РАДИОХИМИЯ, 2020, том 62, № 2, с. 126-129

УДК 546.791.6-381

ОСОБЕННОСТИ ПЕРОКСИДНОГО ОСАЖДЕНИЯ

УРАНА ИЗ КИСЛЫХ ВОДНО-СПИРТОВЫХ

РАСТВОРОВ

А. О. Макаров, О. С. Дмитриева

АО «Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов»,

Ульяновская обл., Димитровград, Западное шоссе д. 9, 433510

*e-mail: niiar@niiar.ru

Получено 05.03.2019, после доработки 11.09.2019, принята к публикации 18.09.2019

Исследовано влияние кислотности, концентраций пероксида водорода и этанола на степень осаждения

пероксида урана в растворах различного состава. Проведена экспериментальная проверка эффективности

пероксидной очистки урана от РЗЭ и стронция. В качестве представителя РЗЭ использовался радиону-

клид ¹⁵²Eu, поведение Sr изучалось на его аналоге ¹³³Ba.

Ключевые слова: осаждение урана, пероксид водорода, пероксид урана

DOI: 10.31857/S0033831120020045

Выделение урана из растворов и очистку его от

ного урана осаждение пероксида урана использу-

мешающих элементов можно осуществлять осаж-

ется главным образом как метод концентрирова-

дением труднорастворимых соединений урана(IV)

ния очищенного урана [1].

и уранила, экстрагированием соединений урана

Данные, полученные при осаждении перок-

органическими растворителями либо комбинаци-

сида урана при подготовке урана к производству,

ей нескольких методов. Выбор метода отделения

относятся к очистке от весовых количеств при-

урана зависит от таких факторов, как заданная сте-

месей, и коэффициенты очистки урана от редко-

пень отделения, количество присутствующего ура-

земельных элементов (РЗЭ) достаточно высокие

на, природа и количество сопутствующих элемен-

[1, 2]. При переработке ОЯТ с небольшой степе-

тов и примесей. Осадительный метод применяется

нью выгорания массовое содержание ПД, в част-

в основном для концентрирования очищенных от

ности РЗЭ, находится на уровне индикаторных

продуктов деления (ПД) урана, как основной ме-

количеств и коэффициенты очистки существенно

тод очистки его можно применять для переработки

меньше. В литературе практически отсутствуют

ОЯТ с небольшой степенью выгорания. В настоя-

данные по очистке урана от ПД, известно лишь,

щее время в промышленной практике широко ис-

что более низкие значения рН осаждения обеспе-

пользуется пероксидный аффинаж урана, который

чивают значительно лучшее отделение урана от

основан на селективном выделении из азотнокис-

большинства примесей (в частности РЗЭ), однако,

лого раствора малорастворимого пероксида урана

при этом снижается степень осаждения урана [3].

UО₄·2H₂О:

Вероятно, степень осаждения урана в кислой сре-

(NO

)

+ H

+ 2H

де можно существенно повысить, проводя процесс

→

⋅ 2H

O + 2HNO

(1)

в водно-спиртовых растворах при повышенных

↓

концентрациях пероксида водорода (ПВ).

Осаждение пероксида урана как метод очистки,

Целью настоящей работы является изучение

используется в основном при подготовке урана к

поведения продуктов деления и урана в кислых и

производству. В технологии регенерации облучен-

водно-спиртовых растворах, определение зависи-

126

ОСОБЕННОСТИ ПЕРОКСИДНОГО ОСАЖДЕНИЯ УР

АНА

127

100

00.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Рис. 2. Зависимость степени осаждения урана от рН.

Рис. 1. Зависимость коэффициентов очистки урана от

([U]_исх= 0.1, [H₂O₂] = 0.2 моль/л).

(1) ¹⁵²Eu и (2) ¹³³Ba от рН в водных растворах.

мости степени осаждения пероксида урана от со-

введением 5-кратного избытка ПВ по отношению

става раствора.

к урану и варьировали концентрацию этанола.

Содержание урана определяли спектрофотометри-

ЭКСПЕРИМЕНТАЛНАЯ ЧАСТЬ

ческим методом с применением арсеназо III.

