РАДИОХИМИЯ, 2023, том 65, № 4, с. 303-309

УДК 542.61+546.36+546.42

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ

ИЗ АЗОТНОКИСЛЫХ ВАО СМЕСЬЮ ЭКСТРАГЕНТОВ

ПРОИЗВОДНЫХ -18-КРАУН-6 И -21-КРАУН-7

В ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЯХ

^а Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности,

107140, Москва, ул. Малая Красносельская, д. 2/8, корп. 7

^б Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов

им. акад. А.А. Бочвара, 123060, Москва, ул. Рогова, д. 5а

e-mail: * koscheeva@secnrs.ru, ** AlVlananyev@bochvar.ru

Поступила в редакцию 27.12.2022, после доработки 20.06.2023, принята к публикации 26.06.2023

Изучены процессы экстракционного извлечения стабильных изотопов цезия и стронция растворами

макроциклических полиэфиров в органических растворителях из азотнокислых растворов. Исследова-

но влияние структуры краун-эфира и типа растворителя на коэффициенты распределения цезия (D_Cs) и

стронция (D_Sr). Опробованы экстракционные системы для совместного извлечения цезия и стронция, в

которых в качестве растворителей использовали 1,1,7-тригидрододекафторгептанол и хлорзамещенные

углеводороды. Показано, что наиболее высокие D_Cs и D_Sr при совместном извлечении металлов наблю-

даются при использовании смеси ДТБДБ18К6 и ДЦГ18К6. Экспериментальные данные подтверждают

высокую селективность краун-эфиров для извлечения цезия и стронция в отдельную фракцию при об-

ращении с радиоактивными отходами.

Ключевые слова: отработавшее ядерное топливо, экстракция, краун-эфиры, разбавители, цезий,

стронций.

DOI: 10.31857/S0033831123040019, EDN: IKPQLO

Успешное развитие ядерной энергетики невоз-

ты, растворители и условия экстракционного пере-

можно без решения проблемы обращения с образу-

дела.

ющимися радиоактивными отходами [1]. При экс-

На ПО «Маяк» использовали промышленную

тракционной переработке облученного топлива ак-

установку для фракционирования РАО с примене-

тивность рафината определяется преимущественно

нием экстракционной системы на основе хлори-

радионуклидами ¹³⁷Сs и ⁹⁰Sr [2]. Для извлечения

рованного дикарболлида кобальта [5]. Однако не-

данных металлов широкое применение в радиохи-

достатки данной технологии и труднодоступность

мии нашли сорбционные и экстракционные мето-

используемых реагентов стимулируют поиск новых

ды. На сегодняшний день наиболее предпочтитель-

экстракционных систем.

ным и проверенным методом остается жидкостная

Для извлечения и концентрирования щелоч-

экстракция [3, 4]. При этом особый интерес пред-

ных, щелочноземельных металлов и разделения

ставляет извлечение цезия и стронция в отдельную

их изотопов [6, 7] в настоящее время наибольшее

фракцию, в том числе для ее долговременного хра-

значение приобретают супрамолекулярные экстра-

нения с последующим приповерхностным захоро-

генты нового поколения, к простейшим из кото-

нением, поэтому требуются высокие коэффициен-

рых относят макроциклические полиэфиры (кра-

ты отделения от долгоживущих продуктов деления

ун-эфиры) с числом кислородных атомов не менее

и актинидов. Выделение радионуклидов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs

трех. Данный класс экстрагентов характеризуется

из большого объема растворов, имеющих высокую

высокой избирательной селективностью по отно-

радиоактивность и сложный химический состав,

шению к металлам благодаря принципу структур-

представляет собой довольно сложную задачу, для

ного соответствия, сформулированному Ч. Педер-

решения которой необходимо подобрать экстраген-

соном [8]. В различных обзорах описан процесс

303

304

Кощеева и др.

