способ переработки легированного металлического плутония
Классы МПК: | C01G56/00 Соединения трансурановых элементов G21C19/46 водные способы |
Автор(ы): | Глаговский Э.М., Захаркин Б.С., Шентяков В.В., Варыханов В.П., Кучеренко В.С., Соловьева Л.Н. |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара", Министерство Российской Федерации по атомной энергии |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-10-23 публикация патента:
10.03.2003 |
Изобретение относится к переработке отходов ядерной техники и предназначено для переработки легированного металлического плутония. Сплав плутоний-галлий растворяют в качестве анода электролизом раствора хлористого аммония. Используют раствор хлористого аммония с концентрацией 3-20 мас.%. Одновременно с растворением сплава происходит осаждение гидроксида плутония. Осадок гидроксида плутония отделяют от раствора, содержащего галлий. Осаждают галлий путем разложения гидроксида аммония. Полученный раствор хлористого аммония используют для растворения сплава. Результат способа - упрощение процесса, уменьшение потерь плутония и создание безотходной технологии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ переработки легированного металлического плутония, включающий растворение сплава плутоний-галлий и осаждение гидроксида плутония, отличающийся тем, что растворение ведут электролизом раствора хлористого аммония с использованием сплава плутоний-галлий в качестве анода, осаждение гидроксида плутония осуществляют одновременно с растворением сплава, отделяют осадок гидроксида плутония от раствора, содержащего галлий, и осаждают галлий с получением раствора хлористого аммония, который используют для растворения сплава. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют раствор хлористого аммония с концентрацией 3-20 мас. %. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что осаждение галлия ведут путем разложения гидроксида аммония.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способу получения гидроксида плутония и может быть использовано в области ядерной техники, преимущественно при переработке отходов металлических изделий из плутония. Известен способ получения гидроксидов плутония, который предполагает последовательное проведение основных операций: растворение плутония в растворах соляной кислоты, превращение хлорида в нитрат плутония, очистка нитрата плутония экстракционными или сорбционными методами от примесей, осаждение плутония в виде гидроксидов, в качестве исходного материала для приготовления РuO2 [Поляков А.С., Захаркин Б.С., Борисов Л.М., Кучеренко B. C. , Соловьева Л.Н. Материалы международной конференции по ядерному топливному циклу. Версаль, Франция. 11-14 сентября 1995 г., с.640-651]. Недостатком этого способа является то, что он многоступенчатый, требующий применения реагентов, для повторного использования которых необходимы дополнительные операции регенерации (дистилляция НСl, очистка экстрагентов и т.д.), а также невосполнимых реагентов, например, необходимых для проведения операций осаждения. Наряду с этим, при проведении процессов осаждения образуются жидкие радиоактивные отходы, приводящие к большому количеству невосполнимых потерь плутония и к повышению экологической опасности. Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гидроксидов плутония, например, из сплава плутония с галлием с использованием последовательно операций растворения в смеси азотной и плавиковой кислот при температуре кипения, введения ионов алюминия для комплексования ионов фтора, экстракционной очистки плутониевых растворов от галлия и фтор-иона и других вносимых посторонних элементов, осаждения гидроокисей плутония из реэкстракта с последующей прокалкой гидроксидов плутония для получения РuО2 [Поляков А.С., Захаркин Б.С., Борисов Л.М., Кучеренко B.C., Соловьева Л.Н. Материалы международной конференции по ядерному топливному циклу. Версаль, Франция. 11-14 сентября 1995 г. , с.640-651]. Этот способ применяет на первой стадии операцию растворения сплава плутония в смеси азотной и плавиковой кислот при температуре кипения в течение 2-4 часов. Недостатками этого процесса являются: коррозионная и экологическая опасность кипящих растворов смеси азотной и плавиковой кислот и газовых сбросов, а также трудности извлечения из растворов, содержащих фторид-ионы. [Г.