Подбор состава водной фазы с целью реэкстракции радионуклидов 137Сs и 60Со из отработанных вакуумных масел Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 621.039.7

Д.Ю. Сунцов, Е.А. Тюпина, А.Е. Савкин*

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия *ГУП Мос НПО "Радон", Москва, Россия

ПОДБОР СОСТАВА ВОДНОЙ ФАЗЫ С ЦЕЛЬЮ РЕЭКСТРАКЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ И 60Со ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ВАКУУМНЫХ МАСЕЛ

The method of preparation of radioactive oil simulators is developed. Search of water phase composition for re-extraction of cesium and cobalt radionuclides from simulators of radioactive oils is performed. Composition of the water phase are picked up allowing re-extract simulators down to a level of intervention at the given initial specific activity of the simulator for five steps of clearing.

Разработан метод приготовления имитаторов радиоактивных масел. Проведен поиск состава водной фазы для реэкстракции радионуклидов цезия и кобальта из имитаторов радиоактивных масел. Подобраны составы водной фазы, позволяющие проводить реэкстракцию имитаторов до уровня вмешательства при данной начальной удельной активности имитатора, за пять ступеней очистки.

В процессе эксплуатации различных механизмов (турбин, насосов, дистанционных механизмов и другого оборудования) в атомной промышленности применяют различные марки минеральных и синтетических масел. В результате неизбежного контакта этих масел с радиоактивно-загрязненными средами и/или поверхностями в период эксплуатации указанного оборудования происходит их радиоактивное загрязнение. По данным из различных источников жидкие органические отходы (ЖОО) в основном имеют среднюю и низкую активность.

В силу того, что на многих предприятиях нет установок для дезактивации масел, обычные методы переработки (сжигание, включение в матричные материалы) не представляются возможными, масла накапливаются в огромных количествах. Согласно Нормам радиационной безопасности (НРБ-99) [ 1] очистка загрязненных радиоактивных масел до удельной активности 11 Бк/кг по цезию позволит отнести их к разряду обычных промышленных отходов и проводить дальнейшее обращение с ними по общепринятым схемам утилизации. Так как в настоящее время извлечение радионуклидов из водной фазы является практически решенной задачей, в данной работе проводились исследования по дезактивации вакуумных масел водными растворами, содержащими различные высаливатели.

Цель настоящей работы заключалась в подборе условий для реэкстракции в водную фазу радионуклидов кобальта и цезия из имитаторов радиоактивных масел.

Измерения проводились на полупроводниковом гамма-рентгеновском спектрометре на основе детектора из сверхчистого германия (ОЧГ-2000) с площадью входного окна 20 см при толщине кристалла 20 мм. Конструкция защиты позволяет проводить низкофоновые измерения гамма-излучателей в диапазоне от 5 кэВ до 2,5 МэВ с чувствительностью до 10-11 (по критерию МДА=3д/^ф) за время измерения 1000 мин для

большинства гамма-излучателей с квантовым выходом >10% при диаметре источника 40 мм и высотой 10 мм [2].

Разработка метода приготовления имитаторов радиоактивных масел. Исследования осуществлялись с помощью имитаторов радиоактивных масел. Работа с имитаторами была необходима по следующим причинам:

1.Отработка простейших методик и подбор общих условий проведения экспериментов. 2.Возможность приготовления имитаторов с различной активностью исследуемых радионуклидов.

В качестве основы для приготовления имитаторов было выбрано масло марки ВМ-1, как наиболее близкое по свойствам с реальными образцами радиоактивных масел. Имитаторы готовились следующим образом: смешивание и встряхивание проводилось в делительных воронках; соотношение фаз (органика:вода) 2:1; время встряхивания на вибрационном стенде 1 час; время отстаивания после встряхивания от 1 до 3-х суток до полного визуального расслаивания фаз. Были исследованы следующие системы:

1. ВМ-1 (20 мл) +р-р 13^ / 60Со (10 мл)+НШ3 (5 капель 0,Ш).

2. ВМ-1 (20 мл) +р-р 13^ / 60Со (5 мл)+НШ3 (5 мл 0,Ш).

3. ВМ-1 (16 мл) + керосин (4 мл) + р-р 13^ / 60Со (10 мл)+НШ3 (5 капель 0,Ш).

4. ВМ-1 (16 мл) + керосин (4 мл) + р-р 13^ / 60Со (5 мл)+НШ3 (5 мл 0,Ш).

Обычно, экстракционные процессы характеризуются коэффициентом распределения, являющимся отношением аналитических концентраций данного элемента в органической (СММ ) и водной (см ) фазах [3]:

с V

о = М

/см

Результаты экспериментов представлены в таблице 1. Погрешность измерения коэффициента распределения составляет 10%.

Таблица 1. Коэффициенты распределения радионуклидов при создании имитаторов

радиоактивных масел

Коэффициент распределения (О)

Системы Со

1 0,0196 0,0128

2 0,0160 0,0118

3 0,0170 0,0132

4 0,0193 0,0140

На основании полученных результатов можно сказать, что активность масла ВМ-1 по 137Сs и 60Со достаточна для проведения дальнейших исследований во всех системах. Нами были выбрана наиболее удобная для работы, с точки зрения вязкости и плотности, система 4.

Подбор состава водной фазы и определение коэффициентов распределения Со, Се в системах водная фаза - имитаторы. Предварительно в качестве реэкстраген-та были исследованы щелочные (рН=8-9) и кислые системы. В слабощелочной среде разделение фаз проходило хуже (значительное время расслаивания и образование третьей фазы). Поэтому дальнейшая работа проводилась в кислой среде

Таблица 2. Коэффициенты распределения при реэкстракции радионуклидов растворами азотной

кислоты

Состав водной фазы Коэффициент распределения

13^

^О 0,015 0,018

^О+0,0Ш :ИШ3 0,014 -

H20+0,05N :ИШ3 0,024 0,032

^о+0,Ш :ИШ3 0,062 -

^О+0,05 N :иш3 +0,05N Трилон Б №=4-5) 0,200 0,263

. Приготовленные имитаторы, содержащие радионуклиды встряхивались с неактивной водной фазой в течение часа, после отстаивания и разделения проводился анализ органической и водной фаз. Анализ третьей фазы не проводился, т.к. в кислой сре-

де она практически отсутствовала. Результаты экспериментов представлены в таблице 2. Как видно из таблицы 2, коэффициенты распределения при использовании данных реэкстрагентов являются высокими для практического применения. С целью снижения коэффициентов распределения и повышения степени очистки имитаторов от радионуклидов был продолжен поиск растворов для реэкстракции из числа комплексооб-разователей, моющих и дезактивирующих веществ [4]. Результаты экспериментов представлены в таблице 3.

Таблица 3. Коэффициенты распределения при реэкстракции радионуклидов различными составами

№№ Дезактивирующие составы Коэффициент распределения Наблюдаемый эффект

13'С8 Со

1 Раствор дезактивирующего порошка «Защита» (10 масс.%) 0,142 наличие третьей фазы, водная фаза мутная

2 ^Сйт 0,4К + (КИ4)2С204 0,0Ш + Трилон Б 0,04К 0,061 - наличие третьей фазы, водная фаза прозрачная

3 Раствор сульфонола (1,2 масс. %) 0,327 органическая фаза непрозрачная серо-желтого цвета, третьей фазы нет, водная фаза прозрачная желтого цвета

4 Раствор сульфаната натрия (2,4 масс.%) - 0,037 наличие третьей фазы, водная фаза прозрачная бесцветная

5 Н2С2О4 0,3К + №2804 0,0Ш+ Трилон Б 0,0Ш 0,009 0,006 органическая фаза прозрачная, третьей фазы мало, водная фаза прозрачная бесцветная

6 Раствор винной кислоты (0,5 масс.%) 0,010 0,006 органическая фаза прозрачная, третьей фазы нет, водная фаза прозрачная бесцветная

7 Раствор щавелевой кислоты (2,5 масс.%) 0,011 0,007 органическая фаза прозрачная, третьей фазы нет, водная фаза прозрачная бесцветная

На основании экспериментальных данных установлено, что составы 5, 6 и 7 (табл. 3) являются наилучшими из всех исследованных и применимы для извлечения кобальта и цезия из имитаторов, как с точки зрения минимального коэффициента распределения, так и практического отсутствия третьей фазы.

