Способ разделения нептуния и плутония

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕПТУНИЯ И ПЛУТОНИЯ, включающий пропускание кислых гидразинсодержащих растворов через анионит с одновременной сорбцией нептуния (IY), последующую промывку анионита кислотой и десорбцию нептуния разбавленным раствором кислоты, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса за счет исключения стадии предварительного восстановления нептуния и плутония в исходный раствор пропускают через платинированный анионит.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание платины в анионите составляет 1 - 2 мас.%.

Изобретение относится к химии трансурановых элементов и может быть использовано при разделении нептуния и плутония, а также при проведении глубокой очистки нептуния от плутония для получения особо чистого нептуния, который используется в различных областях науки и техники, например, при изготовлении индивидуальных -источников, дозиметров нейтронного излучения и др.
В современном радиохимическом производстве, а также в лабораторной и аналитической практике при разделении нептуния и плутония широко используются методы ионного обмена, в частности методы разделения на анионообменных смолах.
Известен анионообменный способ разделения нептуния и плутония, включающий совместную сорбцию этих элементов в виде гексанитратных комплексов на анионите из растворов 5-7 М азотной кислоты и последующую восстановительную десорбцию плутония в трехвалентном состоянии. После восстановления плутония и его вымывания из слоя сорбента, нептуний элюируют из смолы разбавленной азотной кислотой. В качестве селективных восстановителей для плутония, сорбированного в виде гексанитратного комплекса в слое анионита используется ронгалит, аскорбиновая кислота, сульфамат железа (II) и другие восстановители.
Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является способ разделения нептуния и плутония, включающий пропускание кислых гидразинсодержащих растворов через анионит с одновременной сорбцией нептуния (IV), последующую промывку сорбента кислотой и десорбцию нептуния разбавленным раствором кислоты. По данному способу в кислые (6-7,5 М азотнокислые) растворы плутония и нептуния добавляют гидразиннитрат и аскорбиновую кислоту для перевода или стабилизации строго определенных валентных форм: плутония (III) и нептуния (IV). Затем полученный раствор пропускают через анионит, преимущественно, сильноосновного типа на стиролдивинилбензольной или винилпири- диновой основе, при этом нептуний (IV) сорбируется, а плутоний (III) проходит в фильтрат. Затем осуществляют промывку сорбента 6-7,5 М растворами азотной кислоты. Для лучшей очистки нептуния от плутония в промывные растворы иногда добавляют гидразин и аскорбиновую кислоту. Далее проводят десорбцию нептуния (IV) 0,5-0,7 М азотнокислым раствором кислоты. При содержании в исходном растворе нептуния около 10% плутония, в конечном нептуниевом концентрате содержание плутония не превышает 10^-2%.
Недостатком данного способа является его многостадийность, вследствие обязательного проведения стадии подготовки исходного раствора для стабилизации плутония и нептуния в определенных валентных формах. В ряде случаев, например, при окислительном растворении нептуниевых блоков исходное состояние плутония и нептуния в растворе будет соответственно четырех- и шестивалентное, что значитель- но затрудняет их анионообменное разделение.
Цель изобретения - упрощение процесса разделения нептуния и плутония за счет исключения стадии их предварительного восстановления в растворах.
Поставленная цель достигается описываемым способом разделения нептуния и плутония, включающим пропускание кислых гидразинсодержащих растворов через платинированный анионит, содержащий 1-2 мас.% платины с одновременной сорбцией нептуния (IV), последующую промывку сорбента кислотой и десорбцию нептуния разбавленным раствором кислоты.
Технология способа заключается в следующем.
Исходные 6-7,5 М кислые растворы, содержащие нептуний и плутоний, пропускают в присутствии гидразина (в количестве 0,05-0,2 М) через слой анионита с нанесенной на поверхность зерен металлической платиной, при этом нептуний переходит в четырехвалентное состояние и сорбируется анионитом, а плутоний переходит в трехвалентное состояние и остается в фильтрате. Исходное состояние нептуния и плутония в исходном растворе может быть самым различным, вне зависимости от этого при пропускании их гидразинсодержащих растворов через платинированный анионит они восстанавливаются до четырех- и трехвалентного состояния. Сорбцию ведут при повышенной температуре (40-60^оС) для ускорения кинетики сорбции и восстановления актионидов. Затем колонку с сорбентом промывают кислотой той же молярности, что и исходный раствор и проводят десорбцию нептуния (IV), поглощенного слоем анионита, слабокислыми (0,3-0,7 М) растворами кислот.
В качестве сорбента в данном способе используют преимущественно сильноосновные аниониты винилпиридинового ряда, обладающие повышенной термо- и радиационно-климатической устойчивостью, например, анионит ВП-1, содержащий на поверхности зерен 1-2 мас.% платины. Уменьшение относительного содержания платины ниже 1 мас.% приводит к замедлению процесса восстановления нептуния и плутония, увеличение же относительного содержания платины выше 2 мас.% не приводит к ускорению этого процесса, а только удорожает сам сорбент.
Нанесение платины на поверхность зерен сорбента осуществляют известным способом.
П р и м е р 1. Проводят разделение нептуния и плутония на хроматографической колонке диаметром 8 мм и высотой 11 см. Колоночный объем подготовленной к сорбции колонки составляет 5 мл. В качестве сорбента используют анионит ВП-1 фракции 0,25-0,5 мм с относительным содержанием платины 2 мас. % . Содержание нептуния и плутония в различных фракциях определяют с точностью до 3 % методом, спектрометрии. Берут 10 мл раствора, содержащего 50 мг/мл нептуния и 5 мг/мл плутония (IV), доводят содержание азотной кислоты в нем до 7,5 М, добавляют в полученный раствор гидразиннитрат до концентрации 0,2 М и пропускают его при 40^оС со скоростью 0,3 мл/мин/см² через анионит. При этом 99% нептуния восстанавливается до четырехвалентного состояния и переходит в слой анионита, а плутоний количественно восстанавливается до трехвалентного состояния и остается в фильтрате. Для получения дополнительной очистки нептуния от следов плутония колонку промывают 5 к.о. 7 М раствора HNO₃ и затем проводят десорбцию нептуния 5 к.о. 0,5 М HNO₃. Содержание плутония в образцах очищенного нептуния составляет 7 10^-3 мас. %.
П р и м е р 2. По примеру 1 проводят разделение нептуния и плутония на анионите, содержащем 1,5 мас.% платины. Гидразин берут в концентрации 0,1 М. В этих условиях содержание плутония в образцах очищенного нептуния составляет 8 10^-3 мас.%.
П р и м е р 3. По примеру 1 проводят разделение нептуния и плутония на анионите, содержащем 1 мас.% платины. Гидразин используют в концентрации 0,05 М. В этих условиях содержание плутония в очищенных образцах нептуния составляет 9,4 10^-3 мас.%.
Использование предлагаемого способа разделения нептуния и плутония обеспечивает по сравнению с известным способом (базовым объектом) следующие технико-экономические преимущества:
Достигается упрощение процесса разделения за счет исключения стадии предварительного восстановления нептуния и плутония до четырех- и трехвалентного состояния;
В 1,5-2 раза сокращается объем растворов, подлежащих дополнительной очистке и регенерации вследствие уменьшения числа стадий процесса.
В процессе исключается использование аскорбиновой кислоты, которая является ценным реактивом, получаемым из пищевого сырья.
Описываемый способ может найти применение в аналитической практике разделений и других актиноидных металлов, например тория и плутония, плутония от нептуния и тория.