Исследование процесса соосаждения америция из водно-хвостовых растворов с оксалатом кальция



Дата21.06.2016
өлшемі60.31 Kb.
түріИсследование
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СООСАЖДЕНИЯ АМЕРИЦИЯ

ИЗ ВОДНО-ХВОСТОВЫХ РАСТВОРОВ С ОКСАЛАТОМ КАЛЬЦИЯ
Селявский В.Ю., Скрипников В.В., Житков С.А.

ОАО «Сибирский химический комбинат», г. Северск

E-mail: duncan@qwertynet.ru


Производственная деятельность предприятий ядерно-топливного цикла связана с образованием и накоплением радиоактивных отходов (РАО), требующих дальнейшей переработки и захоронения. Безопасное обращение с РАО является необходимым условием развития атомного энергопромышленного комплекса.

Актуальность проблемы переработки РАО обусловлена, растущими требованиями экологической безопасности, а так же возможностью практического использования искусственных радиоактивных элементов. С другой стороны, сокращение объемов РАО снижает затраты на хранение и улучшает экономические характеристики всего топливного цикла.

В настоящее время на Сибирском химическом комбинате активно изучаются различные способы переработки РАО, выполняется комплекс исследовательских работ по очистке водно-хвостовых растворов (ВХР) содержащих радионуклиды.

Проведенные ранее исследования на модельных растворах [1] показали возможность очистки растворов, имеющих сложный химический состав, методом соосаждения с оксалатом кальция. В основу метода положено взаимодействие ионов кальция и оксалатов приводящее к образованию труднорастворимого осадка [2]. Очистка от америция может происходить как за счет процессов соосаждения с твердой фазой (СаС2О4Н2О), так и сорбционного захвата поверхностью осадка. Говорить об образовании собственной фазы оксалата америция не представляется возможным, поскольку его растворимость соизмерима с концентрацией америция в растворе. Исходя из этого, оптимальные режимы очистки будут определяться природой образовавшихся твердых соединений, а также их количеством, однозначно связанных с поверхностью.

Для реализации метода соосаждения с оксалатом кальция были проведены исследования на ВХР химико-металлургического производства содержащих америций. ВХР содержали щелочные элементы (Na, К), щелочно-земельные элементы (Mg, Ca, Ba), F, Cl, Al, Cr, Fe, Mn, Ni, Zn, V, W, Si, Cu, Ti и др. в широком интервале концентраций. В целом состав растворов близок к составу аналогичных растворов, приведенных в литературе [3].

Целью данной работы явилось изучение процесса осаждения америция из ВХР методом оксалатного соосаждения на носителе (кальции).

Перед проведением исследований на ВХР химико-металлургического производства была проведена оценка влияния времени нейтрализации модельного раствора на кинетику осаждения оксалата кальция.

Методика проведения исследований заключалась в следующем. К подготовленному модельному раствору (не содержащего америций) с кислотностью 5 моль/дм3, вводили реагенты в виде растворов щавелевой кислоты с концентрацией 0,8 моль/дм3 и нитрата кальция с концентрацией 120 г/дм3. Полученные системы тщательно перемешивали и выдерживали (исходная концентрация кальция в растворе 5 г/дм3, избыточная концентрация щавелевой кислоты относительно стехиометрического количества по отношению к кальцию 10 г/дм3). Расчетное количество раствора гидроксида натрия (14,3 моль/дм3) дозировали по времени при постоянном перемешивании (после нейтрализации раствора последней каплей гидроксида натрия, раствор переливали в стандартный лабораторный цилиндр с делениями для контроля за скоростью осаждения оксалата кальция).

Результаты влияния времени нейтрализации модельного раствора на кинетику осаждения оксалата кальция представлены на рисунке 1.

Анализ полученных данных показал, что максимальная скорость осаждение оксалата кальция наблюдается при самом медленном (кривая 5) и самом быстром (кривая 1) дозировании гидроксида натрия. Установлено, что основная масса осадка формируется за 2 часа, и видна четкая граница раздела фаз (ГРФ), а далее происходит процесс уплотнения.



Рисунок 1 – Влияние времени нейтрализации модельного раствора на кинетику осаждения оксалата кальция

На основании полученных результатов исследований в чистых условиях, были проведены исследования кинетики осаждения оксалата кальция на ВХР имеющих сложный химический состав.

