Исследование процесса соосаждения америция-241 с оксалатом кальция



жүктеу 53.59 Kb.
Дата28.04.2016
өлшемі53.59 Kb.
түріИсследование
: archive
archive -> Аббат Гибур
archive -> Панюта Светлана Игоревна Аспирантка Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия Назидательная сказка
archive -> Святые ислама
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СООСАЖДЕНИЯ АМЕРИЦИЯ-241

С ОКСАЛАТОМ КАЛЬЦИЯ
Скрипников В.В., Житков С.А., Селявский В.Ю.

ОАО «Сибирский химический комбинат», г. Северск
Производственная деятельность Сибирского химического комбината связана с образованием и накоплением радиоактивных отходов (РАО), требующих дальнейшей переработки и захоронения.

Актуальность проблемы переработки высокоактивных отходов (ВАО) обусловлена, прежде всего, растущими требованиями экологической безопасности (снижение активности ВАО и перевод радионуклидов в состояние, гарантирующее безопасное хранение, которое предотвращает миграцию в окружающую среду), а так же возможностью практического использования искусственных радиоактивных элементов. Уникальные ядерно-физические свойства америция-241 (практически моноэнергетическое α- и γ-излучение) находят широкое применение в качестве источников ионизационного излучения. Как источник мягкого γ-излучения, а в смеси с бериллием и бором как источник быстрых нейтронов (ИБН) америций-241 превосходит другие подобные радионуклиды с точки зрения стоимости, удобства обращения, спектральной чистоты и времени жизни.

Все возрастающая потребность в изотопе америция-241 требует интенсивной разработки технологических схем его извлечения из различных продуктов радиохимического и металлургического производства (мировая потребность в америции-241 составляет 1…2 кг в год).

В настоящее время активно изучаются различные способы переработки ВАО, но сложный химический и радиохимический состав растворов, образующихся в процессе производственной деятельности, определяет необходимость проведения широкого круга исследований, необходимых для создания способов выделения америция-241 из реальных растворов.

Поиск новых систем и методов с целью выработки технологически приемлемых решений для выделения и разделения радионуклидов из радиоактивных отходов является актуальной задачей и в настоящее время активно ведется во многих странах мира.

Большинство из описанных в литературе процессов выделения америция предназначены скорее для получения концентратов с целью последующего захоронения или трансмутации. Экстракционные и сорбционные методы – одни из наиболее привлекательных, но эти процессы требуют сложного и дорогостоящего оборудования. Селективное выделение америция из растворов имеющих сложный химический и радиохимический состав этими методами достаточно проблематично.

Методы осаждения или соосаждения с носителями, наиболее приемлемые для адаптации в действующих производствах. Проведенные исследования с использованием метода соосаждения с носителем (кальцием), показали возможность очистки растворов от америция. Исходя из этого, были проведены эксперименты по влиянию:

- концентрации кальция на извлечение америция-241;

- избыточного содержания Н2С2О4 (относительно стехиометрического соотношения к кальцию) на извлечение америция-241.

Для проведения исследований был смоделирован возможный химический состав РАО, представленный в таблице (как правило макрокомпанентами в таких растворах являются такие элементы как Fе, Mg, Al и F).

Таблица – Химический состав исследуемого раствора


Компонент

Концентрация, г/дм3

Алюминий

1,0

Америций

40,310-3

Железо

0,5

Магний

2,0

Никель

0,2

Фтор

0,5


1 Влияние концентрации кальция на извлечение америция-241
При выполнении исследований брали по 0,2 дм3 раствора и вводили Ca(NO3)24Н2О из расчета содержания кальция в растворе: 1) 1 г/дм3; 2) 2 г/дм3;
3) 3 г/дм3; 4) 4 г/дм3; 5) 5 г/дм3. Затем в раствор добавляли щавелевую кислоту. Навески в виде кристаллогидрата Н2С2О4·2Н2О рассчитывались в стехиометрическом количестве по отношению к кальцию с избытком 5 г/дм3: 1) 2,03 г на 1 г/дм3 по Са;
2) 2,66 г на 2 г/дм3 по Са; 3) 3,29 г на 3 г/дм3 по Са; 4) 3,92 г на 4 г/дм3 по Са; 5) 4,55 г на 5 г/дм3 по Са.

Для нейтрализации раствора до рН = 1,1…1,3 (~0,08…0,05 моль/дм3) использовали раствор NaOH (контроль значений рН выполняли используя иономер «Анион-410»). Выделение америция-241 проводили при комнатной температуре. Осадок отфильтровали, отобрали пробу и проанализировали на содержание америция-241.

Результаты исследований представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зависимость остаточного содержания америция-241 в маточном растворе от концентрации кальция


Как следует из представленных экспериментальных данных на рисунке 1, при содержании америция-241 40,310-3 г/дм3, с увеличением концентрации кальция концентрация америция-241 в маточном растворе уменьшается, достигая минимального значения 0,04410-3 г/дм3 при концентрации кальция 5 г/дм3, извлечение америция в осадок на 99 % наблюдается при концентрации кальция не менее 4 г/дм3.

2 Влияние концентрации избыточного содержания Н2С2О4 (относительно стехиометрического соотношения к кальцию) на извлечение америция-241
При выполнении исследований брали по 0,2 дм3 раствора и вводили Ca(NO3)24Н2О до содержания 5 г/дм3. Затем в раствор добавляли щавелевую кислоту в виде Н2С2О42Н2О, в заданном количестве по отношению к содержанию Са от 0 до 20 г/дм3. Количество Н2С2О4 в растворе составляло: 1) 3,15 г на 5 г/дм3 по Са (стехиометрическое отношение к Са); 2) 4,55 г на 5 г/дм3 по Са (избыток 5 г/дм3);
3) 5,95 г на 5 г/дм3 по Са (избыток 10 г/дм3); 4) 8,75 г (избыток 20 г/дм3).

Для нейтрализации раствора до рН 1,1…1,3 (~ 0,08…0,05 моль/дм3) использовали раствор NaOH (контроль значений рН выполняли, используя иономер «Анион-410»). Выделение америция-241 проводили при комнатной температуре. Осадок отфильтровали, отобрали пробу и проанализировали на содержание америция-241.

Результаты исследований представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимость содержания америция-241 в маточнике от

избыточной концентрации Н2С2О4
Как следует из представленных экспериментальных данных на рисунке 2, при содержании америция-241 40,310-3 г/дм3, с увеличением концентрации избытка щавелевой кислоты концентрация америция-241 в маточном растворе уменьшается, достигая минимального значения 0,0210-3 г/дм3 при концентрации избытка щавелевой кислоты 20 г/дм3.

Таким образом, в ходе выполнения работы показана возможность соосаждения америция с оксалатом кальция. Используя метод оксалатного соосаждения возможно глубокое извлечение америция из растворов имеющих сложный химический состав. Показано, что степень извлечения америция-241 зависит от:

- концентрации кальция в растворе. При изменении содержания Са от 1 до 5 г/дм3 концентрация америция-241 в маточных растворах снизилась с 7,710-3 г/дм3 до 0,04410-3 г/дм3;

- щавелевой кислоты. При увеличении избыточного содержания Н2С2О4 от 0 до 20 г/дм3, концентрация америция-241 в маточном растворе составила от 2,310-3 до 0,0210-3 г/дм3 соответственно.

Исходя из полученных результатов, работа является перспективной и требует дальнейшего продолжения.
Список литературы
1 Матюха В.А., Карелин А.И. Оксалатные соединения лантаноидов и актиноидов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 208 с.

2 Гельман А.Д., Москвин А.И. и др. Комплексные соединения трансурановых элементов. – М.: Академия наук СССР, 1961. – 223 с.



3 Гленн Т. Сиборг, Джозеф Д. Кац. Химия актинидных элементов. – М.: Атомиздат, 1960. – 542 с.

4 Фрумина Н.С., Кручкова Е.С., Муштакова С.П. Аналитическая химия кальция. – М.: Наука, 1974. – 252 с.



©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет