Выделение и очистка нептуния

Необходимость извлечения нептуния при переработке выгоревше­го ядерного топлива определяется тем, что ²³⁷Np служит исходным материалом для получения ²³⁸Рu, используемого в космической тех­нике, малой энергетике и медицине. В выгоревшем оксидном топли­ве легководных реакторов по расчетам должно содержаться 475-500 г/т ²³⁷Np. По экспериментальным определениям, в зависимости от глубины выгорания и времени выдержки топлива содержание неп­туния составляет 230-430 г/т [4].

Значительный интерес для аффинажа нептуния представляет приме­нение анионного обмена.

Окончательную очистку нептуния анионообменным методом при­меняют на заводе в Ханфорде.

В Саванне-Ривере выделение нептуния из высокоактивных отходов пурекс-процесса проводят анионообменной сорбцией с использова­нием смолы Дауэкс 1^.3 или Дауэкс 21К. Радиационная стойкость смо­лы позволяет повторно использовать ее не более чем в десяти циклах. Нептуний перед сорбцией стабилизируют в четырехвалентном состоя­нии сульфаматом Fe (II) в смеси с гидразином, который разлагают при последующем нагревании. Этим методом извлекают до 98 % непту­ния. Дальнейшую очистку и концентрирование проводят в системе трех последовательно соединенных колонн, из которых две содержат анионит Дауэкс 1^.4, а третья-катионит. Катионный обмен используют только при необходимости очистки нептуния от тория.

Очищенный раствор нептуния поступает на оксалатное осаждение, которое проводят при 50 °С из 1-4 моль/дм³ HNO₃ в присутствии ас­корбиновой кислоты и гидразина, стабилизирующих нептуний в четы­рехвалентном состоянии. Высушенный на воздухе оксалат нептуния прокаливают, постепенно повышая температуру от 150 до 550 °С. Ко­нечным продуктом является диоксид нептуния.

Конечным продуктом технологической схемы выделения нептуния может быть также очищенный, сконцентрированный упариванием раствор нитрата нептуния [4].

Вопросы безопасности

Прежде чем анионообменные смолы были внедрены в про­изводство, была исследована их химическая и радиационная стойкость. Установлено, что при температуре ниже 70° С в ус­ловиях процесса наблюдается только очень малое химическое воздействие среды на смолу. Серьезные радиационные по­вреждения возникают только при дозе облучения более 3^.10⁸ рад. Когда смола нагружена плутонием, получаемая ею доза составляет 6^.10⁷ рад/месяц, так что безопасная эксплуа­тация смолы может проводиться в течение по крайней мере пяти месяцев.

Из этих результатов был сделан вывод, что как пермутит SK, так и дауэкс-1^.4 достаточно устойчивы и могут приме­няться для анионообменной очистки плутония. Тем не менее как в США, так и во Франции имели место аварии, при кото­рых смола, нагруженная плутонием, взрывалась. Один из этих случаев произошел даже на установке довольно малого масшта­ба, на которой 10 г плутония очищались в стеклянной колонне с помощью анионита. В этом случае смола ранее несколько раз использовалась в цикле [1].

Новейшие исследования показали, что переведенная в нитратную форму и затем промытая дистиллированной водой смола загорается при 200° С, но если промывка производится азотной кислотой, то температура снижается. Нагрузка плуто­нием также снижает эту температуру. Кислород, необходимый для сгорания, вероятно, обеспечивается нитрат-ионами. Этим можно объяснить более бурное протекание реакции для нагру­женной плутонием смолы. Было установлено также, что темпе­ратура воспламенения смолы понижается с, увеличением диа­метра колонны.

В процессе эксплуатации колонн необходимо сводить к мини­муму образование неподвижных воздушных пробок. Поэтому колонны должны быть снабжены соответствующими системами дегазации. Следует избегать введения окислителей. При работе в стеклянных колоннах опасность взрыва, вероятно, может уве­личиваться под действием солнечного света [1].

Рекомендуется поддерживать концентрацию азотной кисло­ты не выше 7,5 М. Крупность частиц смолы должна составлять 50-100 меш. При более мелком размере зерен в отдельных ме­стах колонны могут образовываться пробки и зоны повышен­ного давления. Продолжительность контакта смолы с концентрированной азотной кислотой при периодическом процессе не должна превышать 24 ч.

Кроме того, было найдено, что некоторые вещества, выще­лачиваемые горячей азотной кислотой из пластмассовых трубо­проводов, также снижают температуру воспламенения смолы. Установлено, что наиболее устойчивым материалом для трубо­проводов является тигон (тудой), и он рекомендован к исполь­зованию. Наиболее безопасным методом утилизации использо­ванной смолы представляется ее сжигание.