СПОСОБ ОЧИСТКИ АЗОТНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ ОТ СУРЬМЫ-125 Российский патент 1997 года по МПК G21F9/12 

Изобретение относится к способам очистки растворов солей от радиоактивных примесей, в частности, от сурьмы-125, и может быть использовано в аффинажных операциях для получения радиохимически чистых концентратов радионуклидов, таких как палладий, рутений, цезий.

Известны способы обеззараживания радиоактивных отходов, содержащих сурьму и рутений [1, 2] включающие формирование в потоке обрабатываемого раствора осадка гидроокиси элемента IYa группа периодической системы. Недостатком является то, способ пригоден для удаления сурьмы из растворов только с pH 3-8.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки сточных вод ядерных реакторов [3] включающий контактирование растворов, содержащих радионуклиды в ионной форме, с твердой фазой коллектора в виде кислородосодержащего соединения, имеющего в своем составе обменные ионы в той же степени окисления, что и поглощаемый радионуклид.

Недостатком способа является органическая применимость, вызванная тем, что очистки может идти только при условии присутствия удаляемого радионуклида в растворе в ионной форме. Дополнительная сложность в использовании данного метода вызвана необходимостью точно знать степень окисления удаляемого радионуклида, что не всегда возможно в реальных условиях. Все это не позволяет использовать данный способ для глубокой очистки от сурьмы 125 азотнокислых растворов.

Целью изобретения является очистка от сурьмы 125 азотнокислых растворов с кислотностью в пределах от pH 5 до 3 моль/л азотной кислоты.

Цель достигается тем, что в качестве коллектора используют нерастворимые окcисоли сурьмы, причем общее количество используемой сурьмы составляет 5-10 г/л очищаемого азотнокислого раствора, а кислотность раствора находится в пределах от pH 5 до 3 моль/л по азотной кислоте.

При общем содержании сурьмы менее 5 г/л не достигается необходимая степень очистки от сурьмы-125, при превышении 10 г/л наблюдаются потери целевого элемента при постоянной степени очистки. Увеличение концентрации азотной кислоты свыше 3 моль/л приводит к резкому уменьшению коэффициентов очистки от сурьмы-125, в то же время при величинах pH 5, вследствие гидролиза наблюдаются значительные потери целевого элемента.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что в качестве твердой фазы коллектора применяются нерастворимые оксисоли сурьмы как приготовленные заранее, так и получаемые непосредственно в очищаемом растворе, и очистка от сурьмы идет независимо от степени окисления и формы нахождения сурьмы-125. Таким образом, заявляемый способ соответствует требованию "новизна".

Из литературы известны методы очистки концентратов солей от радиоактивных микропримесей путем введения в раствор макроколичеств стабильного изотопа того же элемента (метод изотопного разбавления). Кроме того, существуют методы, основанные на ионобменной сорбции удаляемых радионуклидов твердой фазой, представляющей собой различные нерастворимые кислородсодержащие соединения, к данной категории методов относится и способ, приведенный в качестве прототипа. Однако, в азотнокислых растворах присутствие сурьмы в ионной форме возможно лишь при высоких концентрациях азотной кислоты (более 8 моль/л). Известны, также, методы очистки от радиоактивных примесей путем соосаждения, приведенные в качестве аналогов способа, в частности, также относятся в данным методам. Однако, явление очистки в заявляемом способе наблюдается не только в случае образования твердой фазы непосредственно в очищаемом растворе, что требуется для соосаждения, но и в случае контакта с заранее приготовленном твердой фазой оксисолей сурьмы. Таким образом, процесс очистки в заявляемом способе, очевидно, протекает по более сложному механизму, является новым и неожиданным, что позволяет признать заявляемое изобретение соответствующим требованию "изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующим образом.

