Введение к работе
Актуальность работы. Большинство трансплутониевых элементов (ТПЭ), кроме 102-о, наиболее устойчивы в водных растворах в трехвалентном состоянии окисления, а )азделение близких по свойствам трехвалентных ионов связано с большими трудностями. Іроцессьі разделения и аналитические методы, основанные на использовании зазновалентных ионов, значительно эффективнее. Поэтому поиск путей стабилизации ионов ГПЭ в других окислительных состояниях, отличных от +3, представляется весьма перспективным и открывает новые возможности в производстве и аналитической химии }тих элементов. Берклий является единственным трансплутониевым элементом, устойчивым в окислительном состоянии +4. Уникальным элементом в ряду ТПЭ является америций, который в водных растворах получен в состояниях окисления от +2 до +7. Однако практическое применение в методах выделения, разделения и определения до последнего временя находили только Вк(Ш, IV) и Am(III, V, VI). Это связано с высокими значениями окислительных потенциалов соответствующих пар ионов и, как следствие, с нестабильностью ТПЭ в других состояниях окисления. Другим важным аспектом проблемы разделения и очистки ТПЭ, в частности, америция и берклия, является поиск новых систем для их выделения с использованием необычных состояний окисления этих элементов. При этом наиболее эффективными и экспрессными методами выделения и разделения являются экстракционные. Благодаря доступности, относительно низкой стоимости, высокой радиационной устойчивости высокомолекулярных аминов, а также их широкому использованию в технологии радиохимического производства поиск новых экстракционных систем с использованием этого класса экстрагентов не потерял своей актуальности и по сей день. В литературе отсутствуют сведения об экстракции четырехвалентных берклия и америция аминами. Поэтому данные об их поведении в водных растворах и в процессе экстракции аминами представляются весьма актуальными и могут послужить основой для разработки новых методов их выделения и разделения. Эти методы могут быть использованы в аналитической химии, технологии производства ТПЭ, для утилизации высокорадиоактивных отходов, а также для решения ряда экологических проблем.
Ыель работы. Количественное получение четырехвалентных америция и берклия в растворах минеральных кислот. Разработка экстракционных методов выделения и разделения четырехвалентных америция и берклия из кислых растворов сложного состава.
Научная новизна работы. Впервые найдены условия количественной экстракции четырехвалентного америция вторичными аминами из серно- и азотнокислых растворов, содержащих ненасыщенное гетерополисоединение КюРг^пОбІ- Изучены основные закономерности экстракции четырехвалентного америция. Разработаны новые экстракционные методы отделения четырехвалентных америция и берклия от трехвалентных ТПЭ и РЗЭ, а также от других осколочных элементов и продуктов коррозии. Исследовано окисление весовых и индикаторных количеств америцій (III) до америция (IV) смесью ионов серебра с персульфатом аммония и перксенатом натрия в растворах минеральных кислот, содержащих ненасыщенные гетерополисоединения K10P2W17O61,
K7PW1139> KgSiWu039. KgGeWu039 и K9BW11()39, и изучено поведение четырехвалентного америция в этих растворах. Спектроскопическими и радиометрическим методами исследованы экстракция фосфорвольфрамат- ионов и фосфорвольфраматных комплексов трехвалентных ТПЭ и РЗЭ из растворов минеральных кислот алкиламинами и их состояние в органической фазе. Найдены впервые условия количественной экстракции четырехвалентного берклия алкиламинами из азотно- и сернокислых растворов. Спектрофотометрическим и ЯМР- спектроскопическим методами изучены поведение фосфорвольфрамат- ионов и их устойчивость в растворах минеральных кислот. Выявлены основные тенденции комплексообразования трех- и четырехвалентных лантанидов, берклия и америция. Исследованы условия и механизм окисления берклия и церия до четырехвалентного состояния смесью ионов серебра с персульфатом аммония в азотно- и сернокислых растворах.
Практическая ценность. Предложены методы получения четырехвалентных америция и берклия и способы их экстракционного выделения из многокомпонентных кислых растворов, содержащих ТУЭ, РЗЭ, осколочные элементы, а также продукты коррозии в присутствии ненасыщенного гетерополисоединения КіоР2^П*-*б1- В качестве экстрагентов четырехвалентных америция и берклия использованы растворы вторичных аминов в дихлорэтане и четыреххлористом углероде. Разработаны новые экстракционные методы отделения четырехвалентного берклия от трехвалентных ТПЭ, РЗЭ и осколочных элементов в серно- и азотнокислых растворах с использованием в качестве экстрагентов первичных, третичных аминов и ЧАО, а в качестве окислителей - соответственно бромата и бихромата калия. Предложенные методы обеспечивают за один цикл очистки высокие коэффициенты отделения америция и берклия от сопутствующих элементов в пределах от 1(Р до 10"*. Разработаны экстракционные методы разделения четырехвалентных америция и берклия, а
акже берклия и церия в растворах минеральных кислот. Предложены способ окисления ерклия и церій до четырехвалентного состояния и метод спектрофотометрического пределения четырехвалентного церия в 10 моль/л азотнокислых растворах. Показана озможность аналитического определения трех- и четырехвалентных лантанидов и мериция в их смесях, содержащих K10P2W17O61, основанного на сепарации ЯМР-игналов ядер фосфора-31 в сильном магнитном поле.
Работа выполнена в соответствии с Программой исследований по фундаментальной іадиохиміїи на 1995- 2004 гг. и с Координационным планом научно-исследовательских іабот по направлению 2. 20 - Аналитическая химия на 1986- 1990 гг. (разделы 2. 20. 2. 1 -Экстракционные методы разделения и концентрирования и 2. 20. 4. 6 - Радиоаналитические методы), а также с Планом научных исследований Института геохимии и аналитической :им'ии им. ВИ. Вернадского РАН (номер государственной регистрации 0.1 86. 0 122015).
Автор выносит на защиту:
-
Способ экстракционного извлечения четырехвалентного америция вторичными сминами из серно- и азотнокислых растворов, содержащих ЩоР^^ЇІ^б] и смесь ионов ;еребра с персульфатом аммония.
-
Методы экстракционного выделения, разделения и отделения четырехвалентных шериция и берклия от трехвалентных ТПЭ, РЗЭ, осколочных элементов и продуктов соррозии с использованием в качестве экстрагентов высокомолекулярных алкиламинов.
-
Методы получения четырехвалентного америция в кислых растворах, содержащих «насыщенные гетерополивольфраматы калия Kjr^W^Osi, K7PW11O39, KsGeWj 5()39. JCgSiWj 1О39 и K9BW11О39 в присутствии смеси ионов серебра с персульфатом аммония.
-
Экспериментальные данные о состоянии ненасыщенных гетерополианионов ?2^П^61^' и их комплексов с трех- и четырехвалентными актинидами и лантанидами в растворах минеральных кислот и в органических фазах после их экстракции аминами.
-
Высокоэффективные способы экстракционного выделения четырехвалентных эерклия и церия из серно- и азотнокислых растворов с использованием в качестве экстрагентов высокомолекулярных алкиламинов, а в качестве окислителей соответственно аромат- и бихромат - ионов.
6. Условия и механизм окисления Bk(III) и Се(Ш) до Bk(IV) и Ce(IV) смесью ионов
серебра с персульфатом аммония в азотно- и сернокислых растворах, а также результаты
изучения устойчивости четырехвалентных берклия и церия в этих растворах.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всесоюзных конференциях и симпозиумах: конференция по аналитической химии радиоактивных элементов (Москва, 1977); Actinides-1981 (Lawrence Berkely Laboratory, University of California, 1981); XII Менделеевский съезд (Москва, 1981); Международная конференция по экстракции (США, Денвер, 1983); V Всесоюзная конференция «Органические реагенты в аналитической химии» (Киев, 1983); Вторая Всесоюзная конференция по химии трансплутониевых элементов (Димитровград, 1983); Всесоюзная конференция по применению экстракционных и сорбционных методов для выделения и разделения актинидов и лантанидов (Москва, 1984); Actinides-1985 (Франция, 1985); И Всесоюзная конференция по аналитической химии радиоактивных элементов (Москва, 1986); Третья Всесоюзная конференция по химии трансплутониевых элементов (Димитровград, 1988); Международная конференция «Актиниды-89» (Ташкент. 1989); 9^ Всесоюзная конференция по экстракции (Адлер, 1991); IV Российско- финский симпозиум по радиохимии (Санкт- Петербург, 1995). Получено авторское свидетельство N 1028009 от 5 марта 1983 г. «Способ извлечения берклия (IV) из растворов минеральных кислот.»
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 8-ми глав и изложена на 213 стр. машинописного текста, включая 76 рисунков, 23 таблицы и две схемы. Библиография содержит 164 наименования.
