Способ сорбционного извлечения пятивалентного нептуния из водных растворов

 

Изобретение относится к химии трансурановых элементов и может быть использовано для сорбциоцного извлечения пятивалентного нептуния из водных растворов для аналитических и технологических целей. Результат способа - повышение степени извлечения нептуния. В качестве сорбента применяют волокнистый комплексообразующий сорбент марки ПОЛИОРГС с группами гидразидина и амидоксима. Сорбент используют в виде нетканого волокна. Сорбцию нептуния (V) ведут из солевых водных растворов при рН 4-10. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к химии трансурановых элементов и может быть использовано для сорбционного извлечения пятивалентного нептуния из водных растворов для аналитических и технологических целей. Известны способы ионообменного выделения нептуция [1÷5]. При этом учитываются следующие условия: 1) существование в растворах определенных валентных форм нептуния; 2) подбор соответствующих окислителей-восстановителей для стабилизации валентных форм нептуния; 3) выбор среды, удобной для процесса выделения; 4) подбор сорбентов для выделения.

Нептуний во всех валентных состояниях способен сорбироваться катионитами из растворов разбавленных кислот. Чаще всего используют катиониты с сильнокислотными активными сульфогруппами (КУ-1, КУ-2, Дауэкс-50, Амберлит IR-120 и др. ) [1]. Однако селективность сорбции нептуния на катионитах невелика. Сорбция нептуния в различных валентных состояниях при катионном обмене снижается в ряду: Np(IV)>Np(III)>Np(VI)>Np(V) [1]. Нептуний (VI) легко восстанавливается катионитами до пятивалентного состояния. Сорбцию на катионитах часто используют для очистки 0,3÷1,0 М азотнокислых растворов нептуния (V). Нептуний при этом остается в фильтрате, а большинство прочих элементов поглощается катионитами. Для выделения нептуния чаще применяют анионообменный метод вследствие его большей селективности по сравнению с катионным обменом. Анионные комплексы нептуния, образуемые с нитрат - и хлорид-ионами, хорошо сорбируются на анионитах: Дауэкс-1, Дауэкс-2, AM, АВ-17, ВП - 1Ап, ВП - 3Ап и др. [1÷5]. Сорбция нептуния при анионном обмене падает в ряду: Np(IV)>Np(VI)>Np(III)>Np(V), который соответствует ряду ослабления комплексообразующих свойств ионов актиноидов [1]. Нептуний (VI) сорбируется из растворов 6 М НСl, а нептуний (IV) - из растворов 4 М НСl. Из азотнокислых растворов нептуний (IV) сорбируется на анионитах при кислотности 2 М, количественно - при кислотности 4 М, нептуний (VI) частично сорбируется из растворов 4÷14 М НNO₃. Недостатком известных анионообменных процессов извлечения нептуния является высокая концентрация кислот, необходимая для проведения процесса извлечения.

Нептуний - единственный актиноидный элемент (если не считать протактиния), для которого пятивалентное состояние является наиболее устойчивым в водном растворе. Пятивалентный нептуний характеризуется слабой способностью к извлечению из водных растворов известными экстракционными и сорбционными способами [1], что делает их практически непригодными. Способов сорбционного извлечения нептуния (V) комплексообразующими сорбентами не существует.

Целью изобретения является повышение степени извлечения пятивалентного нептуния из водных растворов, что осуществляется путем применения в качестве сорбционного материала волокнистого комплексообразующего сорбента марки ПОЛИОРГС. Способ позволяет практически полностью очищать водные растворы от пятивалентного нептуния (степень извлечения нептуния за 5÷15 минут сорбции составляет не менее 99%). Это достигается тем, что в качестве сорбента применяют волокнистый комплексообразующий сорбент марки полиоргс с группами гидразидина и амидоксима. Сорбент используют в виде нетканого волокна. Сорбцию нептуния (V) ведут из солевых водных растворов при pH 4÷10. Эффективность способа иллюстрируется примерами.

Пример 1. В работе использовали сорбенты в виде нетканого волокна. Сорбент предварительно оставляли для набухания в дистиллированной воде на 0,5÷1 часа, затем проводили сорбцию. С этой целью сорбент приводили в контакт с исходным раствором нептуния (V) с концентрациями от 1 до 10 мг/л. Сорбцию в статических условиях проводили перемешиванием с помощью вибратора при соотношении объема раствора к массе сорбента 100:1. Время контакта фаз составляло от нескольких минут до 24 часов. Корректировку pH растворов проводили путем добавления растворов HNO₃ и NaOH. Исследование сорбции нептуния в статических условиях из незасоленных водных растворов при различных величинах pH показало, что оптимальным интервалом pH является интервал pH от 4 до 10 (степень извлечения нептуния не менее 99%).

Пример 2. В условиях примера 1 проводили сорбцию нептуния (V) из солевых водных растворов. Опыт показал, что при солесодержании (каждой из солей NaNO₃; Na₂CO₃; NaCl; Na₂SO₄ до 20 г/л) нептуний практически полностью извлекается сорбентом. Степень сорбции нептуния (V) составляет более 90%. Способ позволяет извлекать нептуний из сильнозасоленыe водных растворов, какими являются, например, воды подземных скважин.

Пример 3. В условиях примера 1 проводили сорбцию нептуния (V) в зависимости от времени контакта фаз. Степень извлечения нептуния (V) за 5÷15 минут не менее 99%.

Пример 4. В условиях опыта 1 проводили извлечение нептуния (V) в динамических условиях, пропуская раствор через сорбционную колонку. Было определено, что достаточно пропустить не менее 250 колоночных объема раствора до полного истощения сорбента (при условии скорости пропускания раствора 1 мл/мин; исходной концентрации нептуния (V) 1÷10 мг/л; pH раствора 7÷8,2).

Десорбцию нептуния из волокнистого комплексообразующего сорбента осуществляли раствором азотной кислоты с концентрацией 3 моль/л, выбранной на основе опытных данных по десорбции при различной концентрации кислоты, с дальнейшей промывкой сорбента дистиллированной водой от остаточной кислотности до нейтральных промывных вод. Полнота десорбции нептуния не менее 99%. Обменная емкость сорбента и его вес незначительно изменялись после 6 циклов "сорбции-десорбции-промывки". Исследование десорбции нептуния в динамических условиях показало, что полное вымывание нептуния происходит при пропускании через слой сорбента не менее 3-кратного объема азотной кислоты (по отношению к объему колонки) с концентрацией 3 моль/л; со скоростью 0,1 мл/см²•мин (концентрирование нептуния в элюате).

Источники информации 1. В.А. Михайлов. Аналитическая химия нептуния. М.: Наука. 1971, с.222.

2. В.И. Землянухин, Е.И. Ильенко, А.Н. Кондратьев и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1989, с.280.

3. Б. В. Громов, В.И. Савельева, В.Б. Шевченко. Химическая технология облученного ядерного топлива. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.352.

4. В. И. Анисимов, А.Г. Козлов, В.П. Ланин и др. Анионообменный аффинаж плутония и нептуния, выделенных при экстракционной переработке твэлов ВВЭР. Атомная энергия. 1977, т. 42, вып.3, с. 191÷195.

5. В. И. Парамонова. Разделение и выделение плутония и нептуния сорбционным методом из различных сред. Радиохимия. 1975, т. 17, вып.6, с. 944÷951.

Формула изобретения

1. Способ сорбционного извлечения пятивалентного нептуния из водных растворов, отличающийся тем, что в качестве сорбента применяют волокнистый комплексообразующий сорбент марки ПОЛИОРГС с группами гидразидина и амидоксима.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что использован сорбент в виде нетканого волокна.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбцию нептуния (V) ведут из солевых водных растворов при рН 4-10.