ОТЧЁТ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ
| Специальность | 18.05.02 | Химическая технология материалов современной энергетики | |
| Квалификация | Инженер | ||
| Специализация | 01. Химическая технология материалов ядерного топливного цикла | ||
| Факультет | Инженерно-технологический | ||
| Кафедра | Технологии редких элементов и наноматериалов на их основе | ||
| Профильная организация | АО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» | ||
| Срок проведения | с 17.06.2019 | по 14.07.2019 (4 недели) | |
| Группа | |||
| Студент | __________________ (подпись) | А.В. Бизин | |
| Руководитель практики от профильной организации | __________________ (подпись) | Н.Д.Голецкий | |
| Руководитель практики от кафедры,доц | __________________ (подпись) | М.А. Афонин | |
| Оценка за практику | отлично | ||
Санкт-Петербург
«Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический университет)»
(СПбГТИ(ТУ))
ЗАДАНИЕ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ ПРАКТИКУ
| Студент | Бизин Андрей Владимирович | ||
| Специальность | 18.05.02 | Химическая технология материалов современной энергетики | |
| Квалификация | Инженер | ||
| Специализация | Химическая технология материалов ядерного топливного цикла | ||
| Факультет | Инженерно-технологический | ||
| Кафедра | Технологии редких элементов и наноматериалов на их основе | ||
| Группа | |||
| Профильная организация | АО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина» | ||
| Действующий договор | на практику № 30-1 от 30 марта 2018 | ||
| Срок проведения | с 17.06.2019 | по 14.07.2019 (4 недели) | |
| Срок сдачи отчета | 12.07.2019 | ||
Тема задания:
Сорбция плутония на анионите из сложных по составу растворов.
Календарный план технологической практики
с 17.06.2019 по 14.07.2019 (4 недели)
| Наименование задач (мероприятий) | Срок выполнения задачи (мероприятия) |
| 1 Ознакомление с современными технологическими процессами и оборудованием | 1 – 6 неделя |
| 2 Ознакомление оборудованием лаборатории | 1 – 4 неделя |
| 3 Ознакомление со структурой предприятия, системой управления | 1 – 4 неделя |
| 4 Изучение должностных обязанностей и инструкций работников лаборатории | 1 – 4 неделя |
| 5 Ознакомление с работой аналитической лаборатории, входной и выходной контроль, используемые методы анализа и оборудование | 1 – 4 неделя |
| 6 Изучение технологических процессов (регламента) получения конкретного химического вещества, аппаратурно-технологическая схема процессов и его описание | 1 – 5 неделя |
| 7 Выполнение оной или нескольких технологических операций | 2 – 5 неделя |
| 8 Подготовка и оформление отчёта по практике | 5 – 6 неделя |
| Руководитель практики от кафедры, доц | __________________ (подпись) | М.А. Афонин |
| Руководитель практики от профильной организации | __________________ (подпись) | Н.Д. Голецкий |
| Задание принял к выполнению студент | __________________ (подпись) | А.В. Бизин |
Содержание
Введение. 5
1 Аналитический обзор. 6
2 Основная часть. 8
2.1 Сорбция – десорбция плутония. 8
2.2 Подготовка к сорбции плутония. 8
2.3 Сорбция плутония из различных по составу растворов. 9
2.4 Десорбция плутония. 10
Заключение и выводы.. 11
Список использованных источников. 12
Введение
В наше время основной формой обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) является его концентрирование и отверждение в виде стекломатриц с последующим их хранением и захоронением. Обеспечение такого безопасного длительного хранения высокоактивных отходов (ВАО) является сложной и дорогой задачей, и его безопасность в столь долгий промежуток времени не может быть гарантирована.
Для уменьшения рисков, связанных с хранением ВАО можно проводить фракционирование долгоживущих радионуклидов с раздельным обращением с выделенными фракциями. Особую опасность представляет фракция трансурановых элементов, некоторые из которых могут быть повторно включены в состав ядерного топлива с целью их дожигания, одним из таких элементов является плутоний.
Чаще всего для концентрирования и очистки плутония из водных растворов, возникающих в процессах переработки, используют ионный обмен, при этом может использоваться как катионный, так и анионный обмен [1].
Поэтому целью данной работы является выделение и очистка плутония из сложных растворов.