комплексообразования металлов с 18-крауном-6,

ция, бария, цинка, церия, урана. Большие успехи

бензо-18-крауном-6, дибензо-18-крауном-6 в бен-

достигнуты в области ионометрии с применением

золе, толуоле, хлороформе, хлорбензоле, дихлорме-

краун-соединений. Разработаны высокоэффектив-

тане, 1,2-дихлорбензоле и 1,2-дихлорэтане [9-11].

ные ионоселективные электроды для определения

Одними из первых подобных примеров практиче-

различных ионов [22]. Широкие возможности кра-

ского применения являлась технология выделения

ун-эфиров обусловливают необходимость их даль-

щелочных и щелочноземельных элементов из азот-

нейшего детального изучения применительно к во-

нокислых растворов краун-эфирами в хлорирован-

просам переработки ОЯТ и обращении с РАО.

ном углеводороде, разработанная во ВНИИХТ [12].

Несмотря на многочисленные литературные

Также есть данные по экстракции металлов дибен-

данные по экстракционному извлечению щелочных

зо-21-крауном-7 и дибензо-24-крауном-8 из кислых

и щелочноземельных металлов краун-эфирами,

сред в хлороформе, 1,2 дихлорэтане и нитробензо-

остается актуальным вопрос о совместном извле-

ле [13, 14]. На ПО «Маяк» были проведены стен-

чении данных групп металлов из сложных солевых

довые испытания, для которых использовали смесь

растворов переработки ОЯТ, в частности, выделе-

макроциклических полиэфиров в полифторирован-

ние ¹³⁷Сs и ⁹⁰Sr в отдельную фракцию, с целью ми-

ном спирте-теломере в присутствии модифицирую-

нимизации уровня активности и объема РАО перед

щей добавки - синтанол АЛМ-2 [15]. В результа-

захоронением в геологических формациях.

те эксплуатации вышеуказанной экстракционной

системы были выявлены несовершенства, а также

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

отмечены невысокие коэффициенты очистки цезия

и стронция от примесных элементов. В последнее

В данной работе в качестве экстрагентов для

время в Радиевом институте им. В.Г. Хлопина ак-

совместного извлечения цезия и стронция из азот-

тивно ведутся разработки в направлении извлече-

нокислых растворов использовали следующие

ния долгоживущих радионуклидов из ВАО макро-

коммерчески доступные и наиболее селектив-

циклическими соединениями, в том числе в присут-

ные краун-эфиры: дибензо-21-краун-7 (ДБ21К7),

ствии второго экстрагента TODGA во фторирован-

4,4´(5´)-ди-трет-бутилдибензо-18-краун-6

ных растворителях БК-1 и ФН-1 [16, 17]. Следует

(ДТБДБ18К6) и дициклогексано-18-краун-6, смесь

отметить, что предложенная технология прошла

изомеров (ДЦГ18К6), содержащие не менее 99%

только лабораторные испытания, что не в полной

основного вещества. Преимущественно при про-

мере отображает возможность ее использования

ведении исследований использовали экстрагенты,

в промышленном масштабе. В работе [18] описан

синтезированные в ВНИИХТ и НИЦ «Курчатов-

метод выделения цезия и стронция из жидких вы-

ский институт» - ИРЕА.

сокоактивных отходов экстракционной системой

Кроме макроцикла на эффективность и селек-

на основе каликскраун- и краун-эфира в октаноле,

тивность экстракционного извлечения Cs и Sr из

достигнуты высокие показатели извлечения метал-

азотнокислых растворов сложного солевого состава

лов - 99% и выше. Однако при таком способе за-

влияют свойства растворителя, принимающего ак-

труднена реэкстракция элементов, требуется более

тивное участие в образовании комплекса, который

сложное аппаратурное оформление.

экстрагируется в органическую фазу [23]. В каче-

Благодаря своей специфической особенности

стве полярных растворителей для исследований

краун-эфиры находят применение в различных об-

были выбраны спирт-теломер n3 - 1,1,7-тригидро-

ластях промышленности и науки, особенно в ра-

додекафторгептиловый спирт (ФГ), АО «ГалоПоли-

диохимии. Наибольшее распространение для экс-

мер», хлорированные углеводороды: 1,2-дихлорэ-

тракционного разделения изотопов получили бен-

тан (ДХЭ), хлороформ (ХЛ), а также их смеси

зо-15-краун-5, дибензо-18-краун-6 и дициклоцек-

марки ч.д.а. (ООО «РусХим»). Исходные соли це-

сано-18-краун-6 [19-21]. Краун-эфиры ограничено

зия CsNO₃ и стронция Sr(NO₃)₂ и азотная кислота

растворимы в воде и хорошо растворяются в мало-

HNO₃ соответствовали марке х.ч. (ООО «РусХим»).

полярных органических растворителях, что важно в

Использовали двухкомпонентный рабочий рас-

экстракционных процессах. Наибольшее число ис-

твор (далее - рабочий раствор) смеси нитратов Cs и

следований посвящено разделению изотопов лития,

Sr по 100 мг/л каждого металла в 2-3 моль/л HNO₃

хотя весьма обнадеживающие результаты получены

и раствор, имитирующий отходы от переработки

также при изучении процессов разделения изотопов

облученного топлива реактора ВВЭР-1000 (да-

водорода, натрия, калия, магния, кальция, строн-

лее - имитационный раствор), содержащий 900 ±

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ

305

Таблица 1. Состав раствора, имитирующего отходы от переработки ОЯТ реактора ВВЭР-1000

Элемент

Концентрация, мг/л

Элемент

Концентрация, мг/л

Элемент

Концентрация, мг/л

200 ± 50

275 ± 25

130 ± 50

75 ± 25

600 ± 50

500 ± 100

900 ± 50

240 ± 25

150 ± 50

50 ± 25

1000 ± 100

100 ± 50

50 ± 25

180 ± 25

100 ± 25

180 ± 50

250 ± 50

125 ± 25

300 ± 50

900 ± 100

5 ± 2

75 ± 25

700 ± 100

50 мг/л Cs, 180 ± 50 мг/л Sr и другие металлы (бо-

лиэфиров по отношению к цезию и стронцию [24]

лее 20 металлов, в том числе и небольшое количе-

показали, что системы на основе краун-эфира в

ства урана - 5 ± 2 мг/л) в 2 моль/л HNO₃. В табл. 1

органическом растворителе способны селективно

приведен полный состав имитационного раствора.

выделять Cs и Sr из азотнокислых растворов. Зави-

Коэффициенты распределения Cs (D_Cs) и Sr (D_Sr) в

симость величин D_М от концентрации HNO₃ носит

процессах экстракции из азотнокислых растворов

экстремальный характер, однако максимум экстрак-

краун-эфирами в различных органических раство-

ции наблюдается при разных концентрациях азот-

рителях определяли путем смешения равных объе-

ной кислоты в зависимости от типа растворителя.

мов водной и органической фаз в делительных во-

По экстрагирующей способности по отношению к

ронках в течение 5 мин. Данного времени контакта

цезию дибензокраун-эфиры располагаются в ряду

фаз достаточно для установления равновесия в си-

ДТБДБ18К6 > ДБ21К7 > ДБ24К8 > ДБ18К6 при

стеме; время расслаивания фаз 30 мин. Температура

применении ФГ и ДХЭ. Для стронция селективны-

в ходе экспериментов составляла 21 ± 2°С. Следует

ми экстрагентами являются ДЦГ18К6 и его алкил-

отметить, что водная фаза в процессе экстракции

производные. D_Sr снижается в ряду растворителей

оставалась прозрачной и без изменения окраски,

ХЛ > ДХЭ > ФГ [24]. Полученные ранее данные

образование «третьей» фазы, а также изменения

стали основополагающими для настоящих исследо-

объемов фаз после экстракции не наблюдались.

ваний по совместному выделению металлов смеся-

Концентрацию цезия и стронция в исходных

ми краун-эфиров.

(С_исх) и равновесных (С_равн) водных растворах

В случае необходимости выделения цезий-строн-

определяли методом атомно-абсорбционной спек-

циевой фракции использование комбинированных

трофотометрии на приборе AA-240FS (Varian).

экстрагентов позволит минимизировать затраты на

Примесный состав металлов определяли методом

технологическое оборудование, сократить количе-

масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плаз-

ство вторичных отходов, при этом достичь высоких

мой на приборе ICPMS-2030 LF (Shimadzu). По-

коэффициентов очистки от примесных элементов.

грешность измерений концентраций металлов в

Результаты опытов по совместному извлече-

растворе с учетом пробоподготовки не превышала

нию цезия и стронция из азотнокислых растворов

5%.

смесью наиболее селективных и эффективных кра-

Величину D_М рассчитывали по формуле

ун-эфиров для данных металлов (в соответствии с

принципом геометрического соответствия гость-

D_М = (C_исх - С_равн)/С_равн,

хозяин) в органических растворителях представле-

где М = Cs, Sr, примесные элементы.

ны в табл. 2, 3.

Как видно из полученных данных, при совмест-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ном извлечении цезия и стронция наибольшие

значения D_Cs и D_Sr наблюдаются при примене-

Экстракция цезия и стронция смесью

нии смеси краун-эфиров 0.1 моль/л ДТБДБ18К6 +

краун-эфиров в различных растворителях

0.1 моль/л ДЦГ18К6 в ФГ как для рабочего раство-

ра, так и для имитационного. При использовании в

Проведенные нами ранее исследования по экс-

экстракционных системах в качестве растворителя

тракционной способности макроциклицеских по-

хлорированных углеводородов наблюдается значи-

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

306

Кощеева и др.

Таблица 2. Зависимость D_Cs и D_Sr при экстракции сме-

Таблица 3. Зависимость D_Cs и D_Sr при экстракции сме-

сью 0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л ДЦГ18К6 в по-

сью 0.1 моль/л ДБ21К7 + 0.1 моль/л ДЦГ18К6 в поляр-

лярных растворителях из растворов в 2 моль/л HNO₃

ных растворителях из растворов в 2 моль/л HNO₃

Органический растворитель

Исходный раствор

ФГ

ХЛ

ДХЭ

Исходный раствор

ФГ

ХЛ

ДХЭ

D_Cs

D_Sr

D_Cs

D_Sr

D_Cs

D_Sr

D_Cs

D_Sr

D_Cs

D_Sr

D_Cs

D_Sr

Рабочий раствор

14.0

3.7

0.2

28.2

1.0

10.2

Рабочий раствор

10.0

3.3

0.2

30.9

0.4

12.2

Имитационный

10.4

3.8

3.5

21.8

0.5

8.4

Имитационный

7.9

3.1

≤ 0.1

24.4

0.2

10.2

раствор

тельное снижение D_Cs и заметное увеличение D_Sr по

стеме ДТБДБ18К6 + ДЦГ18К6 в ФГ увеличивать

отношению к системам с разбавителем ФГ.

концентрацию ДЦГ18К6, поскольку экстрагируют-

Можно предположить, что при увеличении кон-

ся K, Ba с близкими или превосходящими коэффи-

центрации дициклогексано-18-краун-6 в системе

циентами распределения по отношению к целевым

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л ДЦГ18К6 в ФГ

элементам (Cs, Sr). Следует отметить, что значение

цезий и стронций будут экстрагироваться с близ-

D_M оставшихся металлов, находящихся в рафина-

кими значениями D_М без снижения эффективности

те экстракционного передела ОЯТ (РЗЭ, Zr, Mo,

экстракции металлов.

U и другие) для экстракционной смеси 0.1 моль/л

Однако при увеличении концентрации ДЦГ18К6

ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л ДЦГ18К6 в ФГ, не пре-

в вышеуказанной экстракционной системе при ис-

вышает 10^-3. Таким образом, коэффициенты раз-

пользовании рабочего раствора D_Sr заметно повы-

деления, определяемые как соотношение коэффи-

шается, при этом D_Cs резко снижается. Аналогич-

циентов распределения Cs и Sr к коэффициентам

ная картина наблюдается при экстракции из имита-

распределения РЗЭ, Zr, Mo, U и других элементов,

ционного раствора, о чем свидетельствуют данные,

превышают 10⁴, что является перспективным для

приведенные в табл. 4.

решения вопроса, связанного с получением корот-

Отмеченный эффект свидетельствует о влиянии

коживущей цезий-стронциевой фракции.

содержания краун-эфиров на процессы комплексо-

При применении в качестве разбавителя ФГ в

образования в исследуемых экстракционных систе-

исследуемых экстракционных системах, состоящих

мах.

из 0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л ДЦГ18К6 и

Необходимо отметить, что при экстракции из

0.1 моль/л ДБ21К7 + 0.1 моль/л ДЦГ18К8, получены

многокомпонентного раствора, состав которого

наибольшие значения D_Cs и D_Sr, поэтому для даль-

приближен к реальному составу экстракционного

нейших исследований в предложенных экстракци-

рафината переработки ОЯТ, наряду с исследуемы-

онных системах добивались степени извлечения

ми металлами в органическую фазу экстрагируются

цезия и стронция после многократной экстракции

близкие по ионному радиусу химические элементы,

такие как K, Na, Ba (табл. 5).

выше 99% по каждому металлу.

Исходя из полученных результатов для совмест-

Для проведения трехступенчатой экстракции

ного извлечения цезия и стронция из азотнокислых

нами были использованы вышеприведенные смеси

растворов нецелесообразно в экстракционной си-

экстрагентов в ФГ. В качестве исходного раствора

Таблица 4. Зависимость D_М при экстракции смесью ДЦГ18К6 и ДТБДБ18К6 в ФГ из растворов в 2 моль/л HNO₃

Исходный раствор

Смесь краун-эфиров

рабочий раствор

имитационный раствор

D_Cs

D_Sr

D_Cs

D_Sr

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л ДЦГ18К6

14.0

3.7

10.4

3.8

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.2 моль/л ДЦГ18К6

5.5

10.1

3.8

9.2

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.3 моль/л ДЦГ18К6

4.3

18.3

3.6

16.9

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.4 моль/л ДЦГ18К6

4.0

26.7

3.1

24.3

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ

307

Таблица 5. Зависимость D_М при экстракции смесью ДЦГ18К6 и ДТБДБ18К6 в ФГ из имитационного раствора (по-

сле I ступени экстракции), содержащего 300 ± 50 мг/л Ba, 75 ± 25 мг/л K, 200 ± 50 мг/л Na в 2 моль/л HNO₃

Смесь краун-эфиров

D_Ba

D_K

D_Na

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л ДЦГ18К6

1.9

0.9

0.1

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.2 моль/л ДЦГ18К6

6.9

4.8

≤0.1

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.3 моль/л ДЦГ18К6

10.1

14.7

≤0.1

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.4 моль/л ДЦГ18К6

14.5

44.7

≤0.1

Таблица 6. Экстракция цезия и стронция из имита-

Таблица 7. Экстракция цезия и стронция из имитаци-

ционного раствора смесью 0.1 моль/л ДТБДБ18К6 +

онного раствора смесью 0.1 моль/л ДБ21К7 + 0.1 моль/л

0.1 моль/л ДЦГ18К6 в ФГ

ДЦГ18К6 в ФГ

Ступени

С_равн, мг/л

D_M

Извлечение, %

Ступени

С_равн, мг/л

D_M

Извлечение, %

экстракции

I ступень

79.5

34.6

10.4

3.8

91.25

79.36

I ступень

101.9

40.8

7.9

3.1

88.77

75.66

II ступень

5.6

7.2

12.8

3.8

99.37

95.72

II ступень

9.7

9.4

9.5

3.3

98.91

94.38

III ступень

1.5

1.7

2.9

3.2

99.84

98.97

III ступень

1.4

2.3

6.1

3.1

99.85

98.63

применяли имитационный раствор с концентраци-

ров и избежать возможного образования «третьей

ей азотной кислоты 2 моль/л.

фазы» в технологическом оборудовании.

Результаты исследований представлены в

табл. 6, 7.