В азотнокислом растворе, содержащем цезий, рутений или палладий, а также примесь сурьмы-125 создают концентрацию азотной кислоты не превышающую 3 моль/л (при этом pH раствора не должна быть выше 5), и раствор приводят в контакт с твердой фазой коллектора, содержащей нерастворимые оксисоли стабильной сурьмы. Оксисоли стабильной сурьмы получают либо непосредственно в растворе введением хлорида сурьмы (III) или (V) как в виде соли, так и в виде концентрированного раствора в соляной кислоты, либо заранее получив твердую фазу обратной хлоридов сурьмы азотной кислотой. Общее количество сурьмы при этом должно быть в пределах 5-10 г/л очищаемого раствора. Твердую фазу коллектора, содержащую сурьму 125, после контакта удаляют.

Пример 1. 3 моль/л азотнокислый раствор, содержащий 10 г/л палладия и 5,3 • 10⁷ Бк/л сурьмы 125, приводили в контакт с твердой фазой оксисолей стабильной сурьмы переменного состава путем введения в раствор соли треххлористой сурьмы до общего количества сурьмы 1-20 г/л очищаемого раствора.

Результаты представлены в табл. 1
Как видно из табл. 1, приведение в контакт исходного раствора с твердой фазой оксисолей сурьмы при общем количестве сурьмы менее 5 г/л дает достаточной очистки, а превышение 10 г/л приводит к потерям палладия, не улучшая очистки.

Пример 2. Исходные азотнокислые растворы, содержащие 3,8 Б195Ю 10⁸ Бк/л рутения 106 и 5,1 • 10⁴ Бк/л сурьмы 125 приводили в контакт с твердой фазой оксихлорида стабильной сурьмы, получаемой в результате смешивания исходного раствора и концентрированного раствора треххлористой сурьмы в 2 моль/л соляной кислоте. Общее количество введенной сурьмы -10 г/л.

Результаты приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 видно, что хорошая степень очистки от сурьмы-125 достигается при концентрации азотной кислоты не более 3 моль/л. В то же время заметных потерь целевого продукта не наблюдается до значения pH-5. При дальнейшем снижении кислотности раствора значительные количества целевого элемента теряются.

Пример 3. Азотнокислый раствор, содержащий цезий-137 и сурьму-125 пропускали через колонку, заполненную оксисолями сурьмы, со скоростью 2 колоночных объема в час. Оксисоли сурьмы получали путем пропускания через загруженные в колонку 3, 4 г хлорида сурьмы (V) 3 моль/л раствора азотной кислоты, очищаемый раствор подавали на колонку после полного завершения реакции образования оксисолей сурьмы, что определяли по отсутствию иона CI в фильтрате. Количество сурьмы в 3,4 г хлорида сурьмы (V) 1,4 г, всего пропустили 0,14 л очищаемого раствора, то есть количество сурьмы, использованной в опыте, составило 10 г на литр очищаемого раствора. Потерь целевого продукта не наблюдалось, коэффициент очистки от сурьмы 125 Коч 60.

Использование: очистка растворов от радиоактивных примесей, в частности от сурьмы - 125, изобретение может быть использовано в аффинажных операциях для получения очищенных от радионуклидов концентраторов палладия, рутения и т. д. Сущность: способ очистки азотнокислых растворов, содержащих радионуклиды от сурьмы - 125, заключается в том, что в очищаемом растворе устанавливают кислотность по азотной кислоте от pH 5 до 3 моль/л, а затем раствор вводят в контакт с коллектором - нерастворимыми кислородными соединениями сурьмы (III) и (IV), например, с оксидами или оксисолями сурьмы. Количество коллектора при этом составляет 5-10 г/л очищаемого раствора. Достигаемый результат - высокие коэффициенты очистки азотнокислых растворов от сурьмы - 125, а также эффективная очистка от других радионуклидов. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ очистки азотнокислых растворов от сурьмы-125, включающий контактирование азотнокислых растворов с твердой фазой коллектора, отличающийся тем, что в качестве коллектора используют нерастворимые оксисоли сурьмы в диапазоне кислотности от pH 5 до 3 моль/л по азотной кислоте. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество используемой в качестве коллектора сурьмы составляет 5 10 г/л очищаемого азотнокислого раствора.