proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2021 год
  Агентство  ПРоАтом. 24 года с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Обсудим?!
Способствует ли безопасности атомной отрасли закрытость (усиление режима)?
Да
Нет
Сильнее влияют другие факторы

Результаты
Другие опросы
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. Информация: (812) 438-32-77, E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[19/10/2005]     Экстракционное выделение цезия, стронция, ПТЭ и РЗЭ

С.А.Родионов, А.Н.Визный, В.М.Есимантовский, ГУП НПО «Радиевый институт им.В.Г.Хлопина»

Показана возможность использования экстракционной смеси хлорированный дикарболлид кобальта (ХДК) – дибутилфосфорная кислота (ДБФК) – полиэтиленгликоль (ОП-10) в метанитробензотрифториде (МНБТФ) для совместного извлечения цезия, стронция, ТПЭ и РЗЭ из рафината I экстракционного цикла переработки ОЯТ и их совместной или раздельной реэкстракции. Определен оптимальный состав экстрагента (0,1моль/л ХДК, 80г/л ДБФК, 2% (об.) ОП-10 в МНБТФ), обеспечивающий эффективное совместное извлечение целевых радионуклидов из азотнокислых растворов с концентрацией азотной кислоты до 3 моль/л.

Экстракция большинства вышеуказанных элементов происходит по катионообменному механизму. Исследовано влияние присутствия трибутилфосфата (ТБФ) в исходном растворе на экстракционные свойства смеси ХДК – ДБФК. Показано, что при концентрации ТБФ до 2% (об.) не наблюдается ухудшения экстракционных свойств системы.

Выделение из высокоактивных отходов (ВАО) долгоживущих радионуклидов с целью их последующего длительного безопасного хранения или трансмутации является одним из основных направлений стратегии развития ядерной энергетики России в первой половине XXI века [1]. Исследования по фракционированию и трансмутации ВАО проводятся в России, Франции, Японии и ряде других стран.

Разрабатываемая технология фракционирования ВАО включает ряд различных операций – экстракцию, сорбцию и др., или, например, использование комбинации различных экстрагентов селективных к отдельным радионуклидам [2].

В настоящее время в Радиевом институте им.В.Г.Хлопина разработан процесс фракционирования ВАО, основанный на использовании единой экстракционной системы, позволяющий одновременно извлекать из кислых радиоактивных отходов различного состава долгоживущие радионуклиды цезия, стронция, ТПЭ, РЗЭ – так называемый UNEX-процесс [3]. Лабораторные испытания на реальных жидких радиоактивных отходах в России и INEEL США показали хорошие результаты.

Экстрагент UNEX-процесса включает в себя карбамоилметиленфосфиноксид (КМФО), хлорированный дикарболлид кобальта (ХДК) и полиэтиленгликоль (ПЭГ) в трифторметилфенилсульфоне. К недостаткам UNEX-экстрагента можно отнести высокую стоимость КМФО и достаточно сложное взаимное влияние компонентов экстрагента на экстракционное извлечение целевых радионуклидов.

Предлагаемый нами экстрагент, содержащий ХДК, полиэтиленгликоль и дибутилфосфорную кислоту (существенно более дешевую, чем КМФО) в тяжелом полярном разбавителе – метанитробензотрифториде (МНБТФ), позволяет извлекать из азотнокислых ВАО цезий, стронций, ТПЭ и РЗЭ.

Исследованию условий совместного выделения и разделения цезия, стронция, ТПЭ и РЗЭ из рафината I экстракционного цикла переработки ОЯТ посвящен настоящий доклад.

Результаты и их обсуждение

В качестве исходного водного раствора использовали модельный рафинат I экстракционного цикла SUPER PUREX процесса переработки ОЯТ [4]. Состав раствора приведен в таблице.



Таблица. Состав исходного водного раствора

Зависимости коэффициентов распределения цезия, стронция и европия от концентрации ДБФК в экстрагенте 0,1 моль/л ХДК, ДБФК, 2% (об.) ОП-10 в МНБТФ приведены на рис.1.

