Способ электрохимического получения раствора соединения четырехвалентного урана

Способ электрохимического получения раствора соединения четырехвалентного урана

Реферат

 

(19)SU(11)780413(13)A1(51)  МПК ⁶    _{C01G43/00, C25B1/00}(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА СОЕДИНЕНИЯ ЧЕТЫРЕХВАЛЕНТНОГО УРАНА

Изобретение относится к способу электрохимического получения раствора соединения четырехвалентного урана. Известен способ электровосстановления уранила из азотнокислого раствора, при концентрации азотной кислоты 1,5М в присутствии 10 г/л гидразина с выходом по току 85%. Недостатком способа является необходимость корректировки католита в ходе процесса электровосстановления. Наиболее близким к изобретению является способ электрохимического получения раствора соединения четырехвалентного урана из водного раствора соли уранила в диафрагменном электролизере с инертным катодом. Недостатком способа является необходимость поддержания высокой концентрации азотной кислоты и гидразина, а также низкая концентрация и стабильность азотнокислого раствора четырехвалентного урана. Целью изобретения является упрощение процесса и получение концентрированных устойчивых растворов урана (IV). Цель достигается тем, что в электровосстановление из водного раствора соли уранила ведут в присутствии уксусной кислоты при мольном отношении уксусной кислоты к урану, равном 2,0-4,0 в диафрагменном электролизере с инертным катодом. При восстановлении уранила с учетом катодного и анодного процессов на один моль урана расходуется два грамм-иона водорода согласно схеме: U.O₂²⁺+2Н⁺ --------- U⁴⁺ + 2Н₂О+ 1/2 O₂. В процессе восстановления уранила уксусная кислота поставляет ионы водорода, необходимые для протекания этой реакции; образующиеся ацетат-ионы дают с ураном (IV) прочные комплексы. Таким образом, отношение уксусной кислоты к урану, равное 2,0-4,0, определяется необходимостью поддержания определенного рН раствора и расходом ацетат-ионов на образование продукта. Уран (IV), связанный в комплекс с ацетат-ионами устойчив к окислению кислородом воздуха. После завершения электролиза оставшаяся свободная уксусная кислота в силу своей буферирующей способности поддерживает кислотность раствора на уровне, при котором ацетатные комплексы урана (IV) вполне устойчивы к гидролизу. Применение уксусной кислоты в процессе электролитического восстановления уранилнитрата позволяет проводить его практически без стабилизатора - гидразина, хотя небольшие добавки его (0,5-1,0 г/л) вводить рекомендуется. При восстановлении уранилнитрата в уксуснокислых средах потенциал катода следует поддерживать таким, при котором не происходит восстановления азотной кислоты или нитрат-иона на данном катоде. Так на ртутном катоде потенциал его не должен быть отрицательнее -0,75в (все потенциалы выражены относительно нормального водородного электрода), на нержавеющей стали Х18Н10Т отрицательнее -0,35в, на титановом катоде не менее -0,25в, поскольку продуктом восстановления нитрат-иона является интрит-ион, который окисляет уран (IV). Как уранилнитрат, так и продукты его восстановления отличаются высокой растворимостью в уксуснокислых средах. Способ электрохимического получения раствора соединения четырехвалентного урана осуществляется следующим образом. Процесс ведут в диафрагменном электролизере. В качестве катода используют ртуть или титан, в качестве анода - платину. Мембраной служит МК-1. В катодное отделение помещают раствор уранилнитрата в уксусной кислоте при мольном отношении уксусной кислоты к урану равном 2-4 и 0,5 г/л гидразина. В анодное отделение помещают 1М серную или азотную кислоту. Процесс ведут при начальной катодной плотности 50-30 мА/см², температура католита 25^оС, при механическом перемешивании раствора. Ниже приведены примеры конкретного осуществления способа. П р и м е р 1. В катодную зону диафрагменного электролизера (с мембраной МК-1) помещают 2М (450 г/л) раствор уранилнитрата в 4М уксусной кислоте (т. е. мольное отношение равно 2), 0,5 г/л гидразина и ртутный катод. В анодную - 1М серную кислоту и платиновый анод. Процесс ведут в потенциостатическом режиме при начальной плотности тока на катоде 50 мА/см²; температура католита 25^оС; перемешивание механическое. Степень восстановления уранила до урана (IV) составляет 99,7% при выходе по току 98%, т.е. практически весь уран переходит в уран (IV) и образуется концентрированный раствор продукта ( 450 г/л). Полученный продукт сохраняют в течении месяца. Скорость окисления урана (IV) в нем не превышает 0,5% в сутки, а по прототипу скорость окисления составляет 1% в сутки в присутствии 5-10 г/л гидразина. П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1, но мольное отношение уксусной кислоты и урана равно 3,0 и в качестве анолита используют 1М азотную кислоту. Степень восстановления уранила до урана (IV) составляет 99,75%, выход по току 98% ; концентрация урана (IV) составляет около 450 г/л; скорость окисления урана (IV) 0,5% в сутки. П р и м е р 3. Аналогичен примеру 1, но мольное отношение уксусной кислоты и урана равно 4,0 и процесс ведут на титановом катоде при начальной плотности тока 30 мА/см². Степень восстановления уранила до урана (IV