Спосіб виділення паладію з азотнокислих розчинів
Винахід відноситься до галузі прикладної радіохімії та стосується, зокрема, обробки та підготовки до захоронення радіоактивних відходів, що утворюються при переробці опроміненого палива АЕС. Спосіб полягає в тому, що в ємність з рідкими радіоактивними відходами виділення з них паладію вводять монооксид вуглецю або його комплексне з'єднання з монохлоридом міді. Розчин перемішують і відокремлюють осад металевого паладію. Для підвищення ступеня осадження паладію в розчин попередньо додають певну кількість окислювача - пероксиду водню, перманганату калію та ін. або відновника - сульфамінової кислоти, гідразину та ін. Заявлений винахід дозволяє селективно виділяти паладій з різних за складом радіоактивних азотнокислих розчинів у вигляді компактного осаду - металевого паладію без використання солеутворюючих реагентів та збільшення загального обсягу розчинів. Крім використання в радіохімії, пропонований спосіб може знайти застосування технології виділення паладію при його регенерації з різних виробів, наприклад відпрацювали каталізаторів або електротехнічних виробів. 4 з.п. ф-ли.
Заявляється винахід відноситься до галузі прикладної радіохімії і може бути використане для обробки та підготовки до поховання радіоактивних відходів від переробки опроміненого палива атомних електростанцій (АЕС).
Крім використання в радіохімії, пропонований спосіб може знайти застосування технології виділення паладію при його регенерації з різних виробів, наприклад відпрацювали каталізаторів або електротехнічних виробів.
Паладій є цінною сировиною для виготовленнякаталізаторів в органічному синтезі та для нейтралізаторів відпрацьованих газів автомобілів, може використовуватися як акумулятор водню та як мембранний матеріал для поділу його ізотопів і т.д. З іншого боку, "реакторний" паладій представляє перешкоду при остекловывании радіоактивних відходів за рахунок утворення в процесі остекловивания металевої фази і тому перед затвердінням ВАО його бажано видаляти.
Відомо кілька способів виділення паладію з розчинів, у тому числі з використанням процесу осадження, однак, як правило, використовуються хлоридні, фторидні або роданідні розчини. Металевий паладій добре розчиняється у розчинах азотної кислоти, тому його виділення з таких розчинів шляхом осадження у вигляді металу зустрічає серйозні труднощі.
Відомі способи осадження паладію з азотнокислих розчинів органічними речовинами, але при цьому частина реагентів неминуче залишиться в розчинах, що спричинить труднощі при їх подальшій переробці.
Запропоновано спосіб [1] вилучення паладію з високоактивних відходів, заснований на осадженні комплексних сполук з трихлорстаннатом при одночасному додаванні цезию хлориду або триетилхлориду амонію. Недоліком даного способу є використання хлорсодержащих реагентів, що ускладнює вибір матеріалів обладнання при переробці відходів.
Відомий також спосіб [2] осадження платиноїдів з водних розчинів, що полягає в тому, що в розчини при переробці відпрацьованого ядерного палива вводять при нагріванні натрієву сіль формальдегідсульфоксилової кислоти і осад платинових металів, що виділився, відокремлюють від розчину.
Недоліком цього способу є необхідність створення низької концентрації азотної кислоти (0,01-1,4моль/л), що у свою чергу призводить до збільшення об'єму розчину. Крім того, осадження необхідно проводити в інтервалі температур 70-80°С. А головне, цей метод не дозволяє виділити паладій у чистому вигляді, що потребує додаткової операції відділення паладію від інших платинових металів.
Найбільш близьким до заявляється (прототип) є спосіб вилучення паладію [3], що полягає в тому, що розчин радіоактивних відходів у процесі денітрації обробляють мурашиною кислотою, при цьому з нього осаджуються паладій у вигляді металу, а також родій та рутеній.
Недоліком даного способу є необхідність створення нейтрального або слаболужного середовища для досягнення повноти осадження, що призводить до збільшення обсягу розчину. Крім того, цей метод не дозволяє виділити паладій у чистому вигляді, що вимагає додаткової операції відділення паладію від родію та рутенію.
Завданням цього винаходу є розробка способу селективного виділення паладію з азотнокислих розчинів з технічним результатом - виділення паладію в чистому вигляді без збільшення обсягу розчину та додаткових операцій.
Технічний результат досягається способом виділення паладію з азотнокислих розчинів, що включає введення реагенту осадника і відділення осаду від розчину, при цьому згідно винаходу у вихідний азотнокислий розчин вводять окислювач або відновник, а як реагент осадника використовують монооксид вуглецю або його комплексне з'єднання з монохлоридом міді.
Спосіб здійснюють наступним чином. У герметичний посудину, що містить азотнокислий розчин паладію, попередньо додають різні реагенти, що сприяють більш повному осадженню паладію. Потім рівноважну з розчином газову фазу вводять СОабо розчин додають його комплексне з'єднання з монохлоридом міді (не менше 1 моля на 1 моль міститься в розчині паладію). Після цього розчин перемішують, відокремлюють осад, що виділився металевого паладію і проводять аналіз концентрації залишився в розчині паладію. За результатами аналізу вихідного та кінцевого розчинів розраховують повноту осадження паладію. Оптимальні умови осадження паладію з розчинів з різною кислотністю наведені у наведених нижче прикладах.
Приклад №1. У герметичні скляні судини ємністю 50 мл поміщають по 25 мл розчину азотнокислого паладію з концентрацією 0,1 і 0,5 г/л (концентрація азотної кислоти 1, 2 і 3 моль/л). Потім через газовідвідну трубку відкачують частину повітря та вводять монооксид вуглецю з розрахунку 1 моль на моль паладію. Для покращення контакту газу з рідиною судини струшують протягом 1 години. Випав металевий паладій відфільтровують і потім в розчині визначають концентрацію паладію, що залишився.
Приклад №2. Досліди проводять тим же способом, що і прикладі №1, за винятком того, що вихідний розчин попередньо вводять добавку окислювача, наприклад пероксиду водню або перманганату калію. При додаванні пероксиду водню в кількості 1,6 г/г Pd розчин паладію (концентрація 1,5 г/л) в 3 молярній азотній кислоті ступінь виділення паладію становить 95-97%, а при введенні 0,6 г перманганату калію на 1 г Pd ступінь виділення становить понад 90%.
Приклад №3. За тих же умов проведення дослідів була перевірена можливість використання як добавки сульфамінової кислоти. Досліджувалась залежність повноти виділення паладію монооксидом вуглецю з його розчинів з концентрацією 1 г/л в азотній кислоті (від 1 до 4 моль/л) та кількості доданої сульфаміновоїкислоти. Було показано, що при співвідношенні сульфамінової кислоти та паладію 1,5 г/г ступінь відновлення становить 95-98%.
Як показано в наведених прикладах, при виділенні паладію з азотнокислих розчинів монооксидом вуглецю без введення добавок його можна осадити досить повно, якщо концентрація азотної кислоти становить не більше 1 моль/л. При введенні в розчин невеликих кількостей окислювача (пероксид водню, перманганат калію) або відновника (сульфамінова кислот) паладій практично повністю осідає як газоподібним монооксидом вуглецю, так і його комплексним з'єднанням з монохлоридом міді навіть з 2-4 молярних розчинів азотної кислоти.
1. Yuichiro Asano, Tomoo Yamamura, Kunihiko Mizumachi, Yukio Wada. Recovery of noble metals з високого рівня liquid waste by precipitation method. Процедури міжнародної топічної поїздки на Nuclear and Hazardous Waste Management (SPECTRUM'94), August 14-18, 1994, Atlanta, Georgia, USA, V.2, p.836-841.
2. WU, C., LIN, Y., JIANG, L. J. Nucl. Radiochem. 8, 3 (1986), р.147.
1. Спосіб виділення паладію з азотно-кислих розчинів, що включає введення реагенту осадника і відділення осаду від розчину, який відрізняється тим, що вихідний азотно-кислий розчин вводять окислювач або відновник, а як осадник використовують монооксид вуглецю або його комплексне з'єднання з монохлоридом міді .
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як окислювач використовують пероксид водню, взятий у кількості 0,8-2,0 г на 1 г паладію.
3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як окислювач використовують перманганат калію, взятий у кількості 0,5-1,5 г на 1 г паладію.
4. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як відновник використовуютьгідразин, взятий у кількості 0,1-0,3 г на 1 г паладію.
5. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як відновник використовують сульфамінову кислоту, взяту в кількості 0,5-2,0 г на 1 г паладію.