Водная фаза – модельный рафинат (см. табл. 1), органическая фаза – 0,1 моль/л ХДК, ДБФК, 2% (об.) ОП-10 в МНБТФ. Увеличение концентрации ДБФК в экстракционной смеси с ХДК приводит к снижению коэффициентов распределения (D) Cs и Sr и росту коэффициента распределения Eu, причем тангенсы углов наклона кривых логарифмических зависимостей D Cs, Sr и Eu от концентрации ДБФК составляют 1,24; 0,97 и 1,21, соответственно.

С увеличением концентрации азотной кислоты в растворе экстрагируемость металлов экстракционной смесью ХДК ДБФК снижается. Повышение концентрации HNO3 в рафинате до 2,8 моль/л приводит к снижению коэффициента распределения Eu пропорционально третьей степени концентрации азотной кислоты, что подтверждает экстракцию РЗЭ и ТПЭ по катионообменному механизму с обменом катиона металла на три протона кислоты.

На рис. 2 показана зависимость коэффициентов распределения цезия, стронция и европия от концентрации ДБФК для экстрагентов состава: 0,05 моль/л ХДК, ДБФК, 1% (об.) ОП-10 в МНБТФ и 0,1 моль/л ХДК, ДБФК, 2 % (об.) ОП-10 в МНБТФ. Повышение концентрации ХДК в экстракционной смеси от 0,05 до 0,1 моль/л увеличивает коэффициенты распределения Cs, Sr и Eu (при фиксированных концентрациях ДБФК) в 3-5 раз. Рост коэффициента распределения Sr связан, по-видимому, с увеличением концентрации полиэтиленгликоля в экстрагенте и экстракцией гидрофобного комплекса [SrПЭГ]2+.



Рис. 1. Влияние концентрации ДБФК на распределение Cs, Sr и Eu



Рис. 2. Влияние концентрации ХДК на распределение Cs, Sr и Eu



Рис. 3. Зависимость коэффициентов распределения Cs, Sr и Eu от концентрации ДБФК в экстрагенте на основе ХДК. Экстрагент – 0,1 моль/л ХДК, ДБФК, 2% (об.) ОП-10 в МНБТФ, водная фаза – модельный рафинат с концентрацией HNO3 1,5 моль/л



Рис. 4. Зависимость коэффициентов распределения Cs, Sr и Eu от концентрации ДБФК в экстрагенте на основе ХДК. Реэкстракция. Экстрагент – 0,3 моль/л ХДК, ДБФК, 6% (об.) ОП-10 в МНБТФ. Реэкстрагент для Eu – 4 моль/л HNO3, для Cs и Sr – 4 моль/л HNO3, 100 г/л N2H5NO3, 100 г/л CH3CONH2



Рис. 5. Зависимость коэффициентов распределения Cs, Sr и Eu от концентрации ТБФ. Экстрагент – 0,1 моль/л ХДК, 80 г/л ДБФК, ТБФ, 2% (об.) ОП-10 в МНБТФ, водная фаза – модельный рафинат концентрацией HNO3 1,5 моль/л

Водная фаза – модельный рафинат с концентрацией HNO3 1,5 моль/л (см. табл. 1). Органическая фаза – 0,05 моль/л ХДК, ДБФК, 1% (об.) ОП-10 в МНБТФ и 0,1 моль/л ХДК, ДБФК, 2% (об.) ОП-10 в МНБТФ.

На основании экспериментальных результатов определения коэффициентов распределения Cs, Sr и Eu в зависимости от концентрации ДБФК, HNO3 и состава экстракционной смеси для модельного рафината с концентрацией азотной кислоты 1,5 моль/л была установлена оптимальная концентрация ДБФК в экстрагенте (см. рис. 3).