П. Никитина и др. Существующие методы растворения диоксида плутония. I. Растворение в минеральных кислотах и их смесях, Радиохимия. Том 39, выпуск 1, 1997, стр.21]. Полученные азотнокислые растворы содержат ионы фтора. Для связывания их в виде комплексных соединений в растворы вносят ионы алюминия, количество которых должно быть в три раза больше мольного количества ионов фтора. Эта операция приводит к значительному увеличению содержания солей в растворах, которые в дальнейшем удаляются в виде жидких радиоактивных отходов. Далее раствор плутония поступает на экстракционную или сорбционную очистку. В результате проведения операций очистки экстракцией или сорбцией получаются азотнокислые растворы плутония, очищенные от посторонних компонентов, и большое количество жидких радиоактивных отходов, содержащих кроме небольших количеств плутония другие компоненты, используемые при проведении процесса, и сопутствующие примеси. Очищенные азотнокислые растворы плутония поступают на операцию осаждения гидроокисей плутония. В результате проведения операции осаждения образуются две фазы: твердая фаза, содержащая гидроокиси плутония, и жидкая фаза (маточник), содержащая остаточное количество плутония. Недостатками известного способа являются также многостадийность проведения процесса получения гидроксидов из металлического плутония, требующего длительного времени, образование большого количества потерь плутония в виде вторичных радиоактивных отходов и необходимость использования большого количества невосполнимых реагентов. Указанные недостатки являются следствием необходимости использования нескольких стадий при получении гидроксида плутония при переработке его металлизированных форм: растворение в смеси азотной и фтористо-водородной кислот, экстракционная или сорбционная очистка и аммиачное осаждение гидроксида плутония. Техническим результатом при реализации изобретения является упрощение процесса, уменьшение потерь плутония и создание безотходной технологии. Представленный технический результат достигается тем, что способ переработки легированного металлического плутония включает растворение сплава плутоний-галлий и осаждение гидроксида плутония, причем растворение ведут электролизом раствора хлористого аммония с использованием сплава плутоний-галлий в качестве анода, осаждение гидроксида плутония осуществляют одновременно с растворением сплава, отделяют осадок гидроксида плутония от раствора, содержащего галлий, и осаждают галлий с получением раствора хлористого аммония, который используют для растворения сплава. В частном варианте используют раствор хлористого аммония с концентрацией 3-20 мас.%. В другом частном варианте осаждение галлия ведут путем разложения гидроксида аммония. Создавая определенные условия при получении гидроксидов из металлизированных форм плутония, например металлического сплава плутония с галлием, можно обеспечить растворение плутония, его осаждение в виде малорастворимых гидроксидных соединений и очистку плутония от галлия. Растворение осуществляется за счет пропускания электрического постоянного тока через электролит подачей напряжения на электроды. При этом в качестве анода применяется изделие из легированного плутония. Величина напряжения должна быть больше окислительно-восстановительного потенциала для плутония (например, Е0 Pu(3+)/Pu=2,03 В, E0 Pu(4+)/ Pu(3+)=-0,9819 В [Плутоний. Справочник. М.: Атомиздат. Т.1, 1971, стр.13, 138]), а величиной тока можно регулировать скорость растворения плутония. Состав электролита должен иметь наряду с высокой электропроводностью среду (~нейтральную), в которой растворенный плутоний осаждается в виде гидроксидов. Электролиты с нейтральной средой образуются сочетанием ионов сильной кислоты и сильного основания, слабой кислоты и слабого основания. Однако свойствами высокой электропроводности будут обладать электролиты, образующиеся сочетанием ионов сильной кислоты и сильного основания, например КСl, NaCl, NaNO3, NH4NO3, NН4Сl и т.д. Так как плутоний склонен к пассивации [Плутоний. Справочник. М.: Атомиздат. Т.1, 1971, стр.13, 138], то в состав электролита необходимо вводить ионы-активаторы для депассивации поверхности плутония. Предлагается в качестве электролита использовать растворы солей, которые содержат ионы-активаторы (Сl- - является ионом-активатором). Получение гидроксида плутония, например, из сплава плутония с галлием предлагаемым способом исключает операцию рубки изделий из плутония и совмещает операции растворения, очистки плутония от галлия и осаждения плутония. Очистка плутония от галлия будет достигаться при этом по мере осаждения гидроокиси плутония, сопровождающегося повышением рН среды электропроводящего водного раствора, в которой соединения галлия переходят в растворимое состояние. Распределение плутония в твердую фазу, а галлия в жидкую позволяет очистить плутоний от галлия. Если в качестве водного электропроводящего раствора применить раствор соли аммония, то при повышении рН среды, сопровождающем осаждение гидроксида плутония, в водном растворе образуется избыток NH4OH, легко и быстро удаляющийся из жидкой фазы, например, при умеренном нагревании раствора по реакции![способ переработки легированного металлического плутония, патент № 2200133](/images/patents/270/2200133/2200133-2t.gif)
![способ переработки легированного металлического плутония, патент № 2200133](/images/patents/270/2200003/8226.gif)
![способ переработки легированного металлического плутония, патент № 2200133](/images/patents/270/2200017/8776.gif)
![способ переработки легированного металлического плутония, патент № 2200133](/images/patents/270/2200003/8226.gif)
Класс C01G56/00 Соединения трансурановых элементов
Класс G21C19/46 водные способы