способ получения нитратов актинидов
Классы МПК: | G21F9/28 обработка твердых радиоактивных отходов C01G43/00 Соединения урана |
Автор(ы): | Безносюк Василий Иванович (RU), Бондин Владимир Викторович (RU), Бычков Сергей Иванович (RU), Гаврилов Петр Михайлович (RU), Лумпов Александр Александрович (RU), Мурзин Андрей Анатольевич (RU), Ревенко Юрий Александрович (RU), Рябкова Надежда Валентиновна (RU), Федоров Юрий Степанович (RU), Хаперская Анжелика Викторовна (RU), Шадрин Андрей Юрьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Российская Федерация в лице Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" (госзаказчик) (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" (исполнитель) (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-Химический Комбинат" (исполнитель) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-08-31 публикация патента:
27.03.2012 |
Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения азотнокислых солей урана и актинидов. Способ получения нитратов актинидов включает обработку актинидов или их соединений тетраоксидом азота в присутствии воды. Подачу тетраоксида азота в реакционный сосуд осуществляют в смеси с воздухом или кислородом и процесс проводят при нормальном давлении и температуре от 25°С до 95°С. Изобретение обеспечивает простой удобный перевод соединений актинидов в нитраты, позволяющий увеличить степень использования окислов азота, то есть сократить сброс их в атмосферу. 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.
Формула изобретения
1. Способ получения нитратов актинидов, включающий обработку актинидов или их соединений тетраоксидом азота в присутствии воды, отличающийся тем, что подачу тетраоксида азота в реакционный сосуд осуществляют в смеси с воздухом или кислородом и процесс проводят при нормальном давлении и температуре от 25°С до 95°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят с доокислением отходящих газов до тетраоксида азота и возвратом окисленных газов в голову процесса.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединений актинидов обработке подвергают оксиды, карбиды или нитриды.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения азотнокислых солей урана и актинидов, и предлагает альтернативный путь преобразования исходных материалов, содержащих металлический уран и оксиды, нитриды и карбиды урана, и других ядерных материалов в гидратированные нитраты, т.е. продукты, удобные для дальнейшей переработки.
Известны способы получения азотнокислых солей актинидов, например растворением металлического урана, диоксида урана или других оксидов в азотной кислоте. В результате получают раствор нитрата уранила с большим избытком кислоты. Для получения соли гидратированного нитрата уранила проводились операции выделения солей обычным способом: фильтрация, упаривание, охлаждение, отфильтровывание выпавших кристаллов, промывка и сушка.
Известен способ растворения оксидов урана с получением нитратов уранила с помощью диоксида азота, растворенного в трибутилфосфате и тетрахлорэтилене (Кузнецов А.Ю., Бучихин Е.П., Шаталов В.В. "Совмещенное нитрование и экстракция урана и его оксидов" XIII Всероссийская конференция по экстракции, тезисы докладов, часть 2, с.202, М., 2004). Недостатком данного метода является то, что для получения нитрата в виде гидратированной соли необходимо проведение дополнительных процессов реэкстракции и отгонки растворителя, применение водной химии.
Известен способ растворения оксидов урана с получением нитратов уранила путем взаимодействия безводных оксидов урана с тетраоксидом азота при температуре 25°С (А.Н.Мурин, В.Д.Нефедов. "Радиохимия и химия ядерных процессов" ГНТИ химической литературы, с.517. Л., 1960). Продуктом взаимодействия является аддукт нитрата уранила и диоксида азота UO2(ON 3)2·NO2. Нагревание его до температуры 163°С в вакууме приводит к образованию безводного нитрата уранила. Недостатками этого способа являются высокая температура плавления получаемого аддукта, а также безводного нитрата уранила.
Известен способ получения нитратов уранила путем растворения металлического урана и оксидов актинидов в азотной кислоте с регенерацией отходящих газов (В.М.Вдовенко. "Современная радиохимия". М.: Атомиздат, 1969, с.543). Недостатком способа является получение растворов нитратов актинидов с высокой концентрацией избыточной азотной кислоты.
