Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ ДИОКСИД ПЛУТОНИЯ СОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к способам растворения диоксид плутония содержащих материалов (собственно диоксида плутония или смеси диоксида плутония с продуктами коррозии нержавеющей стали) и может быть применено в технологиях, в которые входят операции растворения материалов, содержащих диоксид плутония, с последующей экстракционной очисткой растворов плутония от примесей, например в производстве МОКС-топлива.

Диоксид плутония PuO₂ трудно растворяется в неорганических кислотах. Известны следующие растворители диоксида плутония, расположенные в порядке уменьшения эффективности: 85-100% H₃PO₄ при 200°С, 10 М HNO₃ - 0,05 М HF и 5 М HI. Часто указывается на способность смеси HNO₃-HF растворять диоксид плутония, однако высокотемпературный окисел растворяется очень медленно в этой смеси кислот (Плутоний / Справочник под ред. О.Вика, том 1, М.: Атомиздат, 1971. - C.23).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ растворения PuO₂, состоящий из двух операций: сначала PuO₂ сплавляют с пиросульфатом калия, а затем плав растворяют в кислоте (Аналитическая химия плутония. М.: Наука, 1965, с.107). Способ выбран за прототип.

Недостатком способа является низкая степень растворения PuO₂, применение пиросульфата калия, который в азотнокислые растворы плутония переходит в виде сульфатов, что приводит к снижению степени извлечения плутония в процессе его экстракционного аффинажа. Экстракционный аффинаж необходим для очистки плутония от продуктов коррозии оборудования и дочерних продуктов распада изотопов плутония.

Задачей изобретения является повышение степени растворения PuO₂ с получением азотнокислых растворов.

Поставленную задачу решают тем, что в способе растворения диоксид плутония содержащих материалов (диоксида плутония или его смеси с продуктами коррозии нержавеющей стали), включающем сплавление с соединением калия соответственно диоксида плутония или смеси диоксида плутония с продуктами коррозии и растворение полученной сплавленной массы (плава) в растворе кислоты, сплавление осуществляют с нитратом калия и гидроксидом калия.

При сплавлении диоксида плутония с нитратом калия и гидроксидом калия указанные компоненты берут в массовом соотношении 1,0:(4,0-5,0):(6,0-7,0).

При сплавлении смеси, состоящей из диоксида плутония и продуктов коррозии нержавеющей стали, в которой диоксид плутония составляет (24,9-71,1) мас.%, с нитратом калия и гидроксидом калия, упомянутую смесь, нитрат калия и гидроксид калия берут в массовом соотношении 1,0:(2,0-4,0):(4,0-5,0).

Сплавление осуществляют при температуре (575-700)°С.

Растворение сплавленной массы осуществляют в азотной кислоте.

Пример 1

Растворение диоксида плутония. Диоксид плутония был получен прокаливанием оксалата плутония IV в инертной среде при температуре 1000°С (Плутоний / Справочник под ред. О.Вика, том 1, М.: Атомиздат, 1971. - C.19).

Навески диоксида плутония массой 1 г каждая смешали с нитратом калия и гидроксидом калия и сплавили. Полученный плав (сплавленную массу) поместили при комнатной температуре в 100 мл раствора, содержащего азотную кислоту в концентрации 2,0 моль/л.

Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Из данных таблицы 1 видно, что полное растворение диоксида плутония наблюдалось в опытах 3-10, где сплавление диоксида плутония со смесью нитрата калия и гидроксида калия, взятых в массовом соотношении PuO₂/KNO₃/KOH=1,0:(4,0-5,0):(6,0-7,0), провели при температуре ≤575°С. Снижение расхода нитрата калия и гидроксида калия в опытах 11-13 и снижение температуры сплавления <575°С в опытах 1, 2 привело к снижению полноты вскрытия диоксида плутония.

Пример 2

Смесь диоксида плутония с продуктами коррозии нержавеющей стали получена при зачистке стенок печного оборудования из стали 12Х18Н10Т (С 0,12%, Cr 18%, Ni 10%, Ti 1%). Содержание диоксида плутония в смеси (24,9-71,1) мас.%. Продукты коррозии содержали Fe≈60%, хром, никель, титан, кислород - остальное. Продукты коррозии появились в процессе термических операций в производстве диоксида плутония.

Навески смеси диоксида плутония с продуктами коррозии, с содержанием диоксида плутония в упомянутой смеси 71,1 мас.%, массой 1 г каждая (опыты 1-12), и навески смеси диоксида плутония с продуктами коррозии, с содержанием диоксида плутония в упомянутой смеси 24,9 мас.%, массой 1 г каждая (опыты 13-15), смешали с нитратом калия и гидроксидом калия и сплавили. Полученный плав поместили в 100 мл раствора, содержащего азотную кислоту в концентрации 2,0 моль/л.

Результаты экспериментов приведены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что при растворении плава, полученного при температуре сплавления <575°С в опытах 1, 2 и расходах при сплавлении нитрата калия и гидроксида калия ниже заявляемых в опытах 11, 12, полного вскрытия диоксида плутония не произошло. В остальных опытах диоксид плутония растворился полностью.

В опытах 13-15, в которых плав получен при заявленных температуре и массовом соотношении компонентов, вскрытие диоксида плутония прошло полностью.

Продукты коррозии во всех опытах растворились полностью. При экстракции железо и другие металлы из стали остаются в рафинате, а плутоний переходит в экстракт.

Пример 3

Растворяют диоксид плутония, предварительно сплавленный с пиросульфатом калия.

Расход пиросульфата калия был сравним с расходом нитрата калия и гидроксида калия в опыте 10 примера 1, в котором расход реагентов на 1 г диоксида плутония был максимальным. Массовое отношение калия к плутонию в опыте 10 примера 1 было равно 7,74. Это соответствует массовому соотношению K₂S₂O₇ к PuO₂ 22,2:1.

Полученный плав растворили в 200 мл раствора, содержащего азотную кислоту в концентрации 2,0 моль/л (увеличение объема продиктовано меньшей растворимостью сульфата калия в сравнении с нитратом). Результаты экспериментов приведены в таблице 3.

Из данных таблицы 3 видно, что сплавление диоксида плутония с пиросульфатом калия, взятого в том же количестве, что и смесь нитрата и гидроксида калия, не обеспечивает полного растворения диоксида плутония.

Применение нитрата и гидроксида калия вместо пиросульфата калия позволяет полностью растворить диоксид плутония, в том числе из смеси с продуктами коррозии, и получить растворы, не загрязненные посторонним анионом (сульфатом), пригодные для экстракционной очистки плутония, направляемого для производства МОКС-топлива.