |