Способ очистки препарата радионуклида никеля-63

 

Изобретение относится к радиохимии. Способ очистки препарата радионуклида никеля-63 заключается в получении раствора его нитрата, содержащего аммиак с концентрацией не менее 4 моль/л. В раствор вводят нитрат железа (III) в количестве, соответствующем массовому отношению Fe:Ni=0,01-0,03. Отделяют раствор от осадка. ⁶³Ni осаждают в присутствии пероксида водорода с концентрацией 0,01-0,1 моль/л в виде перхлората гексамминникеля. Для этого вводят перхлорат натрия или аммония при соотношении молярных концентраций перхлорат-ионов и никеля в интервале 10-20. Отделяют маточный раствор от осадка. Промывают осадок раствором с концентрациями в нем аммиака не менее 4 моль/л, перхлорат-ионов 0,5-2 моль/л, пероксида водорода 0,01-0,1 моль/л с последующим отделением промывного раствора. Осадок растворяют в азотной кислоте с концентрацией 0,5-2 моль/л при молярном соотношении количеств кислоты и никеля 8-10. ⁶³Ni сорбируют из полученного раствора на сильнокислом катионите Dowex-50. Сорбент последовательно промывают водой и раствором соляной кислоты с концентрацией 0,3-0,5 моль/л. Десорбируют Ni раствором соляной кислоты с концентрацией 4-6 моль/л. Способ позволяет очистить ⁶³Ni от присутствующих в материале помимо радионуклидов кобальта радиоактивных примесей цезия, бария, европия, церия, рутения, йода, серебра, ниобия, хрома, марганца. 5 табл.

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в химической технологии и аналитической химии.

Известен способ очистки препарата радионуклида ⁶³Ni [Е.В. Егоров, С.Б. Макарова Ионный обмен в радиохимии. М.: Атомиздат 1971, с 368]. Способ включает операции растворения облученного материала в 12 моль/л соляной кислоте и сорбции из полученного раствора радионуклидов кобальта на сильноосновном анионите Dowex-1.

Недостатком способа является невозможность очистки ⁶³Ni от присутствующих в облученном материале, помимо радионуклидов кобальта, радиоактивных примесей ^134,137Cs, ¹⁴⁰Вa, ^152,154Еu, ¹⁴⁴Се, ^103,106Ru, ¹³¹I, ^110mAg, ⁹⁵Nb, ⁵¹Сr, ⁵⁴Мn. Указанный недостаток обусловлен низкими коэффициентами распределения данных элементов на анионите. Другим недостатком способа является использование концентрированной соляной кислоты, вызывающей коррозию защитного оборудования ("горячие" камеры и боксы), изготовленного из нержавеющей стали.

Для очистки препарата радионуклида ⁶³Ni от вышеуказанных и ряда других примесей и снижения степени коррозионного воздействия процесса очистки на оборудование из нержавеющей стали получают раствор нитратов никеля и примесных радионуклидов, содержащий аммиак с концентрацией не менее 4 моль/л, вносят в полученный раствор нитрат железа (III) в количестве, соответствующем массовому отношению Fe:Ni=0,01-0,03, отделяют раствор от осадка, в раствор вносят пероксид водорода до достижения его концентрации в растворе 0,01-0,1 моль/л и перхлорат натрия или аммония в количестве, соответствующем соотношению молярных концентраций перхлорат-ионов и никеля в интервале 10-20, отделяют образовавшийся осадок перхлората гексамминникеля от маточного раствора и промывают осадок раствором с концентрациями в нем: аммиака - не менее 4 моль/л, перхлорат-ионов - 0,5-2 моль/л, пероксида водорода - 0,01-0,1 моль/л, промытый осадок растворяют в азотной кислоте с концентрацией 0,5-2 моль/л, причем объем кислоты определяют из расчета соотношения количеств (в моль) азотной кислоты и никеля 8-10, контактируют полученный раствор с сильнокислым катионитом Dowex-50 (сорбция ⁶³Ni), после чего сорбент последовательно промывают водой и раствором соляной кислоты с концентрацией 0,3-0,5 моль/л и переводят поглощенный сорбентом ⁶³Ni в раствор (десорбция) соляной кислотой с концентрацией 4-6 моль/л.

Наличие операции получения раствора нитрата никеля, содержащего аммиак в указанных концентрациях, обеспечивает высокие показатели очистки и выхода ⁶³Ni при проведении последующих операций осаждения гидроксида железа и перхлората гексамминникеля.

Минимальная концентрация аммиака определяется снижением выхода ⁶³Ni при проведении последующих операций вследствие его соосаждения с гидроксидом железа и неполноты осаждения перхлората гексамминникеля. Максимальная концентрация никеля определяется растворимостью его комплексных соединений с аммиаком.

Наличие операций осаждения гидроксида железа посредством введения в аммиачный раствор ⁶³Ni нитрата железа (III) и последующего отделения раствора от осадка позволяет снизить в 100-300 раз содержание в растворе радионуклидов ^{152,154 ,156}Еu, ¹⁴⁴Се, ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ⁴⁶Sc, ⁵⁹Fe. Коэффициенты очистки раствора от примесей ⁵¹Сr, ⁵⁴Mn, ^124,125Sb составляют 10-20. Примеси радионуклидов ²⁴Na, ^134,137Cs, ¹⁴⁰Ва, ¹³¹I, ^110mAg, ^103,106Ru. ⁶⁵Zh, ^115,115mCd, ^58,60Co, ⁶⁷Cu на стадии осаждения гидроксида железа практически не отделяются от ⁶³Ni.

Минимальная масса вносимого в раствор железа (III) определяется снижением степени очистки ⁶³Ni. Максимальная масса вносимого в раствор железа (III) определяется снижением выхода в раствор ⁶³Ni.

Наличие операций осаждения перхлората гексамминникеля посредством введения в аммиачный раствор ⁶³Ni перхлората натрия или аммония и пероксида водорода, а также последующего отделения раствора от осадка позволяет снизить в 50 и более раз содержание в ⁶³Ni радионуклидов ²⁴Na, ^134,137Cs, ¹⁴⁰Ва, ¹³¹I, ^103,106Ru, ^110mAg, ⁶⁷Сu, ⁵¹Cr, ^58,60Со. В отсутствие пероксида водорода очистки ⁶³Ni от примесей ^58,60Co и ⁵¹Сr не происходит. Примеси ⁶⁵Zn, ^115mCd частично соосаждаются с перхлоратом гексамминникеля, коэффициент очистки ⁶³Ni от данных примесей составляет около 10.

Минимальная концентрация пероксида водорода определяется снижением коэффициента очистки ⁶³Ni от примесей ^58,60Co и ⁵¹Сr. Максимальная концентрация пероксида водорода определяется снижением выхода ⁶³Ni в осадок. Минимальная концентрация перхлорат-ионов определяется снижением выхода ⁶³Ni в осадок. Максимальная концентрация перхлоратионов также определяется снижением выхода ⁶³Ni в осадок вследствие соответствующего снижения концентрации аммиака.

Наличие операций промывки осадка перхлорида гексамминникеля раствором, содержащим не менее 4 моль/л аммиака, перхлорат-ионы в интервале 0,5-2 моль/л и 0,01-0,1 моль/л пероксида водорода и последующего отделения раствора от осадка позволяет дополнительно снизить содержание в ⁶³Ni вышеуказанных радионуклидов.

Интервалы концентраций аммиака и перхлорат-ионов определяются снижением выхода ⁶³Ni в осадок. Минимальная концентрация пероксида водорода определяется снижением коэффициента очистки ⁶³Ni от примеси ^58,60Со. Максимальная концентрация пероксида водорода определяется снижением выхода ⁶³Ni в осадок.

Наличие операции растворения осадка перхлората гексамминникеля в азотной кислоте обеспечивает получение раствора ⁶³Ni с оптимальными для его последующей сорбции концентрациями ионов водорода и аммония.

Минимальная концентрация азотной кислоты и минимальное молярное соотношение количеств кислоты и никеля определяются снижением полноты растворения осадка перхлората гексамминникеля. Максимальные значения данных параметров определяются снижением коэффициента распределения никеля на сильнокислом катионите Dowex-50.

Наличие операций контактирования раствора с сильнокислым катионитом Dowex-50 и последующей промывки сорбента водой позволяет отделить ⁶³Ni от примеси радионуклида ¹³¹I, а также перхлорат- и нитрат-ионов.

Наличие операции промывки сорбента раствором соляной кислоты с концентрацией 0,3-0,5 моль/л позволяет перевести в раствор примеси радионуклидов ¹³¹I, ^103,106Ru, ^115,115mСd и ионы аммония.

Минимальная концентрация соляной кислоты определяется снижением коэффициента очистки ⁶³Ni от вышеуказанных примесей. Максимальная концентрация соляной кислоты определяется увеличением потерь ⁶³Ni в промывной раствор.

