CC BY
37
показано, что в случае пиролиза соответствующих КС с азотсодержащим лигандом (N2H4) наблюдается образование композита нитрида бора в двух модификациях (кубической и ромбоэдрической), в то время как присутствие кислородсодержащего лиганда (DMF) приводит к образованию боратов.
Работа выполнена при поддержке РНФ, проект 14-13-01115.
Литература
1. Greenwood N. N. and Earnshaw A. Chemistry of the Elements. 2nd ed. Butterworth — Heinemann, 1997.
2. Advanced Inorganic Chemistry / F. A. Cotton et al. 6th ed. New York: Wiley, 1999.
3. Haynes W. M. Handbook of Chemistry and Physics. 91st ed. CRC Press, Boca Raton, Florida, 2000.
Сведения об авторах Голубев Алексей Валерьевич
ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия
Малинина Елена Анатольевна
доктор химических наук, ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия
malinina@igic .ras.ru
Бузанов Григорий Алексеевич
кандидат химических наук, ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия
Быков Александр Юрьевич
кандидат химических наук, ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия
Жижин Константин Юрьевич
член-корреспондент РАН, ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия
Кузнецов Николай Тимофеевич
академик РАН, ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН, г. Москва, Россия [email protected]
Golubev Aleksey Valerjevich
N. S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the RAS, Moscow, Russia
Malinina Elena Anatoljevna
Dr. Sc. (Chemistry), N. S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the RAS, Moscow, Russia
Buzanov Grigorii Alekseevich
PhD (Chemistry), N. S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the RAS, Moscow, Russia
Bykov Alexander Yurjevich
PhD (Chemistry), N. S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the RAS, Moscow, Russia
Zhizhin Konstantin Yurjevich
Corresponding Member of the RAS, N. S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia [email protected] Kuznetsov Nikolay Timofeevich
Academician of the RAS, N. S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences,
Moscow, Russia
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.262-265 УДК 541.11 : 541.127 : 542.61
ПРИМЕНЕНИЕ РАЗБАВИТЕЛЯ ИЗОПАР-М В ЭКСТРАКЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
З. В. Дживанова, Е. В. Белова
ФГБУН Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, Россия Аннотация
Рассматриваются результаты комплексного исследования экстракционной системы «30 % ТБФ — Изопар-М». Определено влияние ионизирующего излучения на гидродинамические,
экстракционные показатели и характеристики пожаро- и взрывобезопасности исследуемой экстракционной системы. Ключевые слова:
радиолиз, радиационная стойкость, термическая стойкость, Пурекс-процесс, экстракционные системы, Изопар-М.
APPLICATION OF ISOPAR-M DILUENT IN EXTRACTION TECHNOLOGY OF SPENT NUCLEAR FUEL REPROCESSING
Z. V. Dzhivanova, E. V. Belova
Russian Academy of Sciences A. N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Moscow, Russia
Abstract
The article reviews the results of a comprehensive study of extraction system "30 % TBT — Isopar-M". The influence of ionizing radiation on hydrodynamic, extraction parameters and fire and explosion safety characteristics of extracting system, has been determined. Keywords:
radiolysis, radiation stability, thermal stability, PUREX process, extraction system, Isopar-M.
Интерес к ядерной энергетике растет во всем мире из-за потребности в электроэнергии и опасения экологов по поводу энергии, производимой на теплоэлектростанциях, вследствие больших выбросов парниковых газов. Помимо этого каждый год образуются тысячи тонн отработавшего топлива, которое нуждается в регенерации. Для переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) используют Пурекс-процесс, основанный на жидкостной экстракции урана и плутония [1, 2]. Экстрагируемые уран и плутоний могут быть использованы для изготовления МОХ-топлива для АЭС в целях дополнительного производства энергии [3]. Таким образом, исходные топливные ресурсы могут быть использованы более полно, а потребность в обогащении урана снижена.
В качестве экстрагента в классическом Пурекс-процессе широко применяется Три-н-бутилфосфат (ТБФ), который обладает хорошей селективностью по отношению к урану и плутонию, однако имеет плотность, близкую к плотности воды, поэтому его разбавляют в лёгких или тяжелых разбавителях. В качестве лёгких разбавителей используют различные фракции парафинов (керосин, РЖ-3, синтин, С-13), в качестве тяжелых — хлорированные или фторированные углеводородные производные (ГХБД, формаль, гексол) [4].
Одной из первостепенных проблем исследований применительно к переработке облученного топлива является изучение радиационного поведения органических растворов в двухфазных водно -органических системах. Важность этой проблемы обусловлена изменением физико-химических экстрагентов и разбавителей при их контакте с азотнокислыми растворами облученных ТВС, что приводит к нарушениям процесса экстракционного разделения и существенному сокращению времени эксплуатации экстракционной системы в технологических операциях. Следовательно, для каждой конкретной экстракционной системы необходимо выявить характер и глубину нарушений различных этапов экстракционного процесса; определить продукты радиолитической деструкции экстракционной системы и определить их роль в ухудшении гидродинамических, экстракционных показателей, а также характеристик пожаро- и взрывобезопасности. Возникло предположение, что применение разветвленного углеводородного разбавителя Изопар-М повысит радиационно-термическую устойчивость экстракционной системы на основе ТБФ и увеличит срок эксплуатации экстрагента.
Изучение основных физико-химических, экстракционных свойств экстракционной системы «30 % ТБФ — Изопар-М» и возможности её безопасного применения в экстракционном извлечении урана и плутония из азотнокислых сред делают работу актуальной.
Комплексное исследование разбавителя Изопар-М в качестве разбавителя для Пурекс-процесса предполагало изучение воздействия ионизирующего излучения на экстракционные, гидродинамические показатели и характеристики пожаро- и взрывобезопасности. Работу условно поделили на пять этапов. На первом сравнивали гидродинамические показатели системы «30 % ТБФ — Изопар-М» с аналогичной системой на основе разбавителя С-13, взятой за стандартную. Выявили, что система на основе Изопар-М не уступает стандартной, иногда превосходя её по таким показателям, как межфазное натяжение, вязкость и скорость расслаивания органической и водной фаз на разных стадиях.
На втором этапе оценивали возможность применения растворов солей органических оснований: метиламин и гуанидин карбонатов на стадии внутрицикловой очистки экстрагента. После положительного опыта применения раствора гидрокарбоната натрия провели экспериментальную серию по регенерации экстракционных систем, облученных в накопительном режиме до доз 250, 500 и 750 кГр 1 моль/л растворами метиламин и гуанидин карбонатов. Их действие сравнивали с действием 0,5 моль/л раствора гидрокарбоната натрия. Измерение вязкости, плотности экстрагента, величины межфазного натяжения на границе «экстрагент — карбонатный раствор» после регенерации и анализ проб методом ИК-спектроскопии доказывают сходную способность к регенерации всех промывных растворов. Результаты ИК-спектроскопии представлены в таблице.
Концентрации продуктов радиолиза экстрагента до и после регенерации испытуемыми промывными растворами
С^СООН), моль/л С(КСт0, моль/л С^СООЪ), моль/л
250 кГр
После облучения 0,011 0,014 0,004
0,5 моль/л NaHCOз 0,001 0,014 0,003
1 моль/л гуанидин карбонат 0,001 0,013 0,003
1 моль/л метиламин карбонат 0,001 0,013 0,004
500 кГр
После облучения 0,027 0,032 0,010
0,5 моль/л NaHCOз 0,007 0,015 0,003
1 моль/л гуанидин карбонат 0,005 0,018 0,003
1 моль/л метиламин карбонат 0,006 0,020 0,003
750 кГр
После облучения 0,049 0,037 0,011
0,5 моль/л NaHCOз 0,012 0,027 0,004
1 моль/л гуанидин карбонат 0,012 0,027 0,004
1 моль/л метиламин карбонат 0,015 0,027 0,004
На третьем этапе проводили эксперименты по определению влияния ускоренных электронов и собственного альфа-излучения плутония-239 на его экстракцию из азотнокислых растворов. По мере возрастания поглощенной дозы увеличивались скорости расслаивания органической и водной фаз, вязкость, плотность, изменялся коэффициент распределения плутония. Выявили, что природа облучающих частиц (ускоренные электроны и альфа-частицы) не оказывает значительного влияния на коэффициент распределения плутония, несмотря на довольно значительный разброс данных.
На четвертом этапе изучали параметры взрыво- и пожаробезопасности 30 %-х растворов ТБФ в Изопаре-М, насыщенных 3, 8 и 12 моль/л азотной кислотой, необлученных и облученных до доз 0,5, 1 и 2 МГр. Эксперименты проводили с однофазными и двухфазными системами в условиях открытого аппарата. Несмотря на то что газовыделение в системах с разбавителем Изопар-М протекает интенсивно, суммарные объемы газообразных продуктов невелики. Окислительные процессы, определяющие скорость газовыделения, зависят от содержания окислителя (азотной кислоты) и в однофазных органических растворах из-за относительно низкой её концентрации быстро затухают. В двухфазных системах газовыделение усиливается, но в условиях открытого аппарата не наблюдаются экзотермические процессы. Экзотермические процессы наблюдаются только в условиях закрытого аппарата при термолизе системы «30 % ТБФ — Изопар-М», облученной до 1 МГр, уравновешенной 8 моль/л азотной кислотой. Зависимость температуры и давления внутри реакционной ячейки от времени эксперимента при анализе данной системы представлена на рис. 1.
Время, с
Зависимость температуры и давления внутри реакционной ячейки от времени эксперимента при анализе системы «30 % ТБФ — Изопар-М — 8,2 моль/л HNOз», облученной до 1 МГр
и уравновешенной 8,2 моль/л HNO3
Итогом пятого этапа стало исследование продуктов радиационно-химической и термической деструкции исследуемой экстракционной системы. Выявлено, что основными продуктами деградации являются кетоны, сложные эфиры, карбоновые кислоты, нитросоединения и нитраты. При разложении ТБФ образуются моно- и
дибутилфосфорные кислоты. Но, при своевременной регенерации оборотного экстрагента хорошо подобранным промывным раствором, значительную часть продуктов радиационно-химической деградации можно удалить из системы, что улучшит основные экстракционные, гидродинамические показатели и характеристики пожаро- и взрывобезопасности.
Проведены стендовые испытания экстракционной технологии переработки ОЯТ с использованием системы «30 % ТБФ в Изопаре-М — HNO3», включая операции экстракции ценных компонентов, промывки экстрагента, раздельной реэкстракции актинидов и внутрицикловой регенерации. Показано, что новая экстракционная система (30 % ТБФ в Изопаре-М) может быть рекомендована для промышленного использования.
Литература
1. Копырин А. А., Карелин А. И., Карелин В. А. Технология производства и радиохимической переработки ядерного топлива. М.: Атомэнергоиздат, 2006. 576 с.
2. Ровный С. И., Шевцев П. П. Современное состояние и пути совершенствования радиохимической технологии выделения и очистки урана и плутония // Вопросы радиационной безопасности. 2007. № 2. С. 5-8.
3. Статьи о мокс-топливе [Электронный ресурс] // Российское атомное сообщество: сайт. URL: http://www.atomic-energy.ru/MOX-fuel/articles (дата обращения: 19.01.2018).
4. Зильберман Б. Я. Развитие Пурекс-процесса для переработки высоковыгоревшего топлива АЭС в замкнутом ЯТЦ с точки зрения локализации долгоживущих радионуклидов // Радиохимия. 2000. Т. 42. С. 3-15.
Сведения об авторах Белова Елена Вячеславовна
кандидат химических наук, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, Россия [email protected]
Дживанова Заяна Викторовна
Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, Россия [email protected]
Belova Elena Vyacheslavovna
PhD (Chemistry), Russian Academy of Sciences A. N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry,
Moscow, Russia
Dzhivanova Zayana Viktorovna
Russian Academy of Sciences A. N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Moscow, Russia [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.265-268 УДК 66.061.3 : 546.56/.57
ЭКСТРАКЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ СЕРЕБРА ИЗ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ Л. В. Дьякова, Е. С. Кшуманева, А. Г. Касиков
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Проведены исследования по извлечению серебра (I) жидкостной экстракцией индивидуальными экстрагентами и смесями на основе третичных аминов из концентрированных хлоридных никелевых растворов. Установлено влияние хлоридного фона, концентрации экстрагента, соотношения водной и органической фаз на процесс экстракции. Показано, что вид модификатора в экстракционной смеси в значительной мере влияет на степень извлечения серебра (I). Определены оптимальные условия экстракции для эффективного извлечения серебра (I) смесью 30 % ТАА + 40 % 2-октанон в инертном разбавителе. Ключевые слова:
экстракция, серебро, хлоридный никелевый раствор, 2-октанон, 2-октанол, третичный амин. SOLVENT EXTRACTION OF SILVER FROM CHLORIDE SOLUTIONS L .V. Dyakova, E. S. Kshumaneva, A. G. Kasikov
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials
of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
