способ выделения рутения-106 из рафинатов производства трансплутониевых элементов

Формула изобретения

Способ выделения рутения-106 из рафинатов производства трансплутониевых элементов, содержащих 0,2-0,7 моль/л нитрат-ионов и 0,3-0,5 моль/л цитрат-ионов, заключающийся в том, что в исходный раствор добавляют раствор серы в сульфиде натрия до концентрации серы 0-0,5 моль/л, сульфида натрия до 0,3-0,5 моль/л, проводят сорбцию при рН 8-12 на анионите высокоосновном (АВ-17) в нитратной форме, промывают анионит водой, а десорбцию рутения проводят раствором аммиака концентрацией не менее 1 моль/л, содержащим перекись водорода в количестве не менее стехиометрического по отношению к сорбированным сульфид- и полисульфид-ионам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относятся к области радиохимии и может быть использовано в технологии выделения Ru-106 из рафинатов производства ТПЭ, в препаративной химии.

Технология производства трансплутониевых элементов (ТПЭ) включает в себя растворение облученных мишеней в азотной кислоте и экстракционное выделение ТПЭ. После извлечения ТПЭ рафинаты обычно содержат 0,2-0,7 моль/л нитрат-ионов, и 0,3-0,5 моль/л цитрат-ионов. В таких растворах практически весь рутений находится в вреде очень стабильных и трудноразрушаемых комплексных нитрозосоединений [Химия долгоживущих осколочных элементов. Атомиздат, 1970, с.243].

Особенностью химии рутения является его поливалентность, очень медленная скорость и, часто, необратимость многих реакций комплексных соединений рутения. В технологических растворах химия рутения еще более усложняется из-за интенсивно протекающих радиационно-химических процессов. Присутствие в растворах комплексообразователей, а также одновременное существование рутения в виде катионных, анионных и нейтральных частиц, затрудняет количественную сорбцию рутения на катионитах и анионитах. Сорбционное равновесие наступает медленно, а сама сорбция в значительной степени необратима [Никольский Б.П., Ильенко Е.И. Исследование механизма сорбции нитратных комплексов нитрозорутения на ионообменных смолах. Радиохимия, 8, 3, 1966].

В литературе приведено значительное количество данных по сорбции рутения на различных типах ионитов. Наибольшей сорбционной способностью обладают комплексообразующие амфолиты аминокарбоксильного и S-содержащего типов (ВПК, АНКБ, Тиоверон, TH) [Милютин В.В., Пескишев С.Б., Гелис В.М. Исследование сорбции ионов палладия, рутения и родня из азотно-кислых растворов на сорбентах различных классов. Радиохимия, т. 36, вып. 1, 1994]. Эти сорбенты различаются по емкости, селективности, скорости сорбции и т.д., но имеют общий недостаток сорбция рутения в значительной степени необратима. Поэтому для извлечения рутения, с целью его дальнейшего выделения и использования, эти сорбенты непригодны.

Для устранения этих недостатков в способе выделения рутения-106 из рафинатов производства ТПЭ подщелачивают, при необходимости, рафинат, содержащий 0,2-0,7 моль/л нитрат-ионов и 0,3-0,5 моль/л цитрат-ионов до рН 8-9, вводят в рафинат раствор серы в сульфиде натрия в количестве 0-0,5 моль/л серы и 0,3-0,5 моль/л сульфида натрия, корректируют, если это необходимо, рН раствора в пределах 8-12, пропускают раствор через колонку с анионитом высокоосновной (АВ-17) (ГОСТ 20306-74) в нитратной форме, промывают колонку водой, десорбируют поглощенный рутений раствором аммиака концентрацией не менее 1 моль/л, содержащим перекись водорода.

В щелочной среде нитрозорутений образует растворимые сульфидные и полисульфидные комплексы, быстро и количественно сорбирующиеся на анионитах. Полисульфиды натрия получали растворением элементарной серы в сульфиде натрия. Поскольку состав образующихся полисульфидов неизвестен, состояние системы характеризовалось концентрацией растворенной элементарной серы.

На фиг.1 и 2 показано влияние концентрации серы, сульфида натрия и рН раствора на полноту сорбции рутения на анионите АВ-17. Как видно, в указанных интервалах значений рН, концентраций серы и сульфида натрия величина сорбции рутения составляет 70-98%. Снижение концентрации сульфида натрия приводит к резкому снижению сорбции рутения, а превышение верхних пределов 0,5 моль/л - к значительному уменьшению емкости сорбента. Весьма существенным фактором является и уменьшение устойчивости крепких растворов полисульфидов к действию кислорода и возможным колебаниям рН раствора. Выделяющаяся при этом мелкодисперсная сера может серьезно затруднить работу колонки.

Десорбция проводится раствором аммиака, содержащим перекись водорода. Известно, что рутений образует весьма прочные комплексы с аммиаком, а перекись водорода в щелочной среде легко окисляет сульфиды и полисульфиды до сульфат-ионов. Таким образом, происходит химическое разложение сорбированных полисульфидов и сульфидов рутения и переход рутения в раствор за счет образования комплексов с аммиаком. Без окислительного разложения сульфидов и полисульфидов десорбировать рутений вытеснением его каким-либо другим анионом не удалось.

Концентрация аммиака в десорбирующем растворе должна быть не менее 1 моль/л. Дальнейшее снижение концентрации аммиака приводит к снижению комплексообразования и, соответственно, к уменьшению степени десорбции рутения. Количество перекиси водорода должно быть не менее стехиомерического, т.е. его должно быть достаточно для полного окисления сульфидов и полисульфидов, сорбированных на анионите. Концентрация перекиси водорода принципиального значения не имеет и определяется желаемой скоростью разложения сульфидов и полисульфидов.

Пример: 10 мл раствора состава: [Ru]=33 мг/л; [NaNO₃]=0,5 моль/л; [Na₃Сit]=0,3 моль/л; [Na₂S]=0,3 моль/л; [S]=0,15 моль/л; рН 9,8 пропускают через колонку с анионитом АВ-17 в нитратной форме. Объем колонки - 1 мл, высота - 10 см, скорость пропускания раствора - 1-2 мл/cм²мин. Колонку промывают 5 мл воды и деоорбируют рутений 5 мл раствора, содержащего 6 моль/л аммиака и 2 моль/л перекиси водорода.

Результаты приведенного примера сведены в таблицу.

Как видно из приведенного примера, применение предлагаемого способа позволяет выделить из рафинатов производства ТПЭ до 78% рутения.