Аналитический обзор
Плутоний в любом валентном состоянии легко сорбируется на катионитах из разбавленных кислых растворов со слабо связанными анионами, таких как азотная, соляная или хлорная кислота. Причѐм, способность ионов плутония извлекаться уменьшается в ряду:
Pu4+ >Pu3+ >(PuO2 )2+ >(PuO2)+ [2].
Ионообменный процесс в сильнокислотном катионообменнике может быть представлен реакцией:
Pun+ + nRH → Pu(R)n + nH+,
где RH обозначает протонный центр обмена на органической смоле;
n + - результирующий заряд на ионе плутония.
Разделение может быть сделано на основе одного ионного заряда, но наиболее эффективен ионный обмен при использовании обменных 39 материалов в комбинации с комплексообразователями в водных растворах, которые по-разному связывают различные состояния окисления плутония и других ионов металлов [2].
В настоящее время синтезированы новые ионообменные материалы с функциональными группами на основе фосфора, которые многие исследователи предлагают использовать в качестве коллекторов актиноидов из растворов радиохимического производства. Так, авторы статей [3, 4] изучали сорбцию ионов Pu4+, Th4+ на фосфорсодержащих ионообменных материалах (Purolite S950, S940, S955, S957). Они установили, что катионит с фосфоновыми и сульфогруппами Purolite S957 является перспективным для селективного извлечения четырѐхвалентных актинидов из азотнокислых растворов сложного солевого состава. Ёмкость данного сорбента по торию в диапазоне концентраций азотной кислоты от 1 до 7 моль/дм3 составляет 80 - 95 мг/см3. Авторы статей показали возможность использования катионита Purolite S957 для концентрирования плутония из растворов и эффективного разделения пар Pu(IV)-Am(III), Pu(IV)-Np(V).
Анионный обмен наиболее подходящий метод выделения Pu(IV) при средних и более высоких концентрациях азотной кислоты. В этих условиях другие элементы анионообменником удерживаются плохо, поэтому достигается высокий коэффициент разделения. Элюирование плутония при этом легко достигается использованием раствора азотной кислоты с низкой концентрацией или путѐм перевода плутония в несорбируемое состояние Pu(III). Сорбция плутония (IV) на анионите может быть представлена уравнением:
2(R4N) +NO3- + Pu4+ + 4NO3-⇄ (R4N)2 + [Pu(NO3)6]2-
В этих условиях другие элементы анионообменником удерживаются плохо, поэтому коэффициент разделения высокий [2,5].
Основная часть
Сорбция – десорбция плутония
В настоящее время в основу переработки растворов химикометаллургического производства плутония положена сорбционная технология с использованием винилпиридинового анионита ВП-1Ап. Однако, ввиду того, что производство этого анионита в России запрещено из-за высокой токсичности компонентов синтеза (2-метил5-винилпиридина), изучалась возможность применения анионита ВП-3Ап, который является менее токсичным и доступным. Анионит ВП-3Ап выпускается в настоящее время в опытнопромышленном масштабе в хлоридной форме. Его получают N-алкилированием диметилсульфатом пористого сополимера 4-винилпиридина ДВБ с массовой долей 8 % [6].
Применение анионообменного метода основано на свойстве ионов Pu (IV) образовывать в растворах с высокой концентрацией нитратных ионов гексанитратный комплексный анион [Pu(NO3)6]2- обладающий очень высоким сродством к сильноосновным анионитам, к классу которых относится и ВП - 1АП и др. В области кислотности 7-8 моль/л HNO3 коэффициент распределения плутония для этих смол проходит через максимум, достигающий значения порядка 5 
103. При меньшей концентрации азотной кислоты коэффициент распределения падает, что обусловлено понижением доли гексанитратного комплекса. При концентрациях азотной кислоты выше 8 моль/л гексанитратный комплекс переходит в малодиссоциированные формы Н[Pu(NO3)6]- и Н2Pu(NO3)6, чем и объясняется падение коэффициента распределения. Десорбцию плутония проводят разбавленной азотной кислотой, которая разрушает гексанитратный комплекс плутония.
Сорбцию плутония в виде аниона [Pu(NO3)6]2- производят из 7-7,4 моль/л HNO3.
Перед сорбцией Pu (III) окисляется до четырёх валентного состояния NaNO2, при 60°С. Емкость смолы по плутонию составляет около 60 г/л. Смолу с сорбированным на ней плутонием промывают 6-7 моль/л HNО3 до полного удаления нептуния, урана и продуктов деления. Для десорбции плутония используется 0,5 моль/л HNO3.