СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ РУТЕНИЯ ИЗ ОБЛУЧЕННОГО ТЕХНЕЦИЯ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕГО СОБОЙ СПЛАВ ТЕХНЕЦИЯ И РУТЕНИЯ Tc-Ru
METHOD FOR EXTRACTING RUTHENIUM FROM IRRADIATED TECHNETIUM REPRESENTING ALLOY OF TECHNETIUM AND RUTHENIUM Tc-Ru

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в химической технологии и препаративной химии.
Долгоживущий изотоп Тс-99, накапливающийся в значительном количестве в отработанном топливе атомных электростанций, является одним из наиболее проблемных компонентов радиоактивных отходов. Он обладает опасно высокими миграционными способностями в атмосфере и природных водах. Наиболее перспективным способом переработки технеция является трансмутация (сжигание в ядерных реакторах). При этом Тс-99 переходит в стабильные изотопы рутения. Основными потребителями рутения являются электронная и электротехническая промышленность. Крупномасштабная трансмутация технеция в сочетании с промышленной очисткой получаемого рутения от невыгоревшего технеция могла бы полностью удовлетворить современные потребности на этот платиноид.
4
4
2
4
4
4
Известен способ очистки препарата рутения от технеция [Патент РФ №2266871]. В этом способе растворение сплава Tc-Ru производят в 2,0 моль/л КОН в присутствии 0,4 моль/л КIO при Т=70÷80°С. Затем из полученного раствора осаждают гидроксид рутения, далее осадок гидроксида отделяют от маточного раствора, промывают водой и снова растворяют в 2,0 моль/л КОН с избытком КIO при Т=70÷80°С, получая раствор рутената калия. На следующей стадии процесса производят корректировку кислотности раствора (рН) добавлением НSO, получая в итоге раствор рутената калия со значением рН=1÷7 с избытком KIO. Этот раствор нагревают до Т=50÷60°С и отгоняют образующийся RuO в щелочной раствор с дальнейшим переводом в оксид рутения и восстанавливают оксид до металла в токе чистого водорода.
Недостатком способа является образование значительного количества осадков на стадии растворения сплава Tc-Ru. На этой стадии происходит каталитическое разложение окислителя, вследствие чего требуется периодическое внесение в раствор свежих порций метапериодата калия. В результате в процессе растворения сплава образуется большое количество осадка (продукты разложения метапериодата калия). Кроме того, при проведении операции корректировки кислотности раствора рутената до оптимальной величины (рН=1÷7) при добавлении в раствор рутената калия серной кислоты также образуется значительное количество осадка. Осадки необходимо отделять от растворов, содержащих растворенные Тc и Ru, и промывать, что значительно усложняет работу и увеличивает количество радиоактивных отходов.
Другим недостатком является взрывоопасность процесса восстановления оксида рутения, который проводится в токе чистого водорода.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества радиоактивных отходов, образующихся в процессе выделения рутения, и взрывобезопасности этого процесса.
4
Для решения этой задачи в способе выделения рутения из облученного технеция, представляющего собой сплав технеция и рутения Tc-Ru, включающем растворение сплава Tc-Ru, отделение фракции рутения в виде гидроксида, перевод отжигом гидроксида рутения в оксид рутения RuO и восстановление его до металла в водородом, растворение сплава ведут в растворе кислоты в присутствии катализатора при барботировании через раствор озон-кислородной или озон-воздушной смеси, а восстановление оксида рутения до металла проводят в токе смеси водород-инертный газ.
В качестве катализатора используют соли серебра Ag(I) либо соли кобальта Со(II).
3
4
Растворяют сплав Tc-Ru в растворе НNО или НСlO, содержащем в качестве катализатора соли серебра Ag(I).
3
4
2
Растворяют сплав Тс-Ru в растворе НNО, HClO, или HSO, содержащем соли кобальта Со(II).