1200 ■ ¡2 1000 800

о

X -

а г

200

а)

2 3 4

Ступень реэкстракции

1400

1200

1000

= I

л Та и

800

600

1 1

1

1 1

1 1

1

1 б)

1 2 3 4 5

Ступень реэкстракции

-цезий-137

- кобальт-60

- цезий-137

-кобальт-60

Рис. 1. Реэкстракция радионуклидов растворами винной (а) и щавелевой (б) кислоты

Была проведена проверка возможности достижения степени очистки имитатора до уровней вмешательства по цезию и кобальту, соответствующих НРБ-99, при реэкс-тракции растворами щавелевой и винной кислоты.

1600

1400

600

400

400

200

0

0

0

5

6

0

6

С целью увеличения скорости расслаивания проверка проводилась с использованием центрифуги. Центрифугирование проводилось в течение 30 минут со скоростью вращения 5000 об/мин. После этого производилась замена водной фазы и проводилась следующая ступень реэкстракции аналогичным образом (рис.1). Можно отметить, что наблюдается взаимное влияние радионуклидов, и на четвертой ступени реэкстракции при практически полном извлечении кобальта эффективность извлечения цезия возрастает. Установлено, что извлечение радионуклидов цезия и кобальта до концентрации меньше 11 и 41 Бк/кг соответственно (уровень вмешательства по НРБ-99) достигается за 5 ступеней при данной начальной удельной активности имитатора.

Проведена предварительная проверка эффективности подобранных составов водной фазы на реальном образце радиоактивного масла, которая подтвердила их дезактивирующие свойства.

Список литературы

1. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) СП 2.6.1. 758-99.-М., Минздрав России, 1999.- 115 с.

2. Сазонов, А.Б. / А.Б.Сазонов, Э.П.Магомедбеков, А.В.Очкин Лабораторный практикум по ядерной физике. Учебное пособие. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. - 176 с.

3. Фомин, В.В. Химия экстракционных процессов/ В.В.Фомин.- М.: Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники, 1960. - 166 с.

4. Седов, В.М. Химическая технология теплоносителей ядерных энергетических установок/ В.М.Седов, А.Ф.Нечаев, В.А.Доильницын, П.Г.Крутиков. - М.: Энерго-атомиздат, 1985. -312 с.

УДК 542,61:(546.175+546.799.5):547.495.3:547.558.1

1 2 3 3 3

А.Л. Мишелия , А.М. Сафиуллина , Е.И. Горюнов , Т.В. Баулина , И.Б. Горюнова , А.А. Летюшов 4, Е.А. Тюпина 1, И.Г. Тананаев 4

1 Российский химико-технологический университет им. Д.М. Менделеева, Москва, Россия

2 Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия

3 Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия

4 Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва, Россия

ЭКСТРАКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА N-ФОСФОРИЛМОЧЕВИН ПО ОТНОШЕНИЮ К АКТИНОИДАМ И ЛАНТАНОИДАМ

N'-Substituted N-diphenylphosphorylureas were synthesized by "one-pot" method from diphenylchloro-phosphine and different primary and secondary amines. The compounds obtained [especially N-diphenylphos-phoryl-N'-alkyl(C6-C10)ureas] are efficient extractants capable of extracting actinides and lanthanides from nitric acid solutions with high distribution coefficients.

N N замещенные дифенилфосфорилмочевины были синтезированы "one-pot" - методом из дифе-нилхлорфосфинов и различных первичных и вторичных аминов. Полученные соединения [в особенности N- дифенилфосфорил-N -алкил(С6-С10)мочевины] являются эффективными экстрагентами, пригодными для экстракции актиноидов и лантаноидов из азотнокислых растворов.

В настоящее время жидкостная экстракция бидентатными нейтральными фосфо-рорганическими соединениями (БНФОС) является наиболее перспективным методом извлечения долгоживущих радионуклидов (актинидов и лантанидов) из кислых жидких радиоактивных отходов. Среди этих БНФОС наиболее широко изучены замещенные