В экспериментах по изучению влияния кислот-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ности на степень осаждения использовали раство-

Зависимость степени осаждения пероксида

ры урана с концентрацией 23.8 г/л (0.1 моль/л) с

урана от кислотности и концентрации перок-

введением индикаторных количеств ¹⁵²Eu и ¹³³Ba

сида водорода. Полнота осаждения урана опре-

(~10⁵ Бк) и добавления 5-кратного избытка ПВ по

деляется кислотностью раствора, избыточной

отношению к урану с корректировкой рН раствора

концентрацией пероксида водорода и концентра-

до следующих значений: 0.1, 0.7, 1.2.

цией урана в исходном растворе. Обычно про-

Для измерения pH растворов использовали

водят осаждение при рН 1.5-3 при не более чем

pH-метр 150М, стеклянные электроды Hi 1131B.

двукратном избытке пероксида водорода [1, 2]. Так

Перед измерениями pH-метр калибровали при

как основными примесями урансодержащих отхо-

помощи стандартных буферных растворов c pH

дов, полученных при переработке урана с малой

4.01-9.21. Растворы перемешивали и выдержива-

степенью выгорания, являются РЗЭ (Ce, Eu) и Sr

ли в течение 24 ч.

[4], эксперименты проводили на ¹⁵²Eu и ¹³³Ba. На

Осадок пероксида урана промывали несколько

рис. 1, 2 представлена зависимость коэффициен-

раз ПВ и растворяли в 2 моль/л Na₂CO₃. Для опре-

тов очистки урана от Eu и Ba и степени осаждения

деления объемной активности гамма-излучаю-

пероксида урана от кислотности осаждения перок-

щих радионуклидов (¹⁵²Eu и ¹³³Ba) использовали

сида урана.

гамма-спектрометр SBS-50 с полупроводниковым

Ge-Li-детектором типа ДГДК 150. Источники для

Как видно из приведенных данных, чем выше

измерения представляли собой растворы объемом

кислотность осаждения ПУ, тем выше коэффици-

1.00 мл в стеклянных пробирках диаметром 12 мм.

енты очистки урана от европия. Для бария опти-

Содержание урана определяли спектрофотоме-

мальный интервал рН 0.8-1.5. Однако с ростом

трическим методом с применением арсеназо III.

кислотности уменьшается степень осаждения пе-

Измерения проводили с использованием сканиру-

роксида урана.

ющего спектрофотометра Cary 5000.

Увеличение кислотности способствует очистке

При изучении осаждения пероксида урана из

урана, но снижает полноту осаждения и при рН <

водно-спиртовой среды использовали раство-

0.5 уже не происходит полного осаждения ура-

ры урана с концентрацией 23.8 г/л (0.1 моль/л) с

на, так как образующийся осадок растворяется в

РАДИОХИМИЯ том 62 № 2 2020

128

КОРНИЛОВ и др.

100

Концентрация спирта, об.%

[H₂O₂], моль/л

Рис. 4. Зависимость остаточной концентрации ура-

Рис. 3. Зависимость степени осаждения урана от кис-

на в маточных растворах осаждения пероксида ура-

лотности и концентрации пероксида водорода ([U]_исх=

на от концентраций ПВ и спирта в 2 моль/л HNO₃.

0.1 моль/л). (1) 0.5 моль/л HNO₃, (2) 1.0 моль/л HNO₃,

(1) 2.0 моль/л ПВ, (2) 1.5 моль/л ПВ, (3) 0.8 моль/л ПВ,

(1) 2.0 моль/л HNO₃.

(4) 0.5 моль/л ПВ, (5) 0.3 моль/л ПВ.

кислотах с образованием соответствующих солей

степени осаждения пероксида урана более 96%

уранила и выделением кислорода. Согласно урав-

даже в 2 моль/л HNO₃.

нению реакции (1), степень осаждения пероксида

Осаждение пероксида урана из кислых

урана уменьшается с увеличением кислотности и

водно-спиртовых растворов. Из литературы из-

возрастает с увеличением концентрации перокси-

вестно, что в присутствии этанола растворимость

да водорода. Следовательно, при равной кислот-

многих неорганических веществ уменьшается [5].