При выполнении исследований использовали ВХР с разной концентрацией америция. Все реагенты вводили в виде растворов щавелевой кислоты с концентрацией 0,8 моль/дм3 и нитрата кальция с концентрацией 120 г/дм3. На основании полученных ранее исследований [1] выбрали значение вводимого кальция на уровне 10 г/дм3 и щавелевой кислоты с избытком в количестве 10 г/дм3 (по отношению к кальцию).

Основываясь на полученных результатах осаждения оксалата кальция в чистых условиях, провели процесс нейтрализации с минимальным временем введения раствора гидроксида натрия (14,3 моль/дм3) при постоянном перемешивании. После нейтрализации произвели отстой, контролируя границу разделения фаз. Результаты исследований представлены на рисунке 2.

На основании полученных результатов установлено, что основная масса осадка формируется за 1,0…1,5 часа, далее происходит процесс уплотнения, и через 18 часов объем осадка уменьшился на 12 %. Поэтому при проведении последующих экспериментов время выдержки не превышало 2 часов.

Изучение процесса осаждения америция из ВХР при различной кислотности проводили методом оксалатного соосаждения на кальции.

Перед проведением экспериментов приготовили растворы нитрата кальция (120 г/дм3) и щавелевой кислоты (0,8 моль/дм3) используя реагенты марки «чда» и дистиллированную воду.

Методика проведения исследований заключалась в следующем: в проанализированный ВХР с разной исходной концентрацией по америцию, добавили щавелевую кислоту и нитрат кальция до заданных концентраций, тщательно перемешали и довели объем до заданного уровня дистиллированной водой. Процесс осаждения проводили при кислотности от 1,0 до 0,01 моль/дм3 (рН = 0…2). Дальнейшее уменьшение кислотности раствора не проводили в связи с возможным осаждением гидроксидов Fe, Al, Cr [4]. Время отстоя для формирования осадка было выбрано 2 часа, далее полученные осадки отделили от раствора, который анализировали на остаточное содержание америция.



Рисунок 2 – Кинетика осаждения оксалата кальция из ВХР
Одним из основных параметров, корректируемых в процессе оксалатного осаждения, является кислотность, которую определяли путем титрования щелочью в присутствии фенолфталеина. Определение содержания оксалат-иона в исследуемых растворах проводили методом основанном на пермонганаметрическом титровании. Кальций в растворах определяли методом основанном на комплексонометрическом титровании при рН = 10…12 с мурексидом в качестве индикатора. Результаты исследований представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Зависимость остаточного содержания америция в ВХР от кислотности
Из полученных результатов следует, что с увеличением концентрации кальция и щавелевой кислоты остаточная концентрация америция в ВХР уменьшается, достигая минимального значения при кислотности раствора менее 0,1 моль/дм3, концентрации кальция в ВХР 20 г/дм3 и концентрации избытка щавелевой кислоты 10 г/дм3.

На основании проведенных исследований можно сделать заключение:

1) проведены исследования кинетики осаждения оксалата кальция на чистых и ВХР;

2) проведен процесс осаждения америция из ВХР, имеющих сложный химический состав, методом оксалатного соосаждения на кальции;

3) показана возможность очистки ВХР и выделение из них америция методом соосаждения с оксалатом кальция до остаточной концентрации менее 0,05 у.ед/дм3;

4) для ВХР с присутствием америция оптимальными условиями проведения процесса осаждения являются следующие параметры:

- концентрация кальция в ВХР 10 г/дм3;

- концентрация избытка щавелевой кислоты 10 г/дм3;

- кислотность для процесса осаждения 0,1…0,2 моль/дм3;

- продолжительность осаждения 2 часа.


Список литературы
1 Скрипников В.В., Житков С.А., Селявский В.Ю. Исследование процесса соосаждения америция с оксалатом кальция // Материалы Отраслевой научно-практической конференции молодых специалистов и аспирантов, 18-22 ноября 2008 г. – г. Северск: Изд. СГТА, 2008. – 318 с. ISBN 978-5-93915-092-7.

2 Фрумина Н.С., Кручкова Е.С., Муштакова С.П. Аналитическая химия кальция. – М.: Наука, 1974. – 252 с.

3 Харитонов О.В. Выделение америция методом вытеснительной комплексообразовательной хроматографии / Автореферат. – М., 2008. – 24 с.

4 Справочник по аналитической химии / Под редакцией Ю.Ю. Лурье. – М.: Химия, 1979. – 480 с.



5 Матюха В.А., Карелин А.И. Оксалатные соединения лантаноидов и актиноидов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 208 с.


Достарыңызбен бөлісу:




©dereksiz.org 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет