СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ЭКСТРАКЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ УГЛЕВОДОРОДНЫХ РАЗБАВИТЕЛЕЙ В АЗОТНОКИСЛОЙ СРЕДЕ Российский патент 1999 года по МПК B01D11/04 G21C19/46 

Изобретение относится к экстракционной переработке урановых растворов в азотнокислых средах и позволяет обеспечить безопасные условия ведения экстракционных процессов.

При экстракционной переработке облученного ядерного горючего или делящихся материалов с использованием экстрагентов (ТБФ, ФОР, ТИАФ и др.) в углеводородном разбавителе могут возникать опасные ситуации, связанные с химическим взаимодействием между азотной кислотой и экстракционным раствором. Появление опасных ситуаций при контакте органических растворов с азотной кислотой может инициироваться несколькими источниками: радиационным облучением, повышением температуры, химическими реакциями или сочетанием этих факторов.

При развитии химической реакции процесс может стать неуправляемым, при этом выделяется большое количество тепла, развивается высокое давление за счет выделяющихся газов - в конечном итоге может произойти тепловой взрыв.

Одним из способов повышения безопасности экстракционных процессов при переработке радиоактивных азотнокислых растворов является введение в экстракционные системы специальных химических соединений, ослабляющих последствия химического, термического или радиационного воздействия на экстракционную систему.

Ингибирующие свойства этих соединений должны быть достаточно высокими, чтобы их концентрация в системе была в пределах, не влияющих на исходные эксплауатационные свойства. Ингибиторы реакции должны быть совместимы с экстрагентом и азотной кислотой, стойкими к химическому воздействию среды, а продукты их радиационно-химического превышения должны быть инертны к компонентам экстракционных систем и разделяемым металлам.

Известно ингибирующее действие большого числа химических соединений различного класса. Например, для защиты ТБФ используют различные ароматические соединения, которые располагаются в порядке повышения активности: толуол < бензол < дифенил или нафталин < фенантрен [1].

Известно использование бутанола в системах азотная кислота - углеводородный разбавитель - ТБФ в пурекс-процессе [2]. Отмечено примерно девятикратное снижение степени деградации углеводородного разбавителя (с 28% до 3%) при 24-часовом контакте его с 8,2 моль/л раствором азотной кислоты при содержании 10% бутанола в системе [3].

По технической сущности и достигаемому положительному эффекту этот способ является наиболее близким к заявляемому техническому решению и взят нами в качестве прототипа [2].

Недостатком известного способа является то, что при использовании бутанола возможно снижение степени очистки урана и плутония от продуктов деления. Низкая температура вспышки бутанола (37, 8^oC) может привести к ужесточению температурного режима проведения технологических процессов. Кроме того, бутанол легко подвергается нитрованию и может инициировать реакцию нитрования экстракционной смеси.

Задачей изобретения является разработка способа химической защиты экстракционных систем на основе углеводородных разбавителей в азотнокислой среде, свободного от вышеуказанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в способе химической защиты экстракционной системы на основе углеводородных разбавителей в азотнокислой среде путем введения ингибиторов, в качестве ингибитора используют мочевину в количестве не менее 0,5 грамма на литр водной фазы.

Пример. Готовят серию растворов 30% ТБФ в углеводородном разбавителе типа РЖ-3 в контакте с азотной кислотой. В гетерофазную систему, содержащую 5,7 моль/л азотной кислоты, вводят добавки мочевины 1 г/л или бутанола 2% об. Состав исходных растворов следующий:
1 система: 30% ТБФ в РЖ-3 в 5,7 мол/л HNO₂-контрольная
2 система: 30 ТБФ в РЖ-3 а 5,7 моль/л HNO₃+1 г мочевины/л водной фазы
3 система: 30% ТБФ в РЖ-3 в 5,7 моль/л HNO₃+2% об.бутанола
Соотношение органической и водной фаз O:B=1:1,25. Растворы выдерживают на водяной бане в течение 6 часов при температуре 100^oC. Контроль за степенью взаимодействия экстракционного раствора с азотной кислотой осуществляют по убыли концентрации азотной кислоты.

Результаты опытов приведены в табл. 1 (см. в конце описания).

Из результатов табл. 1 видно, что в присутствии мочевины взаимодействие азотной кислоты с экстракционным раствором идет медленнее по сравнению с контрольным опытом без добавок. Так, за два часа в присутствии мочевины прореагировало только 0,53% азотной кислоты от исходного ее количества, а за шесть часов - 5,61%, в то время как в контрольном опыте за два часа прореагировало более 16% азотной кислоты, а за шесть часов более 46%. В опыте, проводимом в присутствии бутанола, происходит еще большее взаимодействие экстракционного раствора с азотной кислотой и за 6 часов прореагировало уже более 56% азотной кислоты.

С целью определения оптимальной концентрации мочевины, вводимой в гетерофазную систему (экстракционный раствор - азотная кислота), проводят серию опытов с введением различных количеств мочевины - от 0,1 до 1 грамма на литр азотнокислого раствора. Результаты опытов представлены в табл. 2 (см. в конце описания).

Из результатов таблицы видно, что при добавлении в водную фазу системы экстрагент - азотная кислота мочевины в количестве 0,5 г/л и более наблюдается значительное снижение процента прореагировавшей азотной кислоты, т.е. реакция нитрования экстракционного расвтора резко замедляется. Оптимальным, очевидно, следует введение в азотнокислый раствор 0,5 г/л и более мочевины.

Источники информации
1. Романцев М.Ф. Химическая защита органических систем от ионизирующего излучения. М.: Атомиздат, 1978, с. 125.

2. Егоров Г. Ф. Радиационная химия экстракционных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 112 (прототип).

3. Таллент О.К., Майлен Д.С., Додсон К.Б. Химическая деградация разбавителей пурекс-процесса, ОК-Риджская Национальная Лаборатория, ОК-Ридж. Тенесси 37831, 1985 г.

Изобретение относится к экстракционной переработке урановых растворов в азотнокислых средах и позволяет обеспечить безопасные условия ведения экстракционных процессов. Способ повышения безопасности экстракционных процессов при переработке радиоактивных азотнокислых растворов включает введение в экстракционные системы ингибиторов. Сущность изобретения состоит в том, что в способе химической защиты экстракционных систем на основе углеводородных разбавителей в азотнокислой среде в качестве ингибитора используют мочевину в количестве не менее 0,5 г/л водной фазы. Способ позволяет предотвратить опасные ситуации, связанные с химическим взаимодействием между экстракционной системой и азотной кислотой, т.е. реакция нитрования экстракционного раствора замедляется, что снижает опасность возникновения неуправляемых процессов, связанных с развитием химической реакции. 2 табл.

Способ химической защиты экстракционных систем на основе углеводородных разбавителей в азотнокислой среде путем введения ингибиторов, отличающийся тем, что в качестве ингибитора используют мочевину в количестве не менее 0,5 г на 1 л водной фазы.