Способ выделения радиоцезия из дезактивирующего раствора

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ РАДИОЦЕЗИЯ ИЗ ДЕЗАКТИВИРУЮЩЕГО РАСТВОРА(71) Заявитель Институт радиоэкологических радиоэколопроблем Национальной академии наук (73) Патентообладатель Институт гических проблем Национальной академии наук БеларусиБеларуси(57) 1. Способ выделения радиоцезия из дезактивирующего раствора, включающий добавление в раствор гексацианоферрата калия, соосаждение при величине рН менее 3 и разделение фаз, отличающийся тем, что в дезактивирующий раствор, содержащий восстановитель, добавляют (1-10)10-3 моль/л гексацианоферрата калия, в качестве которого используют феррицианид калия, соосаждение осуществляют при рН 0,5-1,5, после чего производят нагревание до 80-90 С в течение 20-40 минут, а разделение фаз производят при рН 0,51,5. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя дезактивирующий раствор содержит тиомочевину в количестве (1-7)10-2 моль/л.(56) 1.1705878, МПК 21 9/10, 1992. Изобретение касается обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО) от радиоцезия и может быть использовано преимущественно в атомной технике, где при проведении дезактивации образуется большое количество отработанных дезактивирующих растворов. Изобретение может быть использовано при очистке воды и сточных вод от радиоцезия, а также для аналитического определения радиоцезия в растворах. Наиболее близким к заявляемому является способ выделения радиоцезия из дезактивирующих растворов путем соосаждения радионуклидов цезия с осадком на основе ферроцианида, последующим разделением фаз после коагуляции осадка ферроцианида 1. При этом используется химическое осаждение малорастворимых ферроцианидов никеля, кобальта, марганца, цинка с последующим добавлением щелочи до рН 8,5 - 11 и разделением фаз. Однако, по этому методу необходимо введение в раствор как минимум двух компонентов - ионов железистосинеродистой кислоты и ионов двухвалентных металлов (, Со, , (. При этом в качестве одного из основных компонентов необходимо использование соли вышеперечисленного металла. Такое исполнение вышеуказанного способа повышает стоимость выделения радиоцезия при обезвреживании ЖРО, поскольку требует введения в раствор достаточно дорогих и относительно редких солей никеля, кобальта и др. Помимо этого, растворимость ферроцианидов никеля, марганца, кобальта, цинка в сильной степени зависит от природы присутствующих в растворе комплексообразующих веществ (фторид-ионов, цитрат-ионов, оксалат-ионов и т.д.). Задачей настоящего изобретения является создание способа выделения радиоцезия из отработанных дезактивирующих растворов, обеспечивающего удешевление процесса переработки ЖРО, улучшение технологичности за счет упрощения извлечения радиоцезия при переработке ЖРО и регенерацию отработанного дезактивирующего раствора. В результате решения данной задачи достигается новый технический результат, заключающийся в улучшении технологичности процесса за счет его упрощения и снижения трудоемкости при эффективном извлечении радиоцезия из растворов и минимальных затратах. Данный технический результат достигается тем, что извлечение радиоцезия из отработанных дезактивирующих растворов проводят путем его соосаждения с неорганическим сорбентом - ферроцианидом желе 2479 1 за, синтезируемым в перерабатываемом растворе, с последующим разделением фаз после коагуляции осадка ферроцианида. Отличительной особенностью настоящего изобретения является осуществление соосаждения радиоцезия при рН 0,5-1,5 обработкой ЖРО, содержащих восстановитель - тиомочевину в количестве (1-7)10-2 моль/л,феррицианидом калия К 3 е(С)6 в количестве (1-10)10-3 моль/л с последующим нагреванием до 80-90 С в течение 20-40 минут и разделением фаз в слабокислой среде при рН 0,5-1,5. Разделение фаз после коагуляции осадка проводят, например, декантацией либо фильтрованием (ультрафильтрацией). Поскольку в растворах могут образовываться частицы ферроцианидов различной степени дисперсности, то для отделения от раствора твердой фазы ферроцианида целесообразно использовать метод ультрафильтрации, позволяющий задерживать достаточно мелкие частицы. При нагревании в водных растворах в кислой среде тиомочевина гидролизуется,при этом в растворе образуются 2, 2, 3. Сероводород обладает восстановительными свойствами и способен восстанавливать феррицианид-ионы 63- до ферроцианид-ионов е 64-. При этом раствор окрашивается в синий цвет и выпадает осадок, по-видимому, ферроцианида железа. Однако, образование ферроцианида железапроисходит, вероятно, не на прямую, а через стадию образования феррицианида железа. В пользу такого механизма говорит тот факт, что ввиду более высокой устойчивости комплексов железа по сравнению с комплексами , например, с такими лигандами, как цианид-, фторид-, оксалатанионы и др., в растворе концентрация несвязанного в комплексы двухвалентного катиона железа должна быть более высокой, по сравнению с концентрацией трехвалентных катионов железа 3. А это , по видимому, говорит о более высокой вероятности образования феррицианида железа в растворе. В то же время известно, что перегруппировка феррицианида железа 66 в растворах протекает практически мгновенно с образованием малорастворимого соединения ферроцианида железа. Образующийся осадок ферроцианида железа является селективным сорбентом по отношению к катионам цезия . Отделением твердой фазы образовавшегося сорбента от раствора достигается очистка раствора от радионуклидов цезия. Пример 1. Дезактивирующий раствор содержит (2)2 - 0,1 , (4)204 - 2 , лимоннокислый аммоний - 5, 224 - 2,5 , а также радионуклид -137. Концентрацию изотопов -137 определяли с помощьюдетектора ДГДК 100 В с использованием анализатора импульсов -4900 В. Относительная погрешность определения содержания радионуклида -137 в пробах не превышала 25. В раствор (рН 0,5 - 1,5) добавляли 36. Нагревали при 80-90 С в течение 30 минут. После охлаждения раствора до комнатной температуры добавлением раствора едкого натра доводили до необходимого значения величину рН раствора. Далее оставляли раствор для отстаивания на 3-7 суток. Для отделения твердой фазы сорбента от раствора использовали метод ультрафильтрации, пропуская 30 мл раствора через полупроницаемую мембрану Владипор УПМ-П. Определение содержания радиоцезия проводили путем измерения активности аликвот исходного раствора и фильтрата. Для количественной оценки выделения из раствора изотопов цезия рассчитывали долю радионуклида, задерживаемого полупроницаемой мембраной по формуле К(Ао - А)/Ао 100, где Ао, А - активность исходного раствора и фильтрата соответственно. Полученные экспериментальные данные приведены в таблице 1. Таблица 1 В ыделение ра дио н у к л и да 1 3 7 из деза кт ивирующ его ра ст во ра Концентрация Ао/А К Число отсчетов в фотопике 137 в растворах 36,/ исходный Ао конечный А 1 28100 27400 0 1 4 28100 31300 0 1 7 28100 28300 0 1 9 28100 30500 0 1 1 7931 32 250 99,6 110-3 та же 4 7931 11157 0 1 та же 7 7931 11307 0 1 та же 9 7931 11342 0 1 0,5 40886 2196 19 94,6 310-3 0,5 3918 61 64 98,4 510-3 1 5784 27 214 99,5 110-2 1 46400 2 99,99 2104 2479 1 Из полученных данных следует, что наиболее оптимальная концентрация феррицианида калия и оптимальное значение рН раствора при разделении фаз для максимально возможного выделения радиоцезия из дезактивирующих растворов составляют для К 3 е(С)6 110-3-110-2 моль/л, рН 0,5-1,5. При увеличении концентрации К 3 е(С)6 более 110-2 моль/л эффективность извлечения радиоцезия существенно не изменяется, а при уменьшении концентрации К 3 е(С)6 менее 110-3 моль/л выделения радиоцезия уменьшается, поскольку не образуется осадок ферроцианида железа. Пример 2. Дезактивирующий раствор содержит (2)2 - 0,5 , 4 -0,5 , глицерин - 0,5 , 224 - 2,5 ,1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 2 . Исходный дезактивирующий раствор, содержащий радиоцезий, обрабатывали как в примере 1. Определение содержания радионуклида и расчет количественной характеристики выделения радионуклида цезия описаны в примере 1. Полученные данные приведены в таблице 2. Таблица 2 В ыделение ра дио н у к л и да 1 3 7 из деза кт ивирующ его ра ст во ра Концентрация 36,/ 110-3 110-2 Выбранные значения рН раствора, количество К 3 е(С)6 и время нагревания раствора необходимы для обеспечения эффективного извлечения радиоцезия из растворов при содержании в растворе тиомочевины в количестве(1-7)10-2 моль/л. Величина рН 0,5-1,5 обеспечивает разложение тиомочевины до простейших веществ (углекислый газ, аммиак, сероводород) и восстановление феррицианид-ионов 63- до ферроцианид-ионов 64- при нагревании до 80-90 С в течение 20-40 минут. При этом создаются благоприятные условия для формирования малорастворимого соединения ферроцианида железа в растворах такого сложного состава. Использование предлагаемого технического решения позволяет снизить концентрацию радиоцезия в дезактивирующих растворах на 2-4 порядка повысить экономические показатели процесса выделения радиоцезия за счет эффективного его концентрирования и за счет возможности возврата и повторного использования дезактивирующего раствора исключить использование солей металлов для синтеза неорганического сорбента на основе ферроцианида упростить технологию обезвреживания ЖРО сократить объемы ЖРО. оставитель А.И. Сорокин Редактор Т.А. Лущаковская Корректор Т.Н. Никитина Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.