Выделение и концентрирование актинидов из азотнокислых растворов с применением новых ионообменных материалов

• Автор: Лызлова, Евгения Викторовна
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Озёрск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Уран

1.1.1 Ядерные свойства урана

1.1.2 Поведение урана в водных растворах

1.1.3 Комплексообразование урана

1.1.4 Методы выделения урана из растворов

1.1.4.1 Осаждение труднорастворимых соединений урана

1.1.4.2 Экстрагирование урана растворителями

1.1.4.3 Использование ионообменных процессов для выделения урана
1.2 Плутоний
1.2.1 Ядерные свойства плутония
1.2.2 Поведение плутония в водных растворах
1.2.3 Комплексообразование плутония
1.2.4 Методы выделения плутония из растворов
1.2.4.1 Выделение плутония осаждением
1.2.4.2 Выделение плутония жидкостной экстракцией
1.2.4.3 Выделение плутония ионообменным методом
1.3 Америций
1.3.1 Открытие америция, его важнейшие изотопы и их применение
1.3.2 Валентные состояния америция в водном растворе
1.3.3 Методы выделения америция из растворов
1.3.3.1 Осадительные методы выделения америция
1.3.3.2 Пирохимические методы выделения америция
1.3.3.3 Экстракционные методы выделения америция
1.3.3.4 Ионообменные методы выделения америция
Глава 2 Материалы и методики
2.1 Приготовление растворов
2.2 Химические реактивы
2.3 Приборы и оборудование
2.4 Методы аналитического контроля
2.5 Характеристики сорбционных материалов, используемых в работе
2.5.1 Основные физико-химические свойства катионитов
2.5.2 Основные физико-химические свойства анионитов
2.5.3 Основные физико-химические свойства импрегната ТСШОА
2.6 Исследование физических свойств ионитов
2.7 Исследование сорбционной способности ионитов
2.7.1 Подготовка ионитов к работе
2.7.2 Подготовка растворов к сорбции
2.7.3 Исследование процесса сорбции урана и плутония в статическом режиме
2.7.3.1 Исследование влияния молярной концентрации азотной кислоты и
значения pH раствора на коэффициенты распределения урана и плутония..
2.13.2 Исследование влияния присутствия солей и комплексонов на процесс
сорбции урана
2.7.3.3 Определение статической и полной обменной ёмкости катионитов и
анионитов
2.7.3.4 Определение кинетических характеристик процесса сорбции
2.7.3.5 Изучение механизма сорбции и определение коэффициентов диффузии
2.13.6 Исследование процесса десорбции
2.7.4 Исследование процессов сорбции урана и плутония ионитами из

имитационных и реальных растворов и десорбции урана и плутония из
фазы ионита в динамическом режиме
2.8 Методика проведения экспериментов по изучению процесса сорбции
америция-241 из водно-хвостовых растворов на импрегнате ТСШОА
2.8.1 Исследование стабильности импрегната ТСШОА во времени при работе в
динамических условиях
2.8.2 Исследование процесса сорбции америция и плутония на импрегнате
ТСШОА в статическом режиме
2.8.3 Исследование процесса десорбции америция и плутония на импрегнате
ТСШОА
2.8.4 Исследование процесса извлечения америция и плутония из
имитационных и реальных растворов на импрегнате ТСШОА в динамическом режиме
2.8.5 Исследование возможности извлечения и концентрирования америция-
из водно-хвостовых растворов с использованием катионита РигоШе Б957 и импрегната ТСШОА
Глава 3 Исследование сорбционных свойств и выбор катионитов для
промышленного извлечения урана из азотнокислых регенерационных растворов
3.1 Изучение сорбционных свойств катионитов в статических условиях
3.1.1 Исследование влияние концентрации азотной кислоты и значения pH
раствора на коэффициенты распределения урана на катионитах
3.1.2 Влияние солевых добавок и комплексонов на сорбцию урана
3.1.3 Определение полной обменной ёмкости катионитов
3.1.4 Исследование кинетики сорбции урана
3.1.5 Изучение механизма сорбции урана на катионитах
3.1.6 Исследование процесса десорбции урана с катионитов
3.2 Исследование процессов извлечения урана из имитационных растворов на
катионитах и десорбции урана в динамических условиях
3.3 Изучение возможности применения катионитов для извлечения урана из
азотнокислых регенерационных растворов
3.4 Опытно-промышленные испытания технологии извлечения урана из
азотнокислых регенерационных растворов на карбоксильных катионитах
3.4.1 Результаты опытно-промышленной проверки технологии извлечения
урана на катионите СГ-1М
3.4.2 Результаты опытно-промышленной проверки технологии извлечения
урана на катионите РигоШе С104РЬ
Глава 4 Исследование сорбционных свойств и выбор анионитов для
промышленного извлечения плутония из азотнокислых регенерационных растворов
4.1 Изучение сорбционных свойств анионитов в статическом режиме
4.1.1 Влияние концентрации азотной кислоты на коэффициенты распределения
плутония на анионитах
4.1.2 Определение полной обменной ёмкости анионитов
4.1.3 Исследование кинетики сорбции плутония
4.1.4 Изучение механизма сорбции плутония на анионитах
4.2 Отработка режима стабилизации плутония в степени окисления +
4.3 Исследование сорбции плутония из реальных регенерационных
азотнокислых растворов и десорбции плутония из фазы сорбента в динамическом режиме
4.4 Исследование влияния дозы излучения, поглощённой анионитом, при извлечении плутония из растворов химико-металлургического

