Растворимость щелочноземельных продуктов деления в кислых растворах уранилнитрата
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
? осадкообразования следует иметь объективную информацию по растворимости нитратов щелочноземельных продуктов деления в зависимости от концентрации HNO3, а также нитратов продуктов деления (ПД). Ранее в литературе были опубликованы данные по растворимости нитратов бария и стронция, но эти данные являются неполными и представлены в неудобном для сопоставления виде [13, 14] (см. таблицы 5 - 7).
Таблица 5 - Температурная зависимость растворимости нитратов бария и стронцияв воде (г/100г H2O)
Tемпература,oC0102030405060708090100Ba(NO3)2, г/100г H2O5,07,09,21114172024273034Sr(NO3)2, г/100г H2O40-708890-939698100-
Таблица 6 - Температурная зависимость растворимости нитрата бария в тройной системе HNO3 - Ba(NO3)2 - H2O
t, oCHNO3, (NO3)2, %t, oCHNO3, (NO3)2, ,005925570,010,51610,010,012,5630,010,0125 0,009,40,010,010,528,4640,001,07,7300,00102,26,00,778,93,34,72,95,95,33,24,44,47,92,05,93,3101,57,42,6160,808,82,0200,49121,4250,35120,79300,26220,50330,20220,51400,15270,33
Таблица 7 - Температурная зависимость растворимости нитрата стронция в тройной системе HNO3 - Sr(NO3)2 - H2O
t, oCHNO3, %Sr(NO3)2, %t, oCHNO3, %Sr(NO3)2, 0,00412512278,828132513212114181725101915325,02114334,521143,43,4259,42,22,2278,21,41,4324,4500,0035392,05,038250,004712401,94123144,438336,06,335412,47,433461,21029630,07
В работе [15] представлены систематические данные по растворимости нитратов бария и стронция, в том числе при их совместном присутствии, в различных азотнокислых солевых системах и при различной температуре, при-чем они были пересчитаны в таком виде, в котором их можно сопоставлять между собой. Показано, что литературные и экспериментальные данные при перекрывании удовлетворительно совпадают между собой. Такие данные по остаточному содержанию нитратов бария и стронция в растворах азотной кислоты при различной температуре представлены в таблице 8.
Таблица 8 - Сводные данные по растворимости Ba(NO3)2 и Sr(NO3)2 в растворах HNO3 при различной температуре
HNO3, моль/лРастворимость солей (моль/л) в растворах HNO3 при температуре (оС)Ba(NO3)2Sr(NO3)225509025509000,390,621,073,403,47*3,500,50,200,350,752,753,153,2510,110,220,482,502,822,9920,050,10,241,922,22,4030,0360,0510,1021,451,711,8850,0100,0240,0440,690,810,9570,0080,0130,0200,220,260,3680,0070,009-0,0850,200,1890,0050,00620,011-0,100,11120,00070,00100,00400,0070,01450,025140,00020,000430,00081-0,00460,00516-0,000160,00026--0,001
Были проведены также исследования по соосаждению нитрата стронция с избытком бария в водной среде. В результате было выявлено, что с ростом кислотности соосаждение нитрата стронция с избытком бария быстро убывает вплоть до полного отсутствия такового, однако при концентрации азотной кислоты выше 7 моль/л оно, судя по экспериментальным данным, возникает вновь. Напротив, в области средних кислотностей наблюдается соосаждение нитрата бария с нитратом стронция, причем нитрат стронция брали с избытком 15% сверх растворимости в данных условиях при переменном содержании нитрата бария. Как показали эти исследования, концентрация нитрата стронция не опускается ниже уровня его растворимости, и, судя по убыли его из раствора, в осадок переходит монотонный ряд его твердых растворов, где избыток Sr над Ba тем выше, чем ниже концентрация кислоты и исходная концентрация Ba(NO3)2. Характерно, что при концентрации азотной кислоты 7 моль/л может происходить инверсия состава с преобладанием в осадке Ba над Sr, что позволяет высказать предположение о схожести форм нитратов Ba и Sr в области высокой кислотности.
Для оценки взаимного влияния азотной кислоты и нитратных солей на осаждение нитрата бария были изучены равновесия в четырехкомпонентных системах NH4NO3 - HNO3 - Ba(NO3)2 - H2O и La(NO3)3 - HNO3 - Ba(NO3)2 - H2O. Было доказано, что зависимости, полученные при постоянной концентрации нитрата аммония и возрастающей концентрации азотной кислоты характеризуются снижением растворимости Ba(NO3)2 и располагаются симбатно основной кислотной зависимости, начинаясь при соответствующей концентрации нитрата аммония с нулевой кислотностью.
1.6 Осадкообразование на стадии кристаллизации уранилнитрата.
Кристаллизация уранилнитрата после растворения ОЯТ может быть использована как часть гидрометаллургической переработки ОЯТ реакторов на быстрых нейтронах. Этот процесс переработки получил название NEXT-процесс (New Extraction System for TRU Recovery (рисунок 4) [16]
Рисунок 4 - Принципиальная схема NEXT-процесса
Эта технология основана на изменении растворимости уранилнитрата в зависимости от температуры и кислотности раствора, что позволяет извлечь большую часть урана в виде кристаллов гексагидрата уранилнитрата из высококонцентрированного раствора ОЯТ до экстракционной переработки. В ходе процесса выделяется порядка 70-80% урана.[17].
Было изучено поведение некоторых продуктов деления, таких как Cs, Ba и т.д., в процессе кристаллизации урана. Так же был разработан процесс очистки кристаллов гексагидрата уранилнитрата [18]. В ходе кристаллизации Ba и Cs образуют твердые формы, которые выпадают в осадок совместно с кристаллизацией уранилнитрата, как стронций примущественно остается в растворе. Цезий осаждается в виде Cs2Pu(NO3)6, а барий осаждадется в виде Ba(NO3)2. Такие осадки не могут быть отделены простой промывкой или фильтрацией, однако их отделение возможно пользуясь разницей в температурах плавления уранилнитрата и образующихся твердых форм с последующим отделением расплава гексагидрата уранилнитрата фильтрацией.
Для построения такого процесса необходимо иметь систематические даные по растворимости щелочноземельных продуктов деления в кислых растворах уранилнитрата, однако ранее опубликованные в литературе данные являются неполными и представлены в неудобном для сопоставления виде и требуют преобразования. Эти данные представлены в таблице 9 [14].
Таблица 9 - Литературные данные по раст