Из рис.3 видно, что при концентрации ДБФК в экстрагенте 75-80 г/л коэффициенты распределения целевых элементов превышают 1. Таким образом, наиболее приемлемым является экстрагент состава 0,1 моль/л ХДК, 80 г/л ДБФК, 2% (об.) ОП-10 в МНБТФ. Данная экстракционная система обеспечивает совместное извлечение Cs, Sr и Eu из рафината с концентрацией азотной кислоты 1,5 моль/л.

Исследована зависимость коэффициентов распределения Cs, Sr и Eu от концентрации ДБФК на операциях их раздельной реэкстракции (см. рис. 4). Увеличение концентрации ДБФК в экстрагенте приводит к резкому снижению эффективности селективной реэкстракции Eu раствором 4 моль/л HNO3 и заметному повышению эффективности совместной реэкстракции Cs и Sr азотнокислым раствором гидразина и ацетамида. Тангенсы углов наклона логарифмических зависимостей коэффициентов распределения Cs, Sr и Eu от концентрации ДБФК соответственно равны 0,25; 0,19 и 0,82. При концентрации ДБФК около 80 г/л коэффициенты распределения целевых радионуклидов на операциях их раздельной реэкстракции составляют 0,11-0,17.

Дополнительно было исследовано влияние присутствия ТБФ в исходном растворе на экстракционное поведение целевых элементов в системе ХДК – ДБФК при концентрации азотной кислоты в водной фазе 1,5 моль//л. Зависимость коэффициентов распределения Cs, Sr и Eu от концентрации ТБФ в экстрагенте ХДК – ДБФК приведена на рис. 5.

Установлено, что присутствие ТБФ в экстракционной смеси увеличивает суммарную емкость системы, понижая экстракционную способность ДБФК. Тангенсы углов наклона логарифмических зависимостей коэффициентов распределения Cs, Sr и Eu от концентрации ТБФ в экстракционной смеси составляют 0,68; 1,57 и 0,69, соответственно.

Таким образом, для эффективного совместного извлечения Cs, Sr, ТПЭ и РЗЭ из рафината I экстракционного цикла концентрация ТБФ в экстракционной системе ХДК – ДБФК не должна превышать 2% (об.). При концентрации ТБФ более 5% (об.) требуется значительное увеличение соотношения потоков органической и водной фаз на операции совместной экстракции радионуклидов.

Выводы

Предложена перспективная экстракционная система, включающая ХДК – ДБФК –ОП-10 – МНБТФ, позволяющая извлекать из кислых высокоактивных отходов переработки ОЯТ цезий, стронций, РЗЭ и ТПЭ.

Определены концентрационные пределы компонентов системы, при которых наблюдается наиболее эффективное совместное извлечение и разделение целевых элементов.

Литература:
1. Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века. М. Атомиздат, 2001.162 с.
2. Satmark, O.Courson, R.Malmbeck, G.Pagliosa, K.Romer, W.DeWeerd, J.P.Glatz. Selective separation of minor actinides from genuine high level PUREX waste:Comparison between a direct and a two cycle process.–In –Global 2001.
3.V.N.Romanovskiy, I.V.Smirnov, V.A.Babain et all. The universal solvent extraction (UNEX) process. Solv. Extr. Ion. Exch., 2001, v.19, N1, pp.1-36.
4. B.Ya.Zilberman, Yu.S.Fedorov, L.V.Sytnik et all. SUPERPUREX as a TBP compatible process for recovery and partitioning of long lived radionuclides from NPP spent fuel. Proc. Int. Symp, "NUCEF-2001" (31.10-02.11.2001, Tokai mura,Jap.). JAERI, 2002. p.189-198.


По материалам конференции «Безопасность ядерных технологий: экономика безопасности и обращение с ИИИ»  

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомная наука
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Атомная наука:
Сомнений не осталось, LENR существует

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.5
Ответов: 2


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 0 Комментарии
Спасибо за проявленный интерес





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.09 секунды
Рейтинг@Mail.ru