Obtaining Nitric Acid Solutions of Uranyl at Deficiency of NO₃^– Anions

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Растворы уранила с дефицитом нитрат-ионов получают в процессе растворения оксидов урана азотной кислотой, выделившейся за счет гидролиза нитрата уранила до гидроксонитрата уранила. Азотнокислые растворы уранила, содержащие дефицит анионов NO₃ ^–, используют при импрегнировании урана в пористые графитовые заготовки с целью получения уран-графитовых тепловыделяющих элементов (твэлов) при получении микросфер в золь–гель-технологии для получения керамического топлива [1].

В книге Г. Сиборга [2] указано, что «растворы солей уранила являются настоящими кислотами, поэтому в водных растворах солей уранила могут быть растворены большие количества UO₃».

Изучению гидролиза уранил-иона посвящено достаточно много работ [1–9], но результаты этих работ в некоторой степени противоречивы. Считают, что существуют такие продукты гидролиза, как U₂O₅ ²⁺, U₃O₈ ²⁺, UO₂(OH)⁺, U₃O₈(OH)⁺, U₃O₈(OH)₂, U₃O₈(OH)₃ ^– и другие.

В работе Ж. Саттона, цитируемой в книге [3], в целях изучения гидролиза измеряли рН растворов UO₂(ClO₄)₂, которые титровали щелочью (NaOH) или кислотой (HClO₄), а также исследовали влияние гидролиза на спектр UO₂ ²⁺. Кривая титрования имеет ряд изломов, указывающих на образование нескольких гидролизованных форм в растворе. По мнению Ж. Саттона, первая стадия гидролиза с образованием UO₂OH⁺ отсутствует, и в растворе сразу образуются полимеры U₂O₅ ²⁺ и U₃O₈ ²⁺ по уравнениям (1) и (2):

2UO₂ ²⁺ + H₂O = U₂O₅ ²⁺ + 2H⁺, (1)

U₂O₅ ²⁺ + UO₂ ²⁺ + H₂O = U₃O₈ ²⁺ + 2H⁺. (2)

Ж. Саттон также представил доказательства существования тримера согласно уравнению (3)

U₃O₈ ²⁺ + H₂O = U₃O₈(OH)⁺ + H⁺ (3)

и нейтральных или отрицательно заряженных полимеров U₃O₈(OH)₂ и U₃O₈(OH)^–.

Ж. Хирн и А. Уайт [4], проведя особенно тщательное измерение рН растворов UO₂(ClO₄)₂, наряду с U₂O₅ ²⁺ обнаружили существование формы UO₂OH⁺, не замеченной Ж. Саттоном и другими исследователями.

Н. Комарь и З. Третьяк спектрофотометрическим методом показали [5], что при рН > 3 в результате реакции гидролиза может также в незначительных количествах возникать ион UO₂OH⁺ по уравнению (4):

UO₂ ²⁺ + H₂O = UO₂(OH)⁺ + H⁺. (4)

Н. Комарь и З. Третьяк нашли для константы гидролиза значение 8.3 × 10^–5, которое лишь немного отличается от величины 8.1 × 10^–5, полученной В. Харрисом и И. Кольтгофом с применением полярографического метода [3].

С. Брусиловский изучал схему гидролиза уранил-иона путем потенциометрического титрования растворов уранила щелочью. Автором было найдено [3], что при прибавлении щелочи, когда отношение OH^–/UO₂ ²⁺ в растворе меняется от 0 до 1 (при концентрации урана от 0.1 до 1.0 × 10^–5 моль/л), уранил-ион переходит преимущественно в UO₂(OH)⁺. При дальнейшем прибавлении щелочи, после соотношения OH^–/UO₂ ²⁺ = 1, начинается процесс конденсации, в растворе возрастает количество полимерных однозарядных ионов типа UO₂(UO₃) _nOH⁺. Образование ионов типа U₂O₅ ²⁺ и U₃O₈ ²⁺ в этой области, как считает автор, практически не имеет места. При соотношении OH^–/UO₂ ²⁺ от 1 до 1.4–1.6 наступает область метастабильных коллоидных растворов, где полимеры UO₂(UO₃) _nOH⁺ неустойчивы и переходят в коллоидную форму гидроксида уранила; коллоиды постепенно разрушаются с осаждением UO₃⋅nH₂O. При соотношении OH^–/UO₂ ²⁺ от 1.4–1.6 до 1.9–2.0 идет осаждение гидроксида уранила, и при дальнейшем прибавлении щелочи начинается переход гидроксида в уранаты и полиуранаты.

Из этих данных можно сделать вывод, что в азотнокислых растворах уранила максимальная степень дефицита NO₃ ^– (или дефицита азотной кислоты, если учитывать ее расход на перевод гидроксонитрата уранила UO₂(OH)NO₃ в нитрат уранила) достигается при образовании UO₂(OH)⁺. При соотношениях OH^–/UO₂ ²⁺ > 1 в растворе происходит полимеризация UO₂ ²⁺ с образованием полимеров UO₂(UO₃)_nOH⁺, переходящих в коллоидную форму.

В патенте [6] описан способ приготовления концентрированных анион-дефицитных растворов солей уранила: нитратов, хлоридов и сульфатов. В основу способа применительно к нитратам положено растворение оксидов урана, описываемое уравнениями (5) и (6):

2UO₂ + 5HNO₃ → 2[UO₂(NO₃)_1.5(OH)_0.5] +

+ 2H₂O + NO↑ + NO₂↑, (5)

2U₃O₈ + 11HNO₃ → 6[UO₂(NO₃)_1.5(OH)_0.5] +

+ 4H₂O + NO↑ + NO₂↑. (6)

Растворение оксидов урана по уравнениям (5) и (6) приводит к получению анион-дефицитных растворов уранила. По данным [6] растворимость урана в растворе, полученном по уравнению (6), составила 3.14 моль/л, плотность раствора – 1.965 г/см³ (20.6°С), мольное отношение NO₃^–/U – 1.44.

Известен способ приготовления анион-дефицитных растворов [7] растворением оксидов урана в разбавленной азотной кислоте, количество которой определяли в расчете на получение в растворе мольного отношения нитрат-иона к урану, равного 1.5. При растворении U₃O₈ в растворе азотной кислоты при мольном отношении HNO₃/U₃O₈, равном 5.5, был получен раствор с [U] = 2.82 моль/л, плотность раствора 1.866 г/см³ (21°С).

Известен способ приготовления анион-дефицитных растворов растворением оксидов урана в водном растворе нитрата тория [8]. Полученные подобным образом растворы при добавлении уротропина и мочевины могут быть использованы для производства микросферического керамического топлива золь–гель-методом.

Известен способ растворения некондиционного и отработавшего ядерного топлива в водных растворах нитрата или хлорида железа [9] за счет кислоты, выделившейся в процессе гидролиза соли. Достоинство данного способа заключается в исключении использования концентрированных растворов азотной кислоты.

Применительно к технологии переработки химических концентратов природного и регенерированного урана использование анион-дефицитных растворов гидроксонитрата уранила общей формулы UO₂(NO₃)_x(OH)_2–x за счет более высокой растворимости U в этих растворах ([U] = 3.14 моль/л = = 747.3 г/л при 20.6°С [6]) в сравнении с растворами нитрата уранила позволит увеличить производительность оборудования, применяемого для переработки концентратов (оксидов) урана. Однако в рассмотренных работах не было обнаружено каких-либо сведений о скорости растворения оксидов урана в растворах нитрата уранила и о зависимости растворимости урана в азотнокислых анион-дефицитных растворах от температуры.

В настоящей работе исследовано растворение оксидов урана с получением анион-дефицитных растворов уранила, определены растворимость урана в этих растворах в зависимости от температуры растворов, а также скорость растворения оксидов урана в растворах нитрата уранила.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследование растворения UO₂, UO₃ и U₃O₈ в азотной кислоте

Растворение UO₂ и UO₃. В переработку на начальную стадию аффинажа поступают химические концентраты природного урана (ХКПУ) в виде диоксида урана, октаоксида триурана или оксиды, имеющие промежуточный состав. Часть поставок исходного уранового сырья приходится на регенерированный уран в виде UO₃.

Растворение UO₃ в азотной кислоте происходит без образования нитрозных газов, а растворение UO₂ или U₃O₈ в растворе HNO₃ сопровождается выделением нитрозных газов по уравнениям, приведенным в табл. 1. Причем чем выше степень восстановления азота из кислоты, тем меньше расход HNO₃ в пересчете на г U.

Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что расход HNO₃ на растворение UO₃ [уравнение (9)] меньше, чем на растворение UO₂ [уравнения (7), (8)] и U₃O₈ [уравнения (10), (11)].

Таблица 1. Уравнения реакций растворения оксидов урана и стехиометрические расходы азотной кислоты при их растворении

В лабораторных условиях провели растворение UO₂ (опыты 1 и 2) и UO₃ (опыт 3) в растворах HNO₃ с получением анион-дефицитных растворов нитрата уранила. Режимы растворения приведены в табл. 2; они выбраны исходя из задачи подтвердить возможность получения анион-дефицитных растворов уранила с максимальной [U], полученной авторами публикаций [6, 7].

В опытах 1 и 2 растворяли UO₂ (порошок черного цвета) в растворе 6 моль/л HNO₃ при температуре 80°С, а в опыте 3 – UO₃ при температуре 95°С. После полного растворения оксидов урана полученные растворы охлаждали до комнатной температуры и анализировали на содержание HNO₃ и U. Содержание урана и азотной кислоты в пробах (здесь и в последующих опытах) определяли комплексонометрическим [10] и потенциометрическим [11] методами соответственно. Дефицит HNO₃ определяли введением добавки раствора 1.0 моль/л HNO₃ к отобранной аликвоте с переводом гидроксонитрата уранила в нитрат уранила и по найденной [HNO₃] рассчитывали дефицит HNO₃. Значение дефицита HNO₃ (как и дефицита по анионам NO₃^–) показывали со знаком минус.

Результаты определений, пересчитанные на исходные объемы полученных от растворения растворов урана, представлены в табл. 2.

Таблица 2. Состав растворов, полученных при растворении оксидов урана в растворах HNO₃

Примечания:

1. Стехиометрические расходы HNO₃ для растворения UO₂ по уравнению (8), UO₃ по уравнению (9) и U₃O₈ по уравнению (10) равны 0.706, 0.529 и 0.706 (г HNO₃)/(г U) соответственно (см. табл. 1).
2. В опытах 1 и 2 растворы не кристаллизовались при комнатной температуре.
3. В опыте 3 раствор частично закристаллизовался, определили состав маточного раствора.
4. Расход HNO₃/U определяли отнесением массы HNO₃, принятой на растворение, к массе U в навеске оксида урана (без учета HNO₃, появившейся в процессе гидролиза уранил-ионов).

Результаты исследований, приведенные в табл. 2, показывают, что в опытах 1 и 2 при снижении расхода HNO₃ ниже 0.706 г на г U, соответствующего уравнению (8) (табл. 1), получаются анион-дефицитные растворы урана. При этом с уменьшением расхода HNO₃ величина дефицита анионов NO₃ ^– увеличивается.

Следует отметить, что уран в форме гидроксонитратов в полученных растворах не кристаллизовался при комнатной температуре, т.е. растворимость урана (651.6 и 772.1 г/л) в анион-дефицитных растворах была выше растворимости нитрата уранила (для сравнения: растворимость нитрата уранила, как будет показана ниже, составляет 620 г/л по U при 25°С).

В опыте 3 растворение UO₃ (регенерированного урана) проходило по уравнению (9) (табл. 1).

Растворение UO₃ (порошок оранжевого цвета) проводили с расходом, обеспечившем получение раствора с дефицитом анионов NO₃ ^–. Опыт проводили так же, как и опыты 1 и 2, однако после охлаждения из раствора выпали кристаллы гидроксонитратов уранила состава UO₂(NO₃) _x(OH)_2–x. Состав маточного раствора приведен в табл. 2.

Расход HNO₃ на растворение UO₃ составил 0.35 г HNO₃ на г U (табл. 2), что значительно меньше стехиометрического расхода HNO₃ на растворение UO₃ (0.529 г HNO₃ на г U, табл. 1).

Результаты проведенных опытов показывают, что с увеличением в азотнокислых растворах уранила дефицита анионов NO₃ ^– (или дефицита азотной кислоты, если учитывать ее расход на перевод UO₂(NO₃)_x(OH)_2–x в нитрат) растворимость урана растет. Если при температуре 25°С максимальная растворимость нитрата уранила составила по урану 620 г/л, то при дефиците HNO₃, равном –65 г/л, растворимость по урану увеличилась до 881.9 г/л, что значительно выше растворимости U, приведенной в публикациях [6, 7]. Это доказывает, что гидроксонитраты уранила общей формулы UO₂(NO₃) _x(OH)_2–x имеют более высокую растворимость, чем нитрат уранила.

По результатам проведенных экспериментов можно сделать вывод о том, что, устанавливая удельный расход HNO₃ ниже стехиометрических значений, полученных из уравнений (7)–(11) (табл. 1), можно получать растворы гидроксонитратов уранила с дефицитом нитрат-ионов, в которых растворимость урана выше, чем в азотнокислых растворах нитрата уранила.

Растворение U₃O₈. В опытах растворяли U₃O₈ (порошок черного цвета с содержанием урана 84.0 мас%). Гранулометрический состав U₃O₈: более 0.064 мм – 3.87 мас%, менее 0.064 мм – 96.13 мас%. Цель опытов состояла в получении анион-дефицитных растворов гидроксонитратов уранила с более высокой [U].

Опыты проводили по следующей методике.

Раствор азотной кислоты помещали в коническую колбу, снабженную дефлегматором. Колбу нагревали на плитке до кипения раствора. Далее с колбы снимали дефлегматор, в раствор вводили 10.0 г U₃O₈, снова на колбу устанавливали дефлегматор и кипятили раствор до полного растворения порошка U₃O₈. Далее раствор охлаждали до комнатной температуры 25°С и анализировали на содержание HNO₃ и U.

Провели две серии опытов, отличавшихся [HNO₃] в исходных растворах: 300 г/л (4.8 моль/л) и 360 г/л (5.7 моль/л). Результаты опытов приведены в табл. 3 и на рис. 1.

Таблица 3. Составы растворов, полученных при растворении U₃O₈ в растворах HNO₃

Рис. 1. Зависимость состава полученного раствора от соотношения HNO₃/U на операции растворения U₃O₈ в растворе c [HNO₃] = 300 г/л.

Из данных, представленных в табл. 3 и на рис. 1 (в первой серии в опытах 1–4 для растворения U₃O₈ использовали раствор с [HNO₃] = 300 г/л), видно, что снижение расхода HNO₃ в пересчете на 1.0 г U с 2.12 до 1.69 мл приводит к увеличению [U] до 1032.95 г/л (4.34 моль/л) и снижению [HNO₃] в растворах вплоть до получения растворов с дефицитом HNO₃, равным –117.0 г/л (1.86 моль/л). При этом продолжительность полного растворения порошка U₃O₈ увеличилась с уменьшением расхода HNO₃, но не превышала 8 мин.

Увеличение [HNO₃] в исходном растворе с 300 до 360 г/л во второй серии опытов привело к снижению дефицита HNO₃ в полученных растворах и [U].

При этом расход HNO₃/U (г/г), найденный как сумма расхода HNO₃, присутствующей в исходном растворе, и HNO₃, образующейся в процессе гидролиза уранила, менялся незначительно в обеих экспериментальных сериях.

Таким образом, полученные результаты показали, что растворение U₃O₈ в условиях дефицита HNO₃ позволяет получать растворы с [U] до 1032.95 г/л при условии достижения глубокого дефицита HNO₃: ‒117.10 г/л (или по NO₃ ^‒ ‒115.1 г/л), что значительно превосходит показатели, опубликованные в работах [6, 7].

Изотермы растворимости UO₂(NO₃)_x(OH)_2–x в растворах азотной кислоты

Знание изотермы растворимости гидроксонитратов уранила общей формулы UO₂(NO₃)_x(OH)_2–x позволяет максимально поднять [U] в анион-дефицитных растворах (это позволит значительно уменьшить объемы технологических аппаратов) и одновременно исключить опасность кристаллизации гидроксонитратов уранила в технологических аппаратах и безопасно вести технологические процессы.

Для установления зависимости растворимости гидроксонитратов уранила в растворе уранила от дефицита HNO₃ (или дефицита нитрат-ионов) были проведены опыты по растворению порошка U₃O₈. Полученный раствор гидроксонитратов уранила с дефицитом нитрат-ионов разделяли на несколько порций, в которые вводили концентрированную HNO₃ для получения растворов с заданной [HNO₃]. Полученные растворы первоначально охлаждали в криостате до появления кристаллов, затем поднимали температуру исследуемой порции раствора до заданной и выдерживали в криостате (термостате) при заданной температуре с периодическим перемешиванием кристаллов в маточном растворе встряхиванием в течение 1 ч. Далее в маточном растворе определяли [U] и [HNO₃].

Результаты представлены на рис. 2. По оси [HNO₃] значение 0.0 соответствует стехиометрическому содержанию кислоты при растворении нитрата уранила в воде.

Рис. 2. Изотермы растворимости UO₂(NO₃) _x(OH)_2–x в растворах азотной кислоты.

Из представленных на рис. 2 графиков следует, что с увеличением дефицита HNO₃ (или эквимолярного дефицита нитрат-ионов) относительно стехиометрического соотношения растворимость гидроксонитратов уранила общей формулы UO₂(NO₃) _x(OH)_2–x увеличивается. Это открывает возможность получать растворы с [U] > 600 г/л, которые при охлаждении до температуры 25°С не будут кристаллизоваться. Из рис. 2 также следует, если получать растворы с [U] до 600 г/л и дефицитом [HNO₃] –(0.5–1.0) моль/л, то эти растворы будут устойчивы при снижении температуры до 15°С.

Определим условия растворения оксидов урана UO₃ и UO₂ для получения раствора, не кристаллизующегося при температуре 15°С. Первоначально построим зависимость изменения состава растворов, полученных при растворении UO₃ и UO₂ в растворах следующего состава (г/л): 1 – [U] 500 и [HNO₃] 60; 2 –[U] 400 и [HNO₃] 20; 3 – [U] 450 и [HNO₃] 40.

На рис. 3 представлены экспериментально полученные зависимости (области существования растворов нитрата уранила, полученные при растворении оксидов урана в растворах 1, 2 и 3) и изотерма растворимости UO₂(NO₃) _x(OH)_2–x в растворах азотной кислоты для температуры 15°С (сплошная линия).

Рис. 3. Изотерма растворимости UO₂(NO₃) _x(OH)_2–x в растворах азотной кислоты и области существования растворов нитрата уранила. 1–3 – номера растворов (см. текст).

Из рис. 3 видно, что растворение UO₃ в растворе 3 ([U] 450, [HNO₃] 40 г/л) обеспечивает получение растворов, не кристаллизующихся при температуре 15°С (состав этих растворов обозначен на рис. 3 линией 3). Замена UO₃ на UO₂ дает растворы с более низкими [U] и [HNO₃], составы которых на рис. 3 расположены значительно ниже изотермы растворимости UO₂(NO₃) _x(OH)_2–x.

Таким образом, если растворение оксидов урана проводить в растворе с [U] 450, [HNO₃] 40 г/л, то до [U] ≈ 700 г/л будут получаться растворы, устойчивые к кристаллизации до температуры 15°С.

Для практики представляет интерес состав кристаллогидрата гидроксонитрата уранила, кристаллизующегося из раствора, полученного с дефицитом азотной кислоты (в сравнении с раствором нитрата уранила), т.е. распределение ионов NO₃ ^– и ОН^– в процессе кристаллизации.

