Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДА КАДМИЙ-109

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в технологии получения радиоактивных изотопов и аналитической химии.

Радионуклид кадмий-109 применяется для изготовления эталонных источников ионизирующего излучения.

Известно получение изотопа ¹⁰⁹Cd путем облучения серебра нейтронами по реакциям

¹⁰⁷Ag(n,γ)¹⁰⁸Ag

¹⁰⁸Cd(n,γ)¹⁰⁹Cd

и последующей его очистки.

При облучении изотопнообогащенного ¹⁰⁷Ag в течение полугода в высокопоточном реакторе выход кадмия составляет ~50% от массы облучаемого серебра. Помимо основного продукта реакции при облучении образуются значимые количества радионуклида ^110mAg. Последующая химическая переработка облученного образца проводится с целью очистки ¹⁰⁹Cd от ^110mAg и получения требуемой химической формы препарата.

Известен способ экстракционного разделения радионуклидов серебра и кадмия [Левин В.И. Получение радиоактивных изотопов. - М.: Атомиздат, 1972, с. 182], заключающийся в приготовлении раствора кадмия и серебра в смеси роданида аммония и ацетата натрия, последующей экстракции кадмия смесью пиридина с хлороформом и реэкстракции кадмия азотной кислотой.

Недостаток способа - неполное разделение компонентов.

Известен способ ионообменного разделения радионуклидов серебра и кадмия [Разбаш А.А., Севастьянов Ю.Г., Маклачков А.Г., Алексеева Л.Г., Радиохимия, 1981, т. 23, №3, с. 442], основан на сорбции Ag и Cd на сильнокислом катионите КРС-8п из смеси азотной и плавиковой кислот, элюировании кадмия раствором плавиковой кислоты, десорбции серебра раствором азотной кислоты.

Недостатками данного способа являются неполное разделение компонентов и использование плавиковой кислоты, вызывающей коррозию защитного оборудования.

Наиболее эффективным и технологичным является способ разделения радионуклидов серебра и кадмия [Патент RU №2230032 С2, 10.06.2004], заключающийся в осаждении металлического серебра из 0,1-2 моль/л HNO₃ в присутствии нитрата гидразония и углеродного сорбента СКН. Далее кадмий осаждают из маточного раствора каким-либо известным способом и переводят в нужную химическую форму. При равной исходной активности ¹⁰⁹Cd и ^110mAg коэффициент очистки кадмия от серебра равен приблизительно 500.

Поскольку изотопнообогащенное ¹⁰⁷Ag является дорогостоящим стартовым материалом, то осажденное серебро подлежит регенерации для повторного использования. Для этого углеродный сорбент СКН с осажденным на нем металлическим серебром обрабатывают азотной кислотой, растворенное изотопнообогащенное ¹⁰⁷Ag регенерируют любым известным способом в металлическое серебро для повторного цикла облучения.

Недостатками данного способа являются низкий коэффициент очистки кадмия от серебра, а также необходимость регенерации ¹⁰⁷Ag.

Задача предлагаемого технического решения - повышение коэффициента очистки кадмия без необходимости регенераций серебра.

Для решения вышеуказанной задачи в способе выделения радионуклида кадмий-109 растворяют мишени облученного серебра в азотной кислоте, упаривают полученный раствор до влажных солей, растворяют образовавшиеся нитраты и осаждают основной карбонат кадмия избытком осадителя в присутствии нитрата и гидроксида аммония с концентрациями: [NH₄NO₃]≥0,1 моль/л и 0,2≤[NH₄OH]≤0,8 моль/л.

В качестве осадителя используют раствор карбоната натрия или гидрокарбоната натрия.

В качестве осадителя используют раствор карбоната калия или гидрокарбоната калия.

При добавлении раствора аммиака к солям металлов, образующих комплексные аммиакаты, сначала образуется осадок гидроокисей, который затем растворяется в избытке аммиака. В присутствии солей аммония в процессе растворения образуется меньшее количество осадка гидроксидов и при определенном соотношении концентраций ионов аммония и металла, растворение солей происходит без промежуточного образования осадка.

Кадмий и серебро образуют малорастворимые карбонаты и растворимые аммиачные комплексы [Справочник химика т. 3, с. 124, 229, изд. «Химия»]. Произведения растворимости карбонатов кадмия и серебра имеют один порядок и составляют ~5*10^-12 и 8*10^-12. Устойчивость аммиачных комплексов серебра почти на порядок выше устойчивости соответствующих комплексов кадмия. Очевидно, что распределение серебра и кадмия между осадком карбонатов и раствором зависит от соотношения концентраций ионов металлов, ионов аммония, карбонат-ионов и комплексообразователя-аммиака. Для качественного разделения серебра и кадмия необходимо определить условия, в которых кадмий бы полностью находился в карбонатном осадке, а серебро находилось бы в растворе в виде аммиачного комплекса. Очевидно, что минимальная концентрация аммиака должна быть достаточна для образования соответствующих растворимых комплексных аммиачных солей серебра и кадмия. Максимальная концентрация аммиака должна ограничиваться не менее чем 95% осаждением карбоната кадмия.

Для опытов использовали нитраты серебра и кадмия, меченые радиоактивными изотопами ^110mAg и ¹⁰⁹Cd. Массовые концентрации серебра и кадмия задавались растворением навесок известной массы.

Следует отметить, что концентрацию аммиака в системе NH₄OH-NH₄NO₃-K₂CO₃ можно поддерживать не только введением заданного количества гидроксида аммония, но и введением заданного количества NH₄NO₃. В этом случае гидроксид аммония образуется по реакции

Концентрации [NH₄NO₃]≥0,1 моль/л и 0,2≤[NH₄OH]≤0,8 моль/л подбирались экспериментально при проведении очистки кадмия от серебра в системе NH₄OH-NH₄NO₃-0,3 моль/л K₂CO₃ при различных соотношениях аммиака и нитрата аммония.

Как видно из данных табл. 1, при концентрации NH₄NO₃<0,1 моль/л и концентрации NH₄OH<0,2 моль/л очистки кадмия от серебра не происходит. В остальной области, соответствующей [NH₄NO₃]≥0,1 моль/л и [NH₄OH]≥0,2 моль/л, коэффициенты очистки равны 14-3000.

На прилагаемом рисунке приведена зависимость степени осаждения карбоната кадмия от концентрации гидроксида аммония при различных концентрациях нитрата аммония. Как видно, при концентрации нитрата аммония 0-0,6 моль/л для достижения степени осаждения кадмия не менее 95%, концентрация аммиака не должна превышать 0,8 моль/л.

50 мл раствора нитратов кадмия и серебра в 12 моль/л HNO₃, содержащего 0,1 моль/л кадмия и 0,05 моль/л серебра (мольное содержание Ag в смеси - 33,3%), упарили до влажных солей и растворили в 50 мл раствора, содержащего 0,6 моль/л NH₄NO₃ и 0,6 моль/л NH₄OH. Добавили 2 моль/л раствора карбоната калия до концентрации 0,3 моль/л. Раствор перемешали и выдержали 24 часа. Осадок основного карбоната кадмия отделили от маточного раствора, промыли 3 раза по 20 мл дистиллированной воды и растворили в 20 мл 4 моль/л азотной кислоты. Результаты разделения приведены в таблице 2.