Способ экстракционного извлечения долгоживущих радионуклидов из жидких радиоактивных отходов

 

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ экстракционного извлечения долгоживущих радионуклидов из жидких радиоактивных отходов с использованием многокомпонентного экстрагента, содержащего хлорированный дикарболлид кобальта (ХДК), полиэтиленгликоль (ПЭГ) и циркониевую соль дибутилфосфорной кислоты (Zr-ДБФ) в органическом растворителе при молярном соотношении компонентов в экстрагенте ХДК: Zr-ДБФ: ПЭГ, равном 1:(1-3,5):(0,1-0,5). Преимущество изобретения заключается в удешевлении процесса переработки жидких радиоактивных отходов. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в аналитической химии для выделения и концентрирования элементов. Известны способы переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) с целью выделения долгоживущих радионуклидов, включающие их обработку различными экстрагентами или сорбентами, в которые переходят отдельные долгоживущие радиоактивные элементы [1-4].

Так, например, экстрагент на основе хлорированного дикарболлида кобальта (ХДК) извлекает из радиоактивных отходов только долгоживущие радионуклиды цезия и стронция, экстрагенты на основе фосфорорганических соединений - фосфиноксидов, фосфорорганических кислот и их солей, бидентантных соединений и др. извлекают из ЖРО долгоживущие изотопы плутония, нептуния, америция и кюрия.

Недостатками этих способов является необходимость использования в одном процессе различных экстрагентов или сорбентов, что усложняет переработку ЖРО и требует обеспечения специальных мер по предотвращению взаимного смешения различных экстрагентов. Смешение экстрагентов обычно приводит к резкому снижению извлечения долгоживущих радионуклидов и выходу экстрагентов из строя. Только очень небольшое число экстрагентов позволяет извлекать из ЖРО одновременно изотопы всех указанных выше долгоживущих радионуклидов. Для этой цели, например, предложена смесь двух краун-эфиров и полиалкилфосфонитрильных кислот [4] , но она имеет недостаток в невысокой степени извлечения трансплутониевых элементов (ТПЭ).

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является способ переработки ЖРО по так называемому UNEX процессу [5]. Этот процесс основан на использовании многокомпонентного экстрагента, включающего в себя такие соединения как ХДК, полиэтиленгликоль (ПЭГ), и карбамоилметиленфосфиноксид (КМФО) в органическом растворителе.

Процесс позволяет извлекать из отходов такие долгоживущие радионуклиды как цезий-137, стронций-90, редкоземельные элементы (РЗЭ), актиноиды - уран, плутоний, нептуний и ТПЭ. При этом извлечение нуклидов производится непосредственно из кислых растворов без их предварительной сложной подготовки. Оптимальным в этом экстрагенте является соотношение компонентов - ХДК:ПЭГ: КМФО= 5: 1:1. Экстрагент состава: 0,08 моль/л ХДК, 0,5% ПЭГ-400, 0,02 моль/л КМФО в растворителе ФС-13 извлекает из кислого высокоактивного ЖРО изотопы цезия, стронция и ТПЭ со степенью извлечения более 99%.

Недостатком способа является необходимость использования в экстрагенте сложного по структуре и дорогостоящего компонента (КМФО), что делает процесс переработки ЖРО очень дорогостоящим.

Задачей настоящего изобретения является удешевление процесса переработки ЖРО без ухудшения показателей по извлечению радионуклидов. Поставленная задача достигается использованием для извлечения радионуклидов многокомпонентного экстрагента, представляющего собой раствор ХДК, ПЭГ и циркониевой соли дибутилфосфорной кислоты (Zr-ДБФ) в органическом растворителе при молярном соотношении компонентов ХДК:ПЭГ:Zr-ДБФ=1:(0,1-0,5):(1-3,5).

Экстрагент такого состава извлекает из кислых ЖРО цезий, стронций, актиниды, РЗЭ, ТПЭ, со степенью извлечения большей 99%. Выход за пределы указанных соотношений концентраций компонентов экстрагента приводит к резкому уменьшению степени извлечения отдельных радионуклидов и невозможности одновременного выделения всех вышеуказанных элементов. Максимальная концентрация компонента экстрагента в органическом растворителе определяется величиной его растворимости и необходимостью соблюдения вышеуказанного соотношения и составляет для ХДК - 0,3 моль/л, ПЭГ - 0,15 моль/л, Zr-ДБФ - 1 моль/л. Минимальная концентрация компонентов экстрагента определяется эффективностью извлечения радионуклидов из водного раствора. Эффективное выделение вышеуказанных элементов из незаселенных водных растворов может быть достигнуто экстрагентом, содержащим 0,01 моль/л ХДК, 0,01 моль Zr-ДБФ, 0,001 моль/л ПЭГ. В качестве растворителей компонентов экстрагента могут быть использованы полярные органические растворители или смеси полярного и неполярного органического растворителя. В качестве ПЭГ можно использовать как индивидуальные полиэтиленгликоли, так и смеси замещенных эфиров полиэтиленгликолей, например ОП-10 или Словафол-909. Регенерацию экстрагента осуществляют известными методами, например растворами минеральных кислот с добавками или без добавок органических оснований или растворами солей или комплексонов.