производства на сорбционные свойства анионита
4.5 Опытно-промышленные испытания технологии извлечения плутония из
азотнокислых растворов химико-металлургического производства на анионитах
4.5.1 Результаты опытно-промышленной проверки технологии извлечения
плутония на анионите РигоШе А50(Ш/2
4.5.2 Результаты опытно-промышленной проверки технологии извлечения
плутония на анионите ВП-ЗАп
Глава 5 Исследование возможности извлечения америция-241 из водно-хвостовых
азотнокислых растворов с использованием импрегната 'ГОПСА
5.1 Исследование стабильности импрегната ТОБСА во времени при работе в
динамических условиях
5.2 Исследование процесса сорбции америция, плутония и макропримесей на
сорбенте ТСЮОА в статических условиях
5.3 Исследование процесса десорбции америция и плутония в статических
условиях
5.4 Исследование процессов извлечения америция и плугония из
имитационных азотнокислых растворов и ВХР на импрегнате ТОЕЮА и десорбции в динамическом режиме
5.5 Исследование возможности извлечения и концентрирования америция-
из водно-хвостовых растворов с использованием катионита РигоШе 8957 и импрегната ТОООА
Заключение
Список литературы

1.2.3 Комплексообразовшшс плутония
Относительная тенденция к комплексообразопашно в значительной степени определяется размерами иона и их зарядами. Устойчивость комплекса, образующегося с данным анионом, падает в следующем порядке: Ри4+>Ри022+>Ри3+>РиС>2+.
Образование анионных комплексов имеет существенное значение в ионообменных и экстракционных процессах. Ри(1У) по сравнению с другими ионами плутония более всего склонен к комплексообразовашно благодаря большому заряду и меньшему радиусу [79, 83].
Нитратные ионы склонны к образованию сложных ионов с Ри4+. В растворах азотной кислоты молярной концентрации до 4,6 моль/дм3 плутоний находится в виде иона РиЫ033* :
Ри^ + ИО; =РиИО]> (18)
По мере увеличения концентрации азотной кислоты образуются различные ионы от
РиИС*]* до Ри(Т40з)3'.
Весьма прочные комплексы образует Ри4+с сульфат-ионами и карбонат-ионами. Именно образованием карбонатных комплексов Ри4+ объясняется полная или частичная растворимость его гидроксида, оксалата и других малорастворимых соединений в концентрированных растворах карбонатов натрия, калия или аммония. Способность Ри4+ к комплексообразованию уменьшается в ряду: Р>И0з'>СГ>С104'иС0з2'>С20.12'>80.)2' [79].
Важное практическое значение имеет образование комплексов с комплексонами. Наиболее изучены системы с ЭДТА и ДТПА, которые часто используют для выделения и очистки плутония от продуктов деления. Равновесие в этих системах осложняется гидролизом. При рН< 1,0 гидролиз отсутствует и ЭДТА находится в виде НУ3'. Комплекс этого иона с РиС>22+ менее прочный, чем с Ри34. Более прочные комплексы образуются с Ри4+. ДТПА является ещё более сильным комплексоном, наиболее прочный комплекс он образует с Ри4+ [8].
1.2.4 Методы выделения плутония из растворов
К основным процессам выделения плутония относятся жидгостная экстракция, ионный обмен и осаждение.
1.2.4.1 Выделение плутония осаждением
Одним из первых методов, который применяли для выделения радиоакпшных элементов, был метод соосаждення с носителями. В настоящее время метод соосаждения используют для получения плутония в микроколичествах и для извлечения в промышленном масштабе [4]. Для крупномасштабного разделения и очистки плутония существуют два метода - лантан-фгоридный и висмуг-фосфатный, которые были разработаны давно и сейчас не применяются. В настоящее время процессы осаждения используют при выделении граммовых количеств плутония из растворов азотной и соляной кислот. Из растворов осаждают оксалат, пероксид гидроксид или фторид плутония. При этом обеспечивается хорошее извлечение плутония из растворов в форме, пригодной