ности растворов степень осаждения ПУ будет воз-

растать с увеличением концентрации пероксида

В данной работе исследованы влияние кислотно-

водорода (рис. 3).

сти, концентраций пероксида водорода и этанола

На рис. 3 видно, что при концентрации перок-

на степень осаждения пероксида урана в раство-

сида водорода более 2 моль/л можно достигнуть

рах различного состава.

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Концентрация спирта, об.%

Рис. 5. Зависимость остаточной концентрации ура-

Рис. 6. Зависимость остаточной концентрации ура-

на в маточных растворах осаждения пероксида ура-

на от концентраций ПВ и спирта в 1 моль/л HNO₃.

на от концентраций ПВ и спирта в 0.5 моль/л HNO₃.

(1) 2.0 моль/л ПВ, (2) 1.5 моль/л ПВ, (3) 0.8 моль/л ПВ,

(4) 0.3 моль/л ПВ, (5) 0.2 моль/л ПВ.

(4) 0.5 моль/л ПВ, (5) 0.3 моль/л ПВ.

РАДИОХИМИЯ том 62 № 2 2020

ОСОБЕННОСТИ ПЕРОКСИДНОГО ОСАЖДЕНИЯ УР

АНА

129

100

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

[H₂O₂], моль/л

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Рис. 7. Зависимость степени осаждения урана от кис-

лотности и концентрации пероксида водорода в 48%-

ном водно-спиртовом растворе. (1) 0.5 моль/л HNO₃,

Рис. 8. Зависимость коэффициентов очистки урана от

(2) 1.0 моль/л HNO₃, (1) 2.0 моль/л HNO₃.

Eu от рН в кислых водно-спиртовых растворах.

На рис. 4-7 приведены зависимости остаточной

1.0 моль/л HNO₃. При осаждении пероксида ура-

концентрации урана в маточных растворах и сте-

на из кислых растворов для повышения степени

пени осаждения пероксида урана от концентрации

осаждения урана до 98-99% рекомендуется прово-

пероксида водорода и спирта в 0.5, 1.0 и 2.0 моль/л

дить осаждение при концентрации пероксида во-

HNO₃.

дорода 1.5-2.0 моль/л из 40-50%-ного водно-спир-

Как видно из рис. 4-7, осаждение пероксида

тового раствора.

урана из умеренно кислых водно-спиртовых рас-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

творов при равновесной концентрации пероксида

водорода 1.5-2.0 моль/л позволяет повысить сте-

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

пень осаждения урана до 99%.

интересов.

В кислых водно-спиртовых растворах коэффи-

циенты очистки урана от ¹⁵²Eu и ²⁴¹Am соответ-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ствуют коэффициентам, полученным в водных

кислых растворах. Так, при рН 0.3 коэффициент

1. Тананаев И.Г. Уран. Электронная библиотека «Исто-

очистки урана от ¹⁵²Eu и ²⁴¹Am составляет ~600,

рия Росатома», 2011.

при рН 0.6 коэффициент равен 100.

2. Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана:

Учеб. пособие для вузов. М. ЦНИИАтоминформ,

Таким образом, пероксид урана можно осаж-

2005. 407 с.

дать из кислых растворов водных или водно-спир-

3. Виноградов А.П., Рябчиков Д.И., Сенявин М.М. Ана-

товых растворов при концентрации пероксида

литическая химия урана. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

водорода 1.5-2.0 моль/л. При этом коэффициент

432 с.

очистки урана от РЗЭ возрастает приблизительно

4. Stassen L., Suthiram J., Topkin J. // WM2014 Conf.

в 100 раз при сохранении достаточно высокой сте-

Phoenix, Arizona, USA, March 2-6, 2014.

пени осаждения урана 98-99%.

5. Никольский Б.П. Справочник химика. T. 2: Основные

Для хорошей очистки урана от ПД осаждение

свойства неорганических и органических соедине-

пероксида урана рекомендуется проводить из 0.7-

ний. M.: Госхимиздат, 1963.

РАДИОХИМИЯ том 62 № 2 2020