Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Как и во всех процессах с участием плутония, в результате анионного обмена получаются загрязненные отходы. Смола не извлекает весь плутоний из раствора, а потому растворы азотной кислоты всегда содержат небольшие количества плутония после процесса анионного обмена. Поэтому загрязненные потоки из колонки
Рис. 1. Система обработки азотной кислотой
Раствор 7 M азотной кислоты
Шарики из смолы Reillex™ HPQ
Анионный гексанитрат Pu(IV) Pu(NO3)32
Катионные узлы
Элюент направляется в сборный бак.
Для образования осадка Pu2(C2O4)3 добавляют щавелевую кислоту. После прокаливания осадка при 600 0C получают чистый диоксид плутония
Аппарат для выпаривания Загрязненные элюенты, вытекающие из колонки и сборных баков, выпаривают. Сухой остаток цементируют и направляют на захоронение на 03И0. Перегнанная из верхней части испарителя жидкость направляется на площадку ТА-50
Сборный бак, используемый на площадке ТА-50
В сборных баках на площадке ТА-50 производится осаждение остаточных радионуклидов, удаление их из раствора, цементирование и захоронение как трансурановых отходов. Отработавший раствор сливается
и сборных баков направляют в испаритель. Сухой остаток, в котором содержится большая часть остаточного плутония, другие актиноиды и элементы примесей, цементируют и удаляют как трансурановые отходы.
Однако конденсирующийся пар из испарителя все еще радиоактивен, его активность составляет около 6 • IO-5 кюри на литр (Ки/л). Эту подвергшуюся перегонке жидкость направляют по трубе в сборные баки на площадке ТА-50, где
Number 26 2000 Los Alamos Science
443
Видение переработки плутония, безопасной для окружающей среды
ее обрабатывают флокулянтами, чтобы выделить все оставшиеся актиноиды. При активности менее 3 • IO-11 Ки/л поток выпускают в окружающую среду.
В течение нескольких десятилетий в Лос-Аламосе искали пути усовершенствования технологии обработки азотной кислотой и уменьшения опасных компонентов в потоке отходов. Например, поскольку некоторая часть плутония всегда остается сорбированной в анионообменной смоле, в конечном счете эту смолу также необходимо удалять как трансурановые отходы. В конце 80-х годов сотрудники Лос-Аламосской лаборатории совместно с предприятием Reilly Industries, Inc. разработали смолу Reillex™ HPQ. По сравнению с другими смолами смола HPQ лучше сорбирует плутоний. Она менее подвержена радио-литическому или химическому разложению в агрессивной азотно-кислой среде. Повышенная устойчивость этой смолы позволяет использовать ее без замены в сотнях циклов выделения плутония.
В начале 90-х годов началось использование современных спектроскопических методик для получения представления о плутонии в растворах азотной кислоты на молекулярном уровне. Результатом этих исследований при плодотворном сотрудничестве с Техасским техническим университетом явилась разработка двухфункциональных обменных смол, перспективных для дальнейшего усовершенствования анионообменного процесса с плутонием. Об этой научно-исследовательскойработерасска-зывается в статье Марша и др. на с. 456.
В то же время поток жидких отходов, создаваемый в процессе обработки азотной кислотой, можно обрабатывать дополнительно. Например, в отходах, выгружаемых на площадке ТА-50, относительно высокое содержание нитратов. Вообще, они действуют как удобрение и могут неблагоприятно влиять на локальную экологию. He меньшее беспокойство вызывает то, что высокие концентрации нитратов в питьевой воде могут привести к заболеванию - мето-глобинемии - у грудных детей в возрасте до шести месяцев. Нитраты будут удаляться из выгружаемой жидкости с помощью выпаривания при повторном цикле, как это описано в одном из последующих разделов.
Пирохимическая обработка солей.
Для подготовки и очистки металлического плутония на площадке ТА-55 используются пирохимические процессы с участием расплавленных хлоридов кальция, калия и натрия. У этих методов имеются два достоинства - компактность используемого оборудования и быстрая кинетика реакций.
Диоксид плутония, образующийся на этапе обработки азотной кислотой, преобразуют в металлический плутоний с использованием пирохимического процесса, называемого прямым восстановлением оксида (ПВО). Как показано на рис. 2(a), диоксид плутония и металлический кальций вступают в реакцию в расплавленном хлориде кальция в тигле из оксида магния. Диоксид плутония восстанавливается с образованием металлического плутония, а побочный продукт оксид кальция остается растворенным в хлориде кальция. Затем оксид кальция превращается снова в хлорид кальция при барботировании газообразного хлора через расплавленную соль. После регенерации соли в тигель можно добавить диоксид плутония и металлический кальций, чтобы получить больше металлического плутония. Процедуру ПВО можно повторять несколько раз, прежде чем будет выделен металлический плутоний и тигель можно будет выбросить как трансурановые отходы.
Однако металлический плутоний, нарабатываемый в результате ПВО, не очень чистый, поскольку хлорид кальция всегда содержит следовые количества примесей, которые легко поглощаются плутонием. Металл можно хорошо очистить путем электролитического рафинирования, как показано на рис. 2 (б). К сожалению, у этого пирохимического процесса низкая производительность. Очищается лишь около 80% исходного металлического плутония. Остальные 20%, содержащие почти все примеси, поступают снова в азотную кислоту и потоки пирохимиче-ской обработки.
