СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ПУЛЬПЫ
METHOD OF DISSOLVING SILICON-CONTAINING PULP

Изобретение относится к области переработки и обезвреживания высокоактивных пульп и может быть использовано на радиохимических производствах.
При экстракционной переработке отработанного ядерного топлива (ОЯТ) атомных реакторов получаются азотнокислые растворы, содержащие нерастворимые взвеси и осадки, количество и состав которых зависит от степени выгорания ядерного топлива, условий его растворения и переработки. Осадок (пульпа) содержит химические соединения кремниевой кислоты с алюминием, натрием, плутонием, ураном и осколочными элементами.
Перед захоронением плутоний и уран из пульпы извлекают. Основное количество урана извлекается на стадии промывки пульпы азотной кислотой. Производственный опыт показывает, что извлечение плутония путем промывки пульпы растворами азотной кислоты неэффективно. При концентрации азотной кислоты в промывных растворах 1,0…7,0 моль/л извлекается 2,1…17,5 мас.% плутония. Применять более концентрированные растворы азотной кислоты нельзя из-за опасности окисления со взрывом следов экстрагента, присутствующих в пульпе.
Плутоний, входящий в состав пульпы, химически связан с кремнийсодержащими соединениями. Для растворения плутония необходимо первоначально растворить кремнийсодержащие соединения пульпы. Растворение кремниевой кислоты может быть осуществлено либо сплавлением с натриевой щелочью, либо смешиванием с раствором натриевой щелочи.
Например, известен способ растворения кремнезема (полимеризованной кремниевой кислоты), включающий сплавление с натриевой щелочью с последующим растворением плава в растворе азотной кислоты [Айлер Р. Химия кремнезема: пер. с англ. - М.: Мир, 1982. ч.1, с.142-143]. Недостаток способа состоит в том, что пульпу сначала необходимо высушить. Это резко усложняет процесс.
Известен способ растворения кремниевой кислоты в растворах 0,1…2,0 N NaOH при температурах (40-60)°С [Дмитриевский Г.Е., Мартынова Л.Г. Антошенко Е.И., Лукомская З.Т. - ЖПХ, 1971, т.11, с.2381-2386]. Данный способ взят за прототип. Способ не позволяет полностью растворить кремниевую кислоту, однако даже ее частичное растворение позволяет резко увеличить степень растворения плутония.
Недостаток способа применительно к растворению плутония в пульпе состоит в низкой степени его растворения. Кроме того, без перемешивания этот способ не позволяет вскрыть пульпы, находящиеся на дне аппарата.
Задачей изобретения является растворение полученной после переработки ОЯТ пульпы, обеспечивающее без перемешивания и нагревания пульпы высокую степень растворения плутония.
Поставленную задачу решают тем, что в способе переработки кремнийсодержащей пульпы, включающем растворение кремниевой кислоты в растворе щелочи, к пульпе приливают раствор натриевой щелочи плотностью выше плотности пульпы и полученную щелочную пульпу обрабатывают азотной кислотой.
Растворение кремнийсодержащей пульпы проводят раствором с концентрацией натриевой щелочи не менее 5,0 моль/л.
В лабораторных условиях проводили испытания известного и предлагаемого способов растворения кислой кремнийсодержащей пульпы.
Опыт №1. Для реализации известного способа к производственной пробе высокоактивной кремнийсодержащей пульпы прилили щелочной раствор с концентрацией натриевой щелочи, равной 1,25 моль/л, и перемешали. Опыт проводили при температуре 40°С.
В опытах №2-5 использовали более концентрированные щелочные растворы плотностью выше плотности пульпы. Опыты проводили при комнатной температуре и без перемешивания. В результате опытов №№2-5 было обнаружено, что из-за большей плотности раствор щелочи вытеснил пульпу с образованием двухфазной системы: снизу находился раствор щелочи, а сверху - пульпа. Сначала пульпа вела себя как единое целое. В процессе последующей выдержки составляющие пульпу отдельные частицы в результате гравитационной седиментации, проходя через слой щелочного раствора, опускались вниз. Благодаря этому достигался требуемый результат - происходило взаимодействие твердой фазы пульпы со щелочью, причем взаимодействие без принудительного перемешивания и нагревания.
Полученные в результате опытов №№1-5 пульпы выдерживали в течение суток, затем декантировали. Полученные декантаты проанализировали на содержание кремния. В таблице представлены результаты степени растворения кремния.
Осадки гидроксидов растворили в азотной кислоте. Полученные азотнокислые растворы проанализировали на содержание плутония. В таблице представлены результаты степени растворения плутония.
Зависимость степени растворения кремния и плутония от концентрации натриевой щелочи
[NaOH], моль/л
Степень растворения %
Опыт
кремния
плутония
1 (прототип)
1,25
4,1
62,9
2
5,0
69,2
94,0
3
10,0
72,1
94,7
4
15,0
82,8
95,4
5
19,3<sup>∗</sup>
87,3
96,5
<sup>∗</sup>значение концентрации NaOH, равное ее растворимости в воде при 20°С
Результаты, представленные в таблице, показывают, что при растворении кремнийсодержащей пульпы по известному способу степень растворения кремния и плутония составляет соответственно 4,1 и 62,9%. По предлагаемому способу при обработке кремнийсодержащей пульпы степень растворения кремния составила 69,2…87,3%, плутония 94,0…96,5%.
Таким образом, по предлагаемому способу достигается более высокая степень растворения плутония в процессе переработки кремнийсодержащей пульпы. Кроме того, предлагаемый способ упрощает процесс растворения, так как не требует нагревания и перемешивания.