Раствор гидроксонитрата уранила с дефицитом азотной кислоты получали частичным растворением U₃O₈ в растворе нитрата уранила, а последующую кристаллизацию кристаллогидрата гидроксонитрата уранила проводили путем охлаждения раствора. Опыт проводили в следующей последовательности. В конической колбе с дефлегматором нагревали до кипения 75 мл раствора нитрата уранила состава: [U] 454.0, [HNO₃] 12.1 г/л. Затем в него вносили 20 г U₃O₈. Раствор нитрата уранила нагревали до кипения и выдерживали при кипении в течение 15 мин.

После охлаждения пульпы до температуры 30°С пульпу разделяли фильтрацией. Получили исходный раствор объемом 45 мл с [U] 950.1 г/л, дефицит [HNO₃] –92.5 г/л, и осадок (U₃O₈) объемом 5 мл. Осадок растворили в концентрированной HNO₃. Получили 76 мл раствора с [U] 80.2 г/л.

Исходный раствор от растворения U₃O₈ выдерживали в течение 1 сут при температуре 18°С без перемешивания. Из раствора выпали кристаллы. Декантацией отделили от кристаллов 21.0 мл маточного раствора. Определили его состав: [U] 807.6 г/л, дефицит [HNO₃] –109.5 г/л.

Кристаллы растворили в воде. Получили 50 мл раствора состава: [U] 409.7 г/л, дефицит [HNO₃] –31.5 г/л.

Результаты определений представлены в табл. 4.

Таблица 4. Распределение U и HNO₃ в процессе кристаллизации гидроксонитрата уранила, полученного из раствора уранила с дефицитом азотной кислоты

Из данных, приведенных в табл. 4, следует, что в процессе кристаллизации гидроксонитрата уранила из раствора, полученного с дефицитом азотной кислоты (в исходном растворе уран находился с ионами OH^– и NO₃ ^– в соотношении: UO₂(OH)_0.37(NO₃)_1.63), в маточном растворе дефицит азотной кислоты увеличивался. Следовательно, кристаллы гидроксонитрата уранила в процессе кристаллизации обеднялись гидроксильными группами – в кристаллической фазе уран находился с ионами OH^– и NO₃ ^– в соотношении UO₂(OH)_0.29(NO₃)_1.71.

Кинетика растворения U₃O₈ в растворе нитрата уранила. В процессе растворения оксидов урана в растворе азотной кислоты растворение проходит первоначально за счет остаточной азотной кислоты, а после ее полного расходования растворение идет за счет азотной кислоты, появляющейся в процессе гидролиза нитрата уранила по уравнению (12):

UO₂(NO₃)₂ + H₂O = UO₂(OH)(NO₃) + HNO₃. (12)

Экспериментально определяли скорость растворения U₃O₈ в растворе нитрата уранила состава: [U] 490.5, [HNO₃] 12.6 г/л. Растворение проводили следующим образом. В стеклянном реакторе, оборудованном водяной рубашкой, термостатировали при заданной температуре 20 мл раствора нитрата уранила. Далее в раствор нитрата уранила вводили U₃O₈ (содержание урана 84.0 мас%) и при перемешивании механической мешалкой выдерживали заданное время. Затем полученную пульпу переносили в стакан с 70 мл дистиллированной воды, имеющей комнатную температуру. Объем пульпы доводили дистиллированной водой до 100 мл и перемешивали. Пульпу разделяли фильтрацией и затем в фильтрате определяли содержание U и HNO₃ (перед определением HNO₃ из раствора удаляли растворенную HNO₂ барботажом воздуха).

Скорость растворения U₃O₈ определяли как прирост [U] в течение первой минуты растворения U₃O₈, что является начальной скоростью растворения.

Результаты опытов приведены на рис. 4–6.

Рис. 4. Изменение [U] и [HNO₃] в процессе растворения U₃O₈ в растворе нитрата уранила при различной температуре.

