Российские ученые провели исследования, направленные на уточнение термодинамических параметров процесса получения металлов платиновой группы из отработавшего ядерного топлива. Это позволит создать точные физико-математические модели для разделения этих ценных металлов, свободных от опасных примесей.
В Министерстве науки и высшего образования РФ сообщили, что электролиз в хлоридных расплавах является одним из наиболее эффективных методов извлечения полезных компонентов из отработавшего ядерного топлива. Для успешного контроля этого процесса необходимо полностью понимать все его механизмы. В результате серии экспериментов российские ученые уточнили термодинамические параметры образования хлоридов благородных металлов в расплавах хлоридов лития, калия и цезия. Это позволяет разработать корректные физико-математические модели процесса и получать чистые от опасных примесей металлы платиновой группы.
Металлы платиновой группы содержатся в отработавшем ядерном топливе в виде сплавов с молибденом, технецием, рутением, родием и палладием, а также в виде соединений с неметаллами. Их количество варьирует от 5,6 до 40 кг на тонну отработавшего ядерного топлива в зависимости от типа реактора и степени его выгорания. В настоящее время основной технологией переработки отработавшего ядерного топлива является PUREX-процесс, который позволяет извлечь уран и плутоний, а также оставляет нерастворимый остаток, содержащий около 70% платиноидов и 12% актинидов.
Электролиз в хлоридных расплавах является перспективным методом разделения платиноидов из нерастворимого остатка. Для расчета условий разделения требуются точные термодинамические данные, такие как стандартные потенциалы, изменения энергии Гиббса, энтальпии и энтропии образования хлоридов благородных металлов. Эти параметры определяют границы электролиза и влияют на чистоту конечных продуктов.
При электрохимических измерениях в высокотемпературных ячейках токоподводы к рабочему электроду и электроду сравнения могут быть изготовлены из различных металлов. Разница температур между горячим и холодным концами токоподводов может достигать сотен градусов, что вызывает появление термоэлектродвижущей силы (термо‑ЭДС), вносящей погрешность в измеряемый потенциал. Неучет этой поправки может привести к ошибке в определении равновесных потенциалов до 15‑20 мВ, что негативно сказывается на точности расчета граничных условий внутригруппового разделения платиноидов и может привести к загрязнению целевых металлов долгоживущими радиоактивными изотопами палладия.
Ученые Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН и Уральского федерального университета измерили температурные зависимости термо‑ЭДС для четырех пар: палладий – серебро, родий – серебро, платина – серебро и серебро – углерод. Полученные данные были сопоставлены с литературными данными 1955 года по паре Pd – Ag. После коррекции на разницу температур холодного конца расхождение составило не более 0,05 мВ, что подтверждает высокую точность проведенных измерений.
Уточненные термодинамические параметры образования хлоридов благородных металлов в эвтектическом расплаве хлоридов лития, калия и цезия позволяют построить точные физико-математические модели электрохимического разделения платиноидов при рабочей температуре расплава 450 градусов. Эти параметры влияют на точность расчета граничных условий разделения платиноидов по потенциалу, их остаточному содержанию в расплаве и, следовательно, на чистоту выделяемых продуктов.
Исследование не преследовало цель переосмыслить фундаментальные принципы, а лишь уточнило технические детали, влияющие на надежность технологического процесса. Это создает основу для научно обоснованных подходов к обращению с радиоактивными отходами и рациональному использованию ресурсов атомной отрасли.
Источник: ТАСС
распечатать статью