СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ РУТЕНИЯ ИЗ ОБЛУЧЕННОГО ТЕХНЕЦИЯ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕГО СОБОЙ СПЛАВ ТЕХНЕЦИЯ И РУТЕНИЯ Tc-Ru Российский патент 2010 года по МПК C22B61/00 C22B11/00 C22B3/06 G21F9/28 

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в химической технологии и препаративной химии.

Долгоживущий изотоп Тс-99, накапливающийся в значительном количестве в отработанном топливе атомных электростанций, является одним из наиболее проблемных компонентов радиоактивных отходов. Он обладает опасно высокими миграционными способностями в атмосфере и природных водах. Наиболее перспективным способом переработки технеция является трансмутация (сжигание в ядерных реакторах). При этом Тс-99 переходит в стабильные изотопы рутения. Основными потребителями рутения являются электронная и электротехническая промышленность. Крупномасштабная трансмутация технеция в сочетании с промышленной очисткой получаемого рутения от невыгоревшего технеция могла бы полностью удовлетворить современные потребности на этот платиноид.

Известен способ очистки препарата рутения от технеция [Патент РФ №2266871]. В этом способе растворение сплава Tc-Ru производят в 2,0 моль/л КОН в присутствии 0,4 моль/л КIO₄ при Т=70÷80°С. Затем из полученного раствора осаждают гидроксид рутения, далее осадок гидроксида отделяют от маточного раствора, промывают водой и снова растворяют в 2,0 моль/л КОН с избытком КIO₄ при Т=70÷80°С, получая раствор рутената калия. На следующей стадии процесса производят корректировку кислотности раствора (рН) добавлением Н₂SO₄, получая в итоге раствор рутената калия со значением рН=1÷7 с избытком KIO₄. Этот раствор нагревают до Т=50÷60°С и отгоняют образующийся RuO₄ в щелочной раствор с дальнейшим переводом в оксид рутения и восстанавливают оксид до металла в токе чистого водорода.

Недостатком способа является образование значительного количества осадков на стадии растворения сплава Tc-Ru. На этой стадии происходит каталитическое разложение окислителя, вследствие чего требуется периодическое внесение в раствор свежих порций метапериодата калия. В результате в процессе растворения сплава образуется большое количество осадка (продукты разложения метапериодата калия). Кроме того, при проведении операции корректировки кислотности раствора рутената до оптимальной величины (рН=1÷7) при добавлении в раствор рутената калия серной кислоты также образуется значительное количество осадка. Осадки необходимо отделять от растворов, содержащих растворенные Тc и Ru, и промывать, что значительно усложняет работу и увеличивает количество радиоактивных отходов.

Другим недостатком является взрывоопасность процесса восстановления оксида рутения, который проводится в токе чистого водорода.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества радиоактивных отходов, образующихся в процессе выделения рутения, и взрывобезопасности этого процесса.

Для решения этой задачи в способе выделения рутения из облученного технеция, представляющего собой сплав технеция и рутения Tc-Ru, включающем растворение сплава Tc-Ru, отделение фракции рутения в виде гидроксида, перевод отжигом гидроксида рутения в оксид рутения RuO₄ и восстановление его до металла в водородом, растворение сплава ведут в растворе кислоты в присутствии катализатора при барботировании через раствор озон-кислородной или озон-воздушной смеси, а восстановление оксида рутения до металла проводят в токе смеси водород-инертный газ.

В качестве катализатора используют соли серебра Ag(I) либо соли кобальта Со(II).

Растворяют сплав Tc-Ru в растворе НNО₃ или НСlO₄, содержащем в качестве катализатора соли серебра Ag(I).

Растворяют сплав Тс-Ru в растворе НNО₃, HClO₄, или H₂SO, содержащем соли кобальта Со(II).

Отделяют фракцию рутения в виде гидроксида рутения при растворении сплава Tc-Ru путем отгонки образующегося RuO₄ в щелочной раствор, с последующим осаждением гидроксида рутения, промывкой, суспензированием его в воде, повторной отгонкой RuO₄ в щелочной раствор барботированием суспензии озон-кислородной или озон-воздушной смесью и повторным осаждением из щелочного раствора.

После осаждения гидроксида рутения, его отделения и промывки водой производят вторую отгонку RuO₄ барботированием озон-кислородной или озон-воздушной смеси через суспензию гидроксида рутения в воде.

Восстановливают RuO₂ в токе смеси "водород-инертный газ".

Образец сплава Tc-Ru помещали в раствор НNО₃ или HClO₄ с Ag(I) (раствор НNО₃, HClO₄ или Н₂SO₄ с Со(II)), затем через раствор барботировали озон-кислородную или озон-воздушную смесь. Озон достаточно быстро окисляет Ag(I) (или Со(II)):

2Ag(I)+2H⁺+O₃→2Ag(II)+H₂O+O₂

или

2Co(II)+2Н⁺+О₃→2Со(III)+Н₂О+O₂.

