СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРАТОВ АКТИНИДОВ Российский патент 2012 года по МПК G21F9/28 C01G43/00 

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения азотнокислых солей урана и актинидов, и предлагает альтернативный путь преобразования исходных материалов, содержащих металлический уран и оксиды, нитриды и карбиды урана, и других ядерных материалов в гидратированные нитраты, т.е. продукты, удобные для дальнейшей переработки.

Известны способы получения азотнокислых солей актинидов, например растворением металлического урана, диоксида урана или других оксидов в азотной кислоте. В результате получают раствор нитрата уранила с большим избытком кислоты. Для получения соли гидратированного нитрата уранила проводились операции выделения солей обычным способом: фильтрация, упаривание, охлаждение, отфильтровывание выпавших кристаллов, промывка и сушка.

Известен способ растворения оксидов урана с получением нитратов уранила с помощью диоксида азота, растворенного в трибутилфосфате и тетрахлорэтилене (Кузнецов А.Ю., Бучихин Е.П., Шаталов В.В. "Совмещенное нитрование и экстракция урана и его оксидов" XIII Всероссийская конференция по экстракции, тезисы докладов, часть 2, с.202, М., 2004). Недостатком данного метода является то, что для получения нитрата в виде гидратированной соли необходимо проведение дополнительных процессов реэкстракции и отгонки растворителя, применение водной химии.

Известен способ растворения оксидов урана с получением нитратов уранила путем взаимодействия безводных оксидов урана с тетраоксидом азота при температуре 25°С (А.Н.Мурин, В.Д.Нефедов. "Радиохимия и химия ядерных процессов" ГНТИ химической литературы, с.517. Л., 1960). Продуктом взаимодействия является аддукт нитрата уранила и диоксида азота UO₂(ON₃)₂·NO₂. Нагревание его до температуры 163°С в вакууме приводит к образованию безводного нитрата уранила. Недостатками этого способа являются высокая температура плавления получаемого аддукта, а также безводного нитрата уранила.

Известен способ получения нитратов уранила путем растворения металлического урана и оксидов актинидов в азотной кислоте с регенерацией отходящих газов (В.М.Вдовенко. "Современная радиохимия". М.: Атомиздат, 1969, с.543). Недостатком способа является получение растворов нитратов актинидов с высокой концентрацией избыточной азотной кислоты.

Наиболее близким к заявляемому является "Способ получения нитратов актинидов" путем непосредственной реакции актинидов или оксида актинида со смесью тетраоксида азота - вода в герметичной емкости при избыточном давлении 0,5-1,0 МПа и повышенной температуре 100-140°С, взятый в качестве прототипа (RU 2295789 С1, опубликовано 20.03.2007, бюл. №8). Недостатками прототипа являются высокое давление при проведении процесса и возможность резкого "взрывного" его нарастания, особенно при растворении высокодисперсных оксидов и металлического урана за счет практически мгновенного контакта растворяемого вещества с образующейся концентрированной (18-23 моль/л) азотной кислотой (Chiotti P., Rogers A., AECD-2974, Metall Progress, 60, (30), 60-65 (Sept. 1951) - Цит. по Руководство по неорганическому синтезу, т.4, с.1285, Редактор Г. Брауэр. М.: Мир, 1985). Кроме того, используется не более половины окислов азота, а остальная часть сбрасывается и требует улавливания.

Задачей данного изобретения является увеличение степени использования окислов азота, то есть сокращение сброса их в атмосферу. Это особенно важно при растворении оксидов актинидов в радиохимическом производстве.

Поставленная задача достигается тем, что получение гидратированных нитратов актинидов проводят путем непосредственной реакции актинидов или соединений, содержащих актинид, со смесью тетраоксида азота - вода, подаваемых непосредственно в реакционный сосуд при нормальном давлении и температуре 25-95°С. В качестве соединений актинидов, которые подвергаются обработке, используют оксиды, нитриды, карбиды. Отходящие газы используют путем их доокисления и возврата в голову процесса. В качестве окислителей используют воздух или кислород.

Предложенные примеры иллюстрируют возможности применения данного способа.

Пример 1

Навески препаратов актиноидов из расчета содержания в них 5 г урана помещают в реакционный сосуд, добавляют количество воды из расчета образования раствора нитрата уранила с заданной концентрацией. Смесь термостатируют при заданной температуре. Затем в реакционный сосуд подают пары N₂O₄ в смеси с воздухом или кислородом или инертным газом под атмосферным давлением. После полного растворения навески определяют концентрацию урана и азотной кислоты в полученном растворе. Данные приведены в табл.1.

Пример 2

Навески препаратов актиноидов из расчета содержания в них 5 г урана помещают в реакционный сосуд, добавляют количество воды из расчета образования раствора нитрата уранила с заданной концентрацией. Смесь термостатируют при заданной температуре. Затем в реакционный сосуд подают пары N₂O₄ в смеси с воздухом или кислородом или инертным газом под атмосферным давлением, со скоростью, обеспечивающей полное поглощение NO₂ в растворе. Выходящие из раствора газы проходят через контактную емкость с насадкой для увеличения времени пребывания в емкости и циркуляционным насосом возвращаются в реакционный сосуд. После полного растворения навески определяют концентрацию урана и азотной кислоты в полученном растворе. Данные приведены в табл.2.

Пример 3

Навески препаратов актиноидов из расчета содержания в них 5 г урана помещают в автоклав, добавляют стехиометрическое количество воды из расчета образования гексагидрата нитрата уранила. Жидкий N₂O₄ помещают в стакан, установленный выше уровня воды. Автоклав герметизируют, термостатируют при заданной температуре и поворачивают в горизонтальное положение, обеспечивая смешение фаз. После выдержки при заданной температуре определяют полноту растворения препарата и концентрации урана и азотной кислоты в растворе. Данные приведены в табл.3.

Приведенные примеры показывают, что возможно получение растворов нитратов актинидов в широком диапазоне концентрации металлов, и, в отличие от аналогов, избыток азотной кислоты не является необходимым. Это гарантирует плавное течение процесса растворения и исключает возможное неконтролируемое развитие реакции в случае контакта азотной кислоты с мелкодисперсными порошками.

В отличие от прототипа, по предлагаемому способу условия проведения позволяют провести процесс быстро и эффективно без использования высокого давления, с доокислением и возвратом в процесс окислов азота и сокращением сброса их в атмосферу.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения азотнокислых солей урана и актинидов. Способ получения нитратов актинидов включает обработку актинидов или их соединений тетраоксидом азота в присутствии воды. Подачу тетраоксида азота в реакционный сосуд осуществляют в смеси с воздухом или кислородом и процесс проводят при нормальном давлении и температуре от 25°С до 95°С. Изобретение обеспечивает простой удобный перевод соединений актинидов в нитраты, позволяющий увеличить степень использования окислов азота, то есть сократить сброс их в атмосферу. 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

1. Способ получения нитратов актинидов, включающий обработку актинидов или их соединений тетраоксидом азота в присутствии воды, отличающийся тем, что подачу тетраоксида азота в реакционный сосуд осуществляют в смеси с воздухом или кислородом и процесс проводят при нормальном давлении и температуре от 25°С до 95°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят с доокислением отходящих газов до тетраоксида азота и возвратом окисленных газов в голову процесса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединений актинидов обработке подвергают оксиды, карбиды или нитриды.