Совместная экстракция цезия и стронция

Как видно из полученных данных, наибольшие

краун-эфирами ДТБДБ18К6 и ДЦГ18К6 в смеси

растворителей

коэффициенты распределения по цезию и строн-

цию наблюдаются при применении смеси 0.1 моль/л

ДТБДБ18К6 и 0.1 моль/л ДЦГ18К6 в ФГ. При этом

Предполагается, что использование смеси рас-

творителей в экстракционной системе 0.1 моль/л

для трехступенчатой экстракции общее выделение

ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л ДЦГ16К6 даст синергет-

Cs и Sr для двух рассмотренных экстракционных

ный эффект, который позволит извлекать цезий и

систем практически идентично. Однако в слу-

стронций из азотнокислых растворов с более вы-

чае необходимости максимального извлечения на

сокими коэффициентами распределения. В табл. 8

I ступени экстракции целесообразно использовать

представлена зависимость коэффициентов распре-

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 и 0.1 моль/л ДЦГ18К6 в ФГ.

деления металлов при использовании экстракци-

Следует обратить внимание на то, что по своим

онной системы ДТБДБ18К6 и ДЦГ18К6 в смеси

физико-химическим показателям спирт-теломер n3

растворителей при концентрации азотной кислоты

относится к «тяжелым» и «вязким» растворителям,

2 моль/л.

в связи с чем его применение в технологическом

Как видно из табл. 8, при использовании смеси

оборудовании может быть ограничено, поэтому не-

растворителей ФГ и хлорированного углеводорода

обходимо рассмотреть возможность разбавления

в экстракционной системе 0.1 моль/л ДТБДБ18К6 +

ФГ другими растворителями с целью повысить из-

0.1 моль/л ДЦГ18К6 цезий и стронций экстраги-

влечение цезия и стронция из азотнокислых раство-

руются с достаточно высокими и близкими по зна-

Таблица 8. Зависимость D_М при экстракции смесью ДТБДБ18К6 и ДЦГ18К6 при применении в качестве раствори-

телей смеси хлоруглеводорода и ФГ

0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л

Исходный раствор

D_М

ДЦГ18К6 в 50% ХЛ + 50% ФГ

ДЦГ18К6 в 50% ДХЭ + 50% ФГ

Рабочий раствор

D_Cs

6.1

4.9

D_Sr

5.1

4.5

Имитационный

D_Cs

3.9

3.1

раствор

D_Sr

4.0

3.9

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

308

Кощеева и др.

чению коэффициентами распределения. При этом

ДЦГ18К6 в спирте-теломере n3 дополнительного

показатели извлечения цезия из растворов с кон-

растворителя - хлорзамещенного углеводорода -

центрацией 2 моль/л HNO₃ значительно ниже, чем

наблюдается снижение D_Cs более чем в два раза, при

при применении одного ФГ. При этом путем варьи-

этом D_Sr изменяется незначительно. Увеличение в

рования процентного содержания ХЛ или ДХЭ в

вышеуказанной системе концентрации ДЦГ18К6 с

экстракционной системе можно подобрать условия,

0.1 до 0.4 моль/л приводит к значительному росту

при которых D_М будет иметь наибольшее значе-

D_Sr, при этом наблюдается подавление экстракции

ние при совместном извлечении Cs и Sr из кислых

цезия.

многокомпонентных растворов. Поскольку смесь

Выделение цезия и стронция в отдельную фрак-

краун-эфиров в ФГ извлекает стронций с более

цию с использованием изученных экстракционных

низкими коэффициентами распределения по срав-

систем позволило достичь эффективного разделе-

нению с извлечением цезия, то добавление второго

ния от РЗЭ (Nd, Ce, Pr, Sm, La), Zr, Mo и U с ко-

растворителя в эту же систему, а именно хлорзаме-

эффициентами разделения на уровне 10⁴ и выше.

щенного углеводорода, в различном процентном

Полученные результаты могут быть применимы

соотношении способствует повышению экстракции

для выделения короткоживущей фракции с целью

стронция. Необходимо отметить, что при переходе

ее дальнейшего контролируемого хранения.

от рабочего раствора к имитационному наблюдает-

Таким образом, новая экстракционная система,

ся незначительное снижение D_М. Это может быть

включающая 0.1 моль/л ДТБДБ18К8 и 0.1 моль/л

связано с частичной экстракцией примесных эле-

ДЦГ18К6 в органических растворителях, для из-

ментов, о чем свидетельствуют данные, представ-

влечения цезий-стронциевой фракции из водных

ленные в табл. 3.

рафинатов экстракционной переработки ОЯТ мо-

Однако использование одного или смеси раство-

жет быть рекомендована для дальнейших более

рителей определяется их основными показателями

глубоких исследований, в том числе для определе-

(плотность, вязкость, поверхностное натяжение

ния ее термической, радиационной устойчивости и

и др.), особенностями состава топлива и техноло-

испытания на реальных отходах.

гической схемы переработки ОЯТ, а также приме-

няемым оборудованием. Необходимо продолжить

исследование по подбору новых растворителей

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

для экстракционных систем, состоящих из смеси

макроциклических полиэфиров, а также по оценке

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

влияния природы растворителя на экстракционное

тересов.

извлечение металлов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кащеев В.А., Шадрин А.Ю., Рыкованов Г.Н., Дыр-

Показана перспективность использования экс-

да Н.Д., Макеева И.Р., Хмельницкий Д.В. // Атомная

тракционных систем с производными 18-краун-6

политика. 2019. Т. 127, № 2. С. 82.

и 21-краун-7 в органических разбавителях для со-

Якшин В.В., Тананаев И.Г., Цивадзе А.Ю., Логу-

вместного извлечения цезия и стронция из отходов от

нов М.В., Смирнов И.В. // Вопр. радиац. безопасно-

сти. 2010. № 2. С. 15.

переработки ОЯТ реактора на тепловых нейтронах

ВВЭР-1000. Определены значения D_М при экстрак-

Якшин В.В., Вилкова О.М., Тананаев И.Г., Смир-

ции смесью краун-эфиров 0.1 моль/л ДТБДБ18К6 +

нов И.В., Цивадзе А.Ю., Мясоедов Б.Ф. // Докл. АН.

0.1 моль/л ДЦГ18К6, а также 0.1 моль/л ДБ21К7 +

2008. Т. 422, № 5. С. 641.

0.1 моль/л ДЦГ18К6 в спирте-теломере n3, хло-

Глушко В.Н., Блохина Л.И., Жила М.Ю. // Хим. безо-

роформе и 1,2-дихлорэтане из азотнокислых рас-

пасность. 2019. Т. 3, № 1. С. 49.

Logunov M.V., Voroshilov Y.A., Babain V.A.,

творов различного состава. Показано, что при ис-

Skobtsov A.S. // Radiochemistry. 2020. Vol. 62, N 6.

пользовании 0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л

P. 700.

ДЦГ18К6 в 1,1,7-тригидрододекафторгептаноле за

Tananaev I.G., Myasoedov B.F. // Radiochemistry.

первую ступень экстракции извлечение цезия со-

2016. Vol. 58, N 3. P. 257.

ставляет не менее 91, стронция - 79%.

Логунов М.В., Бугров К.В., Иванов И.Б., Яков-

Установлено, что при введении в экстракцион-

лев Н.Г. // Вопр. радиац. безопасности. 2016. № 2

ную систему 0.1 моль/л ДТБДБ18К6 + 0.1 моль/л

(82). С. 15.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ

309

Pedersen C.I. // J. Am. Chem. Soc. 1970. Vol. 92, N 1.

17. Smirnov I.V., Karavan M.D., Kenf E.V., Tkachenko L.I.

P. 391.

et al. // Solvent Extr. Ion Exch. 2022. Vol. 40, N 7.

Абрамов A.A., Дубовая О.В., Волкова С.В. // Вестн.

P. 756.

Моск. ун-та. Сер. 2: Химия. 2009. Т. 50, № 5. С. 341.