Рис. 5. Зависимость степени растворения U₃O₈ в растворе нитрата уранила от температуры.

Рис. 6. Зависимость скорости растворения U₃O₈ в растворе нитрата уранила от температуры раствора.

Из рис. 4 и 5 видно, что скорость растворения U₃O₈ в растворе нитрата уранила сильно зависит от температуры. При температуре 104°С (растворение U₃O₈ проводили в кипящем растворе нитрата уранила, помещенном в коническую колбу, оснащенную дефлегматором) U₃O₈ полностью растворялся за 20 мин, а при температуре 40°С за 20 мин растворилось лишь 12.2% U₃O₈.

При растворении U₃O₈ в растворе нитрата уранила наблюдался рост [U] и снижение [HNO₃], что на рис. 4 отражено ростом дефицита HNO₃.

Из данных, представленных на рис. 6, видно, что начальная скорость растворения U₃O₈ в азотной кислоте увеличивается с ростом температуры растворов, причем достаточно резко при достижении 70°С, поэтому в производственных условиях процесс растворения оксидов урана следует проводить при температурах 80–90°С.

Результаты проведенных опытов показали следующее:

– в азотнокислых растворах с дефицитом HNO₃ растворимость урана выше, чем в растворах с остаточной [HNO₃] > 0 моль/л. Растворы с [U] 600 г/л и [HNO₃] –(0.5–1.0) моль/л устойчивы (не кристаллизуются) при снижении температуры до 15°С;

– растворение U₃O₈ в растворе с [HNO₃] 5.7 моль/л (4.8 моль/л) при температуре 104°С и расходе HNO₃ 1.73 мл на 1 г U идет до полного растворения U₃O₈ и завершается за 20 мин с получением раствора с дефицитом HNO₃ –128 г/л.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в работе результаты продемонстрировали возможность растворения оксидов урана растворами нитрата уранила с получением высококонцентрированных по урану азотнокислых растворов (гидроксонитратов уранила) с дефицитом азотной кислоты, устойчивых к кристаллизации в производственных условиях в широком интервале концентраций урана.

В экспериментах по растворению октаоксида триурана (U₃O₈) получены расходные коэффициенты для растворов HNO₃, обеспечивающие получение растворов уранила с дефицитом HNO₃. Определены зависимости составов полученных растворов от соотношения HNO₃/U на операции растворения U₃O₈ в растворах c [HNO₃] 300 и 360 г/л.

Получение растворов урана с дефицитом HNO₃ позволяет в производственных условиях поднять [U] в растворах нитрата уранила, увеличив тем самым производительность технологического оборудования, применяемого для процесса растворения. Применение растворов уранила с дефицитом HNO₃ в гидрометаллургической технологии переработки концентратов природного и регенерированного урана открывает новые возможности в проведении исследований экстракционной очистки урана от лимитирующих примесей.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

V. L. Sofronov

Author for correspondence.
Email: vlsofronov@mephi.ru
Russian Federation, Kommunisticheskii pr. 65, Seversk, Tomsk oblast, 636036

V. A. Lavrentyev

Email: vlsofronov@mephi.ru
Russian Federation, ul. Kurchatova 1 Seversk, Tomsk oblast, 636039

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Dependence of the composition of the obtained solution on the HNO3/U ratio at the dissolution of U3O8 in the solution with [HNO3] = 300 g/l.

Download (89KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Solubility isotherms of UO2(NO3) x(OH)2-x in nitric acid solutions.

Download (200KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Solubility isotherm of UO2(NO3) x(OH)2-x in nitric acid solutions and the existence region of uranyl nitrate solutions. 1-3 - numbers of solutions (see text).

Download (196KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Variation of [U] and [HNO3] during the dissolution of U3O8 in uranyl nitrate solution at different temperature.

Download (339KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Temperature dependence of the degree of dissolution of U3O8 in uranyl nitrate solution.

Download (320KB)

Indexing metadata

7. Fig. 6. Dependence of U3O8 dissolution rate in uranyl nitrate solution on the solution temperature.

Download (155KB)

Indexing metadata