Образующиеся при действии озона Ag(II) (или Со(III)) окисляют компоненты сплава - металлические Тc и Ru, переводя их в раствор. Продукты окисления сплава НТсO₄ и RuO₄ хорошо растворимы в НNO₃, HClO₄ и Н₂SO₄, поэтому в условиях данного процесса образования осадков не происходит. Одновременно с растворением сплава легколетучий RuO₄ и некоторая часть НТсO₄ (также легколетучего соединения) потоком барботируемого газа отгоняется в раствор щелочи (КОН или NaOH), где RuO₄ восстанавливается до рутената натрия, а НТсO₄ нейтрализуется, образуя пертехнетат натрия.

На следующей стадии процесса из полученного раствора добавлением этилового спирта осаждают гидроксид рутения, затем мелкодисперсный осадок гидроокиси отделяют от раствора и промывают водой до тех пор, пока у промывных растворов не будет достигнут рН=6-7.

Для осуществления следующей операции осадок переносят в воду и барботируют озон-кислородную смесь через образовавшуюся суспензию гидроксида рутения в воде. Гидроксид рутения озоном окисляется до RuO₄, который потоком барботируемого газа отгоняется в раствор NaOH, где восстанавливается до рутената натрия. Далее из полученного раствора рутената натрия добавлением этилового спирта осаждают гидроксид рутения, осадок отделяют от раствора, просушивают и переводят в RuO₂ отжигом на воздухе.

С целью обеспечения взрывобезопасности процесса восстанавление оксида рутения до металла проводится в токе гелий-водородной смеси.

№ п/п Операции и режимы 1 Растворение сплава Tc-Ru в 6 моль/л растворе НNО₃ (или 6 моль/л НСlO₄), содержащем 3 моль/л Ag(I), при барботировании через раствор озонокислородной смеси; одновременная отгонка образующегося при растворении RuO₄ в 3 моль/л NaOH 2 Осаждение гидроксида рутения этиловым спиртом, промывка гидроксида рутения водой 3 Отгонка RuO₄ в 3 моль/л NaOH барботированием озон-кислородной смеси через суспензию гидроксида рутения в воде 4 Осаждение гидроксида рутения этиловым спиртом, промывка водой до рН=7 5 Перевод гидроксида рутения в RuО₂ отжигом на воздухе при Т=600°С в течение 1 ч 6 Восстановление RuO₂ в токе гелий-водородной смеси (содержание Н₂ 5 об.%) при Т=600°С в течение 2 ч

Пример

Образцы облученного металлического технеция представляли собой сплав, содержащий 81% технеция и 19% рутения. Содержание озона в озон-кислородной смеси составляло 2,1 об.%. Все операции по растворению сплава Tc-Ru и отгонке RuO₄ проводили при 25±3°С. Операции и режимы процесса выделения рутения представлены в таблице.

Изобретение относится к области радиохимии, в частности к способу выделения рутения из облученного технеция, представляющего собой сплав технеция и рутения, и может быть использовано в радиохимии, аналитической и в препаративной химии. Способ включает растворение сплава Tc-Ru, отделение фракции рутения в виде гидроксида, перевод отжигом гидроксида рутения в оксид рутения RuO₄ и восстановление его до металла водородом. Растворение сплава ведут в растворе кислоты в присутствии катализатора при барботировании через раствор озон-кислородной или озон-воздушной смеси. Восстановление оксида рутения до металла проводят в токе смеси водород-инертный газ. К качестве катализатора используют соли серебра Ag(I) либо соли кобальта Со(II). Техническим результатом является уменьшение количества радиоактивных отходов, образующихся в процессе выделения рутения, и взрывобезопасности этого процесса. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ выделения рутения из облученного технеция, представляющего собой сплав технеция и рутения Tc-Ru, включающий растворение сплава Tc-Ru, отделение фракции рутения в виде гидроксида, перевод отжигом гидроксида рутения в оксид рутения RuO₄ и восстановление его до металла водородом, отличающийся тем, что растворение сплава ведут в растворе кислоты в присутствии катализатора при барботировании через раствор озон-кислородной или озон-воздушной смеси, а восстановление оксида рутения до металла проводят в токе смеси водород-инертный газ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют соли серебра Ag(I) либо соли кобальта Со(II).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение сплава Tc-Ru ведут в растворе НNО₃ или НСlO₄, содержащем в качестве катализатора соли серебра Ag(I).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение сплава Tc-Ru ведут в растворе НNО₃, НСlO₄ или H₂SO₄, содержащем в качестве катализатора соли кобальта Со(II).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение фракции рутения в виде гидроксида рутения осуществляют при растворении сплава Tc-Ru путем отгонки образующегося RuO₄ в щелочной раствор, осаждения гидроксида рутения, промывки водой, суспензирования его в воде, повторной отгонки RuO₄ в щелочной раствор барботированием суспензии озон-кислородной или озон-воздушной смесью и повторного осаждения из щелочного раствора.