способ разделения радионуклидов серебра и кадмия

Формула изобретения

1. Способ разделения радионуклидов серебра и кадмия, заключающийся в получении раствора их нитратов, содержащего азотную кислоту с концентрацией 0,1-2 моль/л и нитрат гидразония с молярной концентрацией, равной или превышающей молярную концентрацию серебра, осаждении серебра посредством контактирования полученного раствора с углеродным сорбентом СНК, отделении маточного раствора от твердой фазы, промывке твердой фазы раствором 0,1-2 моль/л азотной кислоты, содержащей не менее 0,01 моль/л нитрата гидразония, и отделении промывного раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение серебра из раствора проводят на модифицированном углеродном сорбенте СНК.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ экстракционного разделения радионуклидов серебра и кадмия [Левин В.И. Получение радиоактивных изотопов. - М.: Атомиздат, 1972, с.182], включающий операции получения раствора разделяемых элементов в смеси роданида аммония и ацетата натрия, экстракции кадмия смесью пиридина с хлороформом, реэкстракции кадмия раствором азотной кислоты. Недостатками данного способа являются неполное разделение компонентов, а также сложность его реализации в дистанционных условиях (“горячие” камеры и боксы).

Известен способ ионообменного разделения радионуклидов серебра и кадмия [Разбаш А.А., Севастьянов Ю.Г., Маклачков А.Г., Алексеева Л.Г., Радиохимия, 1981, т. 23, №3, с.442], включающий операции получения раствора разделяемых элементов в смеси азотной и плавиковой кислот, их сорбции на сильнокислом катионите КРС-8п, элюировании кадмия раствором плавиковой кислоты, десорбции серебра раствором азотной кислоты. Недостатками данного способа являются неполное разделение компонентов, а также использование агрессивных растворов, вызывающих коррозию защитного оборудования (“горячие” камеры и боксы), изготовленного из нержавеющей стали.

Вышеуказанные недостатки устраняются в заявляемом способе тем, что для разделения радионуклидов серебра и кадмия получают раствор нитратов разделяемых элементов в смеси азотной кислоты и нитрата гидразония (азотнокислая соль гидразина, N₂H₅NO₃) с концентрацией реагентов в растворе: азотной кислоты от 0,1 до 2 моль/л; нитрат гидразония с молярной концентрацией, равной или превышающей молярную концентрацию серебра, осаждают серебро путем контактирования полученного раствора с углеродным сорбентом СКН или с одной из ниже перечисленных его модификаций: СКНк, СКН-1М, СКН-2М, СКН-3М, СКH-4М, СКН-1к, СКН-2к, СКНо-1, СКНо-4 (название сорбента СКН и его модификаций приведено в соответствии с ТУ 95.834-81), отделяют маточный раствор от твердой фазы (смесь сорбента и металла), промывают твердую фазу раствором, содержащим азотную кислоту с концентрацией 0,1-2 моль/л и нитрат гидразония с концентрацией не менее 0,01 моль/л, и отделяют промывной раствор.

Распределение радионуклидов серебра и кадмия по заявляемому способу достигается вследствие перехода из раствора серебра в твердую фазу в процессе контактирования раствора с сорбентом. При концентрации в растворе серебра около 0,005 моль/л и более образовавшийся металл обнаруживается визуально (легко отделяющиеся от сорбента гранулы светлого цвета).

После отделения от твердой фазы промывной раствор объединяют с маточным раствором. Полученный раствор содержит не менее 99% радионуклидов кадмия и не более 1% серебра (относительно их исходных количеств). Металлическое серебро переводят в раствор известными из научно-технической литературы способами, например, обработкой твердой фазы раствором азотной кислоты.

Наличие операции получения раствора нитратов серебра и кадмия, содержащего азотную кислоту и нитрат гидразония в указанных концентрациях, обеспечивает высокие показатели выхода разделяемых элементов (и, следовательно, степени их взаимной очистки) при последующем контакте раствора с указанными сорбентами.

Минимальная концентрация азотной кислоты определяется увеличением поглощения кадмия указанными сорбентами, что приводит к снижению его выхода в маточный раствор. Максимальная концентрация азотной кислоты определяется снижением полноты выделения серебра в твердую фазу, что приводит к снижению его выхода. Минимальная концентрация нитрата гидразония также определяется снижением полноты выделения серебра в твердую фазу. Максимальные концентрации нитратов кадмия, серебра и гидразония определяются растворимостью данных соединений.

Наличие операции контакта раствора с углеродным сорбентом СКН или одной из вышеуказанных его модификаций позволяет выделить в твердую фазу радионуклиды серебра, что обеспечивает их отделение от остающегося в растворе кадмия.

Наличие операции промывки твердой фазы раствором смеси азотной кислоты и нитрата гидразония позволяет извлечь содержащийся в порах сорбента и металлического осадка маточный раствор, что увеличивает выход кадмия. Минимальная концентрация азотной кислоты определяется увеличением поглощения кадмия указанными сорбентами, что приводит к снижению его выхода в промывной раствор. Максимальная концентрация азотной кислоты определяется снижением полноты выделения серебра в твердую фазу, что приводит к снижению его выхода. Минимальная концентрации нитрата гидразония определяется увеличением содержания серебра в промывном растворе.

Из научно-технической литературы известно использование гидразина для осаждения серебра из его растворов в виде металла. При этом также известно, что высокий выход серебра в металл достигается только в щелочной среде (на практике осаждение проводят из аммиачных растворов). В кислых средах эффективность гидразина в качестве восстановителя ионов серебра значительно ниже. Так, если в среде 0,01 моль/л НNО₃ выход металла на уровне 98% возможен за счет использования большого избытка нитрата гидразония ([N₂H₅NO₃]/[Ag⁺]20), то при концентрации азотной кислоты 0,1 моль/л и более выход металла не превышает 5% при любой концентрации N₂H₅NO₃. Следовательно, в отсутствие указанных сорбентов разделение радионуклидов серебра и кадмия не достигается.

1) Kристаллические нитраты серебра и кадмия, содержащие радионуклиды ^110mAg и ^115mCd, растворили в 0,30 моль/л азотной кислоте, в раствор ввели нитрат гидразония (в виде его 7 моль/л раствора). Концентрации pеагентов в полученном растворе составили: азотная кислота - 0,25 моль/л; нитрат серебра - 0,05 моль/л; нитрат кадмия - 0,01 моль/л; нитрат гидразония - 0,1 моль/л.

Аликвоты данного раствора контактировали с воздушно-сухими сорбентами СКН (размер частиц 0,3-0,4 мм) и СКНо-1 (размер частиц 0,25-0,30 мм) массой 0,100 г. Температура растворов составляла 23С. Распределение радионуклидов в процессе их разделения по заявляемому способу, а также условия проведения соответствующих операций представлены в табл. 1.

Из табл.1 видно, что выход радионуклида ^115mCd в объединенный маточный и промывной раствор составил 99,5% (сорбент СКН) и 98,9% (сорбент СКНо-1). Активность радионуклида ^110mAg в указанных растворах составила 0,15% (СКН) и 0,80% (СКНо-1) от его активности в исходных растворах. Выход радионуклида ^110mAg в растворы 12 моль/л HNO₃ составил 99,8% (СКН) и 99,2% (СКНо-1). Активность радионуклида ^115mCd в указанных растворах составила 0,5% (СКН) и 1,1% (СКНо-1) от его активности в исходных растворах.

2) В работе использовали образец обогащенного по изотопу ¹⁰⁷Ag (98 ат.%) металлического серебра массой 0,100 г, облученный в атомном реакторе СМ-3 (ГНЦ РФ НИИАР).

Обличенный материал растворили в горячей азотной кислоте с концентрацией 10 моль/л. Полученный раствор выпарили досуха, сухой остаток растворили в смеси азотной кислоты и нитрата гидразония. Получено 0,050л раствора с концентрациями в нем: [НNО₃]0,5 моль/л; [AgNО₃]=0,019 моль/л; [N₂H₅NO₃]=0,053 моль/л; [N₂H₅NO₃]/[AgNО₃]=2,8.

Активность радионуклидов в исходном растворе, Бк: ^108mAg - 6,010⁸; ^110mAg-4,210⁸; ¹⁰⁹Cd-1,110⁹.

Дачный раствор контактировали с сорбентом СКНк массой 0,350 г в течение 3 ч. Реакционную смесь перемешивали барботажем сжатого воздуха, температура составляла ~25С. Распределение радионуклидов в процессе их разделения по заявляемому способу, а также условия проведения соответствующих операций представлены в табл.2.

Из табл.2 видно, что выход радионуклида ¹⁰⁹Cd в объединенный маточный и промывной раствор составил не менее 99,5%. Активность радионуклидов ^108m,110mAg в указанных растворах составила 0,2% от их активности в исходном растворе. Выход радионуклидов ^108m,110mAg в раствор 14 моль/л НNО₃ составил 99,8%. Активность радионуклида ¹⁰⁹Cd в указанном растворе составила не более 0,5% от его активности в исходном растворе.