Наличие операции контактирования сорбента с раствором 4-6 моль/л соляной кислоты (десорбция) позволяет перевести в раствор поглощенный сорбентом ⁶³Ni и тем самым получить конечную форму препарата радионуклида ⁶³Ni.

Минимальная концентрация соляной кислоты определяется снижением степени десорбции ⁶³Ni. Максимальная концентрация соляной кислоты определяется увеличением ее коррозионной активности.

1) Препарат радионуклида ⁶³Ni получили облучением в реакторе СМ-3 (ГНЦ РФ НИИАР) обогащенного по изотопу ⁶²Ni (97,0% атомн.) металлического никеля массой 2,23 г. Облученный никель растворили при нагревании в азотной кислоте с концентрацией 8 моль/л. Радионуклидный состав полученного раствора представлен в табл.1.

2) Полученный раствор ввели при перемешивают сжатым воздухом в раствор аммиака с концентрацией 10 моль/л. Получено 0,90 л аммиачного раствора ⁶³Ni. В данный раствор ввели при перемешивании 0,06 г железа (III) в виде раствора его нитрата в 2 моль/л HNO₃. После перемешивания в течение 15 мин осадок отделили фильтрованием через бумажный фильтр. Распределение радионуклидов на стадии осаждения гидроксида железа (III) представлено в табл. 2 3) В аммиачный раствор ⁶³Ni после отделения от осадка гидроксида железа ввели 6 моль/л раствор NaClO₄ и 30% раствор пероксида водорода. Концентрация пероксида водорода составила 0,05 моль/л; соотношение молярных концентраций перхлорат-ионов и никеля - 20. Осадок перхлората гексамминникеля выдержали под слоем маточного раствора в течение 10 часов. Маточный раствор отделили от осадка при помощи фильтрования через лавсановую мембрану. Осадок промыли раствором с концентрациями в нем аммиака 8 моль/л, перхлората натрия 1,5 моль/л и пероксида водорода 0,02 моль/л. Маточный раствор отделили от осадка при помощи (фильтрования через лавсановую мембрану. Получено 1,0 л маточного и 0,45 л промывных растворов. Распределение радионуклидов на стадии осаждения и промывки осадка перхлората гексамминникеля представлено в табл. 3.

4) Осадок перхлората гексамминникеля растворили в 0,35 л азотной кислоты с концентрацией 1 моль/л (молярное соотношение количеств кислоты и никеля - 9,7). Сорбцию ⁶³Ni проводили на колонке, содержащей 100 см³ катионита Dowsx-50 (размер частиц 100-200 меш); скорость протекания растворов поддерживали равной 1 мл/см²•мин; температура (23±2)^oC. Колонку промыли 0,40 л воды и 0,9 л соляной кислоты с концентрацией 0,5 моль/л. Десорбцию ⁶³Ni провели 0,30 л соляной кислоты с концентрацией 4 моль/л. Распределение радионуклидов на стадиях сорбции, промывки и десорбции представлено в табл. 4.

Выход радионуклида ⁶³Ni после проведения его очистки по предлагаемому способу составил не менее 99%. Коэффициенты очистки конечного препарата ⁶³Ni от рационуклидных примесей относительно раствора облученного материала представлены в табл. 5.

Как видно из табл. 5., заявленный способ обеспечивает высокие показатели выхода ⁶³Ni и степени его очистки от радионуклидных примесей.

Формула изобретения

Способ очистки препарата радионуклида никеля-63, заключающийся в получении раствора его нитрата, содержащего аммиак с концентрацией не менее 4 моль/л, введении в раствор нитрата железа (Ш) в количестве, соответствующем массовому отношению Fe:Ni=0,01-0,03, с последующим отделением раствора от осадка, осаждении ⁶³Ni в присутствие пероксида водорода с концентрацией 0,01-0,1 моль/л в виде перхлората гексамминникеля посредством введения перхлората натрия или аммония при отношении молярных концентраций перхлорат-ионов и никеля в интервале 10-20, отделении маточного раствора от осадка, промывке осадка раствором с концентрациями в нем аммиака не менее 4 моль/л, перхлорат-ионов 0,5-2 моль/л, пероксида водорода - 0,01-0,1 моль/л с последующим отделением промывного раствора, растворении осадка в азотной кислоте с концентрацией 0,5-2 моль/л при молярном отношении количеств кислоты и никеля 8-10, сорбции ⁶³Ni из полученного раствора на сильнокислом катионите Dowex-50, последовательной промывке сорбента водой и раствором соляной кислоты с концентрацией 0,3-0,5 моль/л и десорбции ⁶³Ni раствором соляной кислоты с концентрацией 4-6 моль/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2