Наиболее близким к заявляемому является "Способ получения нитратов актинидов" путем непосредственной реакции актинидов или оксида актинида со смесью тетраоксида азота - вода в герметичной емкости при избыточном давлении 0,5-1,0 МПа и повышенной температуре 100-140°С, взятый в качестве прототипа (RU 2295789 С1, опубликовано 20.03.2007, бюл. № 8). Недостатками прототипа являются высокое давление при проведении процесса и возможность резкого "взрывного" его нарастания, особенно при растворении высокодисперсных оксидов и металлического урана за счет практически мгновенного контакта растворяемого вещества с образующейся концентрированной (18-23 моль/л) азотной кислотой (Chiotti P., Rogers A., AECD-2974, Metall Progress, 60, (30), 60-65 (Sept. 1951) - Цит. по Руководство по неорганическому синтезу, т.4, с.1285, Редактор Г. Брауэр. М.: Мир, 1985). Кроме того, используется не более половины окислов азота, а остальная часть сбрасывается и требует улавливания.
Задачей данного изобретения является увеличение степени использования окислов азота, то есть сокращение сброса их в атмосферу. Это особенно важно при растворении оксидов актинидов в радиохимическом производстве.
Поставленная задача достигается тем, что получение гидратированных нитратов актинидов проводят путем непосредственной реакции актинидов или соединений, содержащих актинид, со смесью тетраоксида азота - вода, подаваемых непосредственно в реакционный сосуд при нормальном давлении и температуре 25-95°С. В качестве соединений актинидов, которые подвергаются обработке, используют оксиды, нитриды, карбиды. Отходящие газы используют путем их доокисления и возврата в голову процесса. В качестве окислителей используют воздух или кислород.
Предложенные примеры иллюстрируют возможности применения данного способа.
Пример 1
Навески препаратов актиноидов из расчета содержания в них 5 г урана помещают в реакционный сосуд, добавляют количество воды из расчета образования раствора нитрата уранила с заданной концентрацией. Смесь термостатируют при заданной температуре. Затем в реакционный сосуд подают пары N2O4 в смеси с воздухом или кислородом или инертным газом под атмосферным давлением. После полного растворения навески определяют концентрацию урана и азотной кислоты в полученном растворе. Данные приведены в табл.1.
Пример 2
Навески препаратов актиноидов из расчета содержания в них 5 г урана помещают в реакционный сосуд, добавляют количество воды из расчета образования раствора нитрата уранила с заданной концентрацией. Смесь термостатируют при заданной температуре. Затем в реакционный сосуд подают пары N2O4 в смеси с воздухом или кислородом или инертным газом под атмосферным давлением, со скоростью, обеспечивающей полное поглощение NO2 в растворе. Выходящие из раствора газы проходят через контактную емкость с насадкой для увеличения времени пребывания в емкости и циркуляционным насосом возвращаются в реакционный сосуд. После полного растворения навески определяют концентрацию урана и азотной кислоты в полученном растворе. Данные приведены в табл.2.
Пример 3
Навески препаратов актиноидов из расчета содержания в них 5 г урана помещают в автоклав, добавляют стехиометрическое количество воды из расчета образования гексагидрата нитрата уранила. Жидкий N2O4 помещают в стакан, установленный выше уровня воды. Автоклав герметизируют, термостатируют при заданной температуре и поворачивают в горизонтальное положение, обеспечивая смешение фаз. После выдержки при заданной температуре определяют полноту растворения препарата и концентрации урана и азотной кислоты в растворе. Данные приведены в табл.3.
Приведенные примеры показывают, что возможно получение растворов нитратов актинидов в широком диапазоне концентрации металлов, и, в отличие от аналогов, избыток азотной кислоты не является необходимым. Это гарантирует плавное течение процесса растворения и исключает возможное неконтролируемое развитие реакции в случае контакта азотной кислоты с мелкодисперсными порошками.
В отличие от прототипа, по предлагаемому способу условия проведения позволяют провести процесс быстро и эффективно без использования высокого давления, с доокислением и возвратом в процесс окислов азота и сокращением сброса их в атмосферу.
Класс G21F9/28 обработка твердых радиоактивных отходов
Класс C01G43/00 Соединения урана