4
4
Отделяют фракцию рутения в виде гидроксида рутения при растворении сплава Tc-Ru путем отгонки образующегося RuO в щелочной раствор, с последующим осаждением гидроксида рутения, промывкой, суспензированием его в воде, повторной отгонкой RuO в щелочной раствор барботированием суспензии озон-кислородной или озон-воздушной смесью и повторным осаждением из щелочного раствора.
4
После осаждения гидроксида рутения, его отделения и промывки водой производят вторую отгонку RuO барботированием озон-кислородной или озон-воздушной смеси через суспензию гидроксида рутения в воде.
2
Восстановливают RuO в токе смеси "водород-инертный газ".
3
4
3
4
2
4
Образец сплава Tc-Ru помещали в раствор НNО или HClO с Ag(I) (раствор НNО, HClO или НSO с Со(II)), затем через раствор барботировали озон-кислородную или озон-воздушную смесь. Озон достаточно быстро окисляет Ag(I) (или Со(II)):
+
3
2
2
2Ag(I)+2H+O→2Ag(II)+HO+O
или
+
3
2
2
2Co(II)+2Н+О→2Со(III)+НО+O.
4
4
3
4
2
4
4
4
4
4
Образующиеся при действии озона Ag(II) (или Со(III)) окисляют компоненты сплава - металлические Тc и Ru, переводя их в раствор. Продукты окисления сплава НТсO и RuO хорошо растворимы в НNO, HClO и НSO, поэтому в условиях данного процесса образования осадков не происходит. Одновременно с растворением сплава легколетучий RuO и некоторая часть НТсO (также легколетучего соединения) потоком барботируемого газа отгоняется в раствор щелочи (КОН или NaOH), где RuO восстанавливается до рутената натрия, а НТсO нейтрализуется, образуя пертехнетат натрия.
На следующей стадии процесса из полученного раствора добавлением этилового спирта осаждают гидроксид рутения, затем мелкодисперсный осадок гидроокиси отделяют от раствора и промывают водой до тех пор, пока у промывных растворов не будет достигнут рН=6-7.
4
2
Для осуществления следующей операции осадок переносят в воду и барботируют озон-кислородную смесь через образовавшуюся суспензию гидроксида рутения в воде. Гидроксид рутения озоном окисляется до RuO, который потоком барботируемого газа отгоняется в раствор NaOH, где восстанавливается до рутената натрия. Далее из полученного раствора рутената натрия добавлением этилового спирта осаждают гидроксид рутения, осадок отделяют от раствора, просушивают и переводят в RuO отжигом на воздухе.
С целью обеспечения взрывобезопасности процесса восстанавление оксида рутения до металла проводится в токе гелий-водородной смеси.
№ п/п
Операции и режимы
1
Растворение сплава Tc-Ru в 6 моль/л растворе НNО<sub>3</sub> (или 6 моль/л НСlO<sub>4</sub>), содержащем 3 моль/л Ag(I), при барботировании через раствор озонокислородной смеси; одновременная отгонка образующегося при растворении RuO<sub>4</sub> в 3 моль/л NaOH
2
Осаждение гидроксида рутения этиловым спиртом, промывка гидроксида рутения водой
3
Отгонка RuO<sub>4</sub> в 3 моль/л NaOH барботированием озон-кислородной смеси через суспензию гидроксида рутения в воде
4
Осаждение гидроксида рутения этиловым спиртом, промывка водой до рН=7
5
Перевод гидроксида рутения в RuО<sub>2</sub> отжигом на воздухе при Т=600°С в течение 1 ч
6
Восстановление RuO<sub>2</sub> в токе гелий-водородной смеси (содержание Н<sub>2</sub> 5 об.%) при Т=600°С в течение 2 ч
Пример
4
Образцы облученного металлического технеция представляли собой сплав, содержащий 81% технеция и 19% рутения. Содержание озона в озон-кислородной смеси составляло 2,1 об.%. Все операции по растворению сплава Tc-Ru и отгонке RuO проводили при 25±3°С. Операции и режимы процесса выделения рутения представлены в таблице.