Пример 1. 1 л азотнокислого раствора, содержащего 3 моль азотной кислоты и по 10⁷ Бк цезия-137, стронция-90, европия-152, америция-241, по 10 мг урана, плутония и нептуния контактируют в противотоке на 8 ступенях с 1 л органического раствора состава: 0,1 моль/л ХДК, 0,15 моль/л Zr-ДБФ, 0,03 моль/л Словафола-909, в метанитробензотрифториде. В органический раствор переходит более 99,9% всех вышеуказанных радионуклидов.

Пример 2. 1 л азотнокислого раствора, содержащего 1 моль азотной кислоты и по 10⁷ Бк цезия-134, стронция-90, церия-144, кюрия-244, по 5 мг урана, нептуния и плутония контактируют в противотоке на 24 ступенях с 1 л органического раствора состава: 0,01 моль/л ХДК, 0,01 моль/л Zr-ДБФ, 0,001 моль/л полиэтиленгликоля ПЭГ-300 в нитробензоле. В органический раствор переходит 99,9% долгоживущих радионуклидов.

Пример 3. 1 л азотнокислого раствора, имитирующего по составу высокоактивный рафинат Пурекс процесса, содержащий по 0,5 г железа, никеля, хрома, по 0,2 г цезия, стронция, урана, по 3 г циркония, молибдена, РЗЭ, по 10 м г плутония и нептуния, 10⁶ Бк америция-241, 4 моль азотной кислоты контактируют в противотоке на 8 ступенях с 300 мл органического раствора состава: 0,3 моль/л ХДК, 0,5 моль/л Zr-ДБФ, 0,05 моль/л ОП-10 в смеси ортохлорнитробензол - 60%, тетрахлорэтан - 40%. В органический раствор переходит более 99,9% цезия, стронция, америция, урана, плутония и нептуния. По показателям извлечения долгоживущих радионуклидов предлагаемый способ не уступает прототипу, в то же время применяемый в нем экстрагент значительно дешевле экстрагента, используемого в прототипе.

Пример 4. 5 мл экстрагента, содержащего ХДК, Zr-ДБФ и Словафол-909 в метанитробензотрифториде, контактировали 10 мин. с 5 мл водного раствора, состав которого приведен в примере 3. Степени извлечения цезия, стронция и америция в экстрагент приведены в таблице.

Источники информации 1. В.Б.Шевченко Химическая технология облученного ядерного топлива. М., 1971.

2. А. С. Никифоров, В.В.Куличенко. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., 1985.

3. Радиохимия-2000: Тезисы докладов (28 ноября - 1 декабря 2000 г.), СПб.

4. Химия и технология экстракции, т.2: Сб. научных трудов / РХТУ им. Д. И.Менделеева, М., 2001, с.41-63.

5. SOLVENT EXTRACTION AND ION EXCHANGE. 19(1), p.1-36 (2001).

Формула изобретения

1. Способ экстракционного извлечения долгоживущих радионуклидов из жидких радиоактивных отходов с использованием многокомпонентного экстрагента, содержащего хлорированный дикарболлид кобальта (ХДК), полиэтиленгликоль (ПЭГ) и фосфорорганическое соединение в органическом растворителе, отличающийся тем, что в качестве фосфорорганического соединения используют циркониевую соль дибутилфосфорной кислоты (Zr-ДБФ), а молярное соотношение компонентов в экстрагенте ХДК:Zr-ДБФ:ПЭГ равно 1:(1-3,5):(0,1-0,5).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют полярный органический растворитель или смесь полярного и неполярного растворителя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрации хлорированного дикарболлида кобальта, циркониевой соли дибутилфосфорной кислоты и полиэтиленгликоля в экстрагенте составляют 0,01-0,3 моль/л, 0,01-1 моль/л, 0,001-0,15 моль/л соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.01.2007        БИ: 03/2007

---