18. Wang J. // J. Nucl. Sci. Technol. 2015. Vol. 52, N 2.

10. Kumpanenko I.V., Roschin A.V., Ivanova N.A.,

P. 171.

Panin E.O., Sakharova N.A. // Russ. J. Phys. Chem.

2015. Vol. 9, N 2. P. 295.

19. Demin S.V., Zhilov V.I., Tsivadze A.Yu. // Russ. J. Inorg.

11. Hadisaputra S., Canaval L.R., Pranowo H.D.,

Chem. 2016. Vol. 61, N 1. P. 119.

Armunanto R. // Monatsh. Chem. 2014. Bd 145. S. 737.

20. Громов В.Ф., Иким М.И., Герасимов Г.Н., Трахтен-

12. Якшин В.В. // Химия и технология экстракции. М.,

берг Л.И. // Хим. физика. 2021. Т. 40, № 1. C. 55.

РХТУ, 2001. Т. 1. C. 39.

21. Демин С.В., Фатюшина Е.В., Жилов В.И., Як-

13. Якшин В.В., Вилкова О.М., Плужник-Гладырь С.М.,

шин В.В., Вилкова О.М., Царенко Н.А., Цивад-

Котляр С.А. // Макрогетероциклы. 2010. Т. 3, № 2-3.

С. 114.

зе А.Ю. // ЖНХ. 2008. Т. 53, № 7. С. 1234.

14. Сапрыкин Ю.В., Сафиулина А.М., Магомедбе-

22. Евтюгин Г.А., Стойкова Е.Е., Шамагсумова Р.В. //

ков Э.П., Тананаев И.Г. // Успехи в химии и хим. тех-

Успехи химии. 2010. Т. 79, № 12. С. 1164.

нологии. 2011. Т. XXV. № 7 (123). С. 33.

23. Бабаин А.В. // Тр. Радиевого ин-та им. В.Г. Хлопина.

15. Ворошилов Ю.А., Логунов М.В., Смольянихин К.В.,

2007. Т. XII. С. 44.

Яковлев Н.Г. // Вопр. радиац. безопасности. 2013.

24. Якшин В.В., Царенко Н.А., Стрельникова А.М. //

№ 2. С. 23.

16. Tkachenko L.I., Kenf E.V., Babain V.A. et al. // J.

Тез. докл. 7-ой Рос. конф. по радиохимии «Радиохи-

Radioanal. Nucl. Chem. 2022. Vol. 331. P. 4001.

мия-2012». 2012. С. 461.

Extraction of Cesium and Strontium from Nitric Acid HLW by

a Mixture of Extractants of -18-CROWN-6 and -21-CROWN-7

Derivatives in Organic Solvents

A. M. Koscheeva^а*, A. V. Rodin^а, A. V. Ananiev^b**

^aFederal Environmental, Industrial and Nuclear Supervision Service

«Scientific and Engineering Centre for Nuclear and Radiation Safety», Moscow, 107140 Russia

^bJoint-stock company «Advanced Research Institute of Inorganic Materials

named after Academician A.A. Bochvar», Moscow, 123060 Russia

e-mail: * koscheeva@secnrs.ru,** AlVlananyev@bochvar.ru

Received December 27, 2022; revised June 20, 2023; accepted June 26, 2023

The processes of extraction of stable isotopes of cesium and strontium by solutions of macrocyclic polyesters

in organic solvents from nitric acid mediums have been studied. The effect of the crown ether structure and

solvent type on the distribution coefficients of cesium (D_Cs) and strontium (D_Sr) has been studied. Extraction

systems for the combined extraction of cesium and strontium were tested, in which 1,1,7-trihydrododecafluoroh

eptanol and chlorohydrocarbons were used as solvents. It is shown that the highest D_Cs and D_Sr in the combined

extraction of metals are observed when using a mixture of DTBDB18C6 and DCH18C6. Experimental data

confirm the high efficiency of the use of crown ethers for the extraction of cesium and strontium into a separate

fraction when handling radioactive waste.

Keywords: spent nuclear fuel, extraction, crown ethers, diluents, cesium, strontium.

РАДИОХИМИЯ том 65 № 4 2023