proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2024 год
  Агентство  ПРоАтом. 28 лет 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





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
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:
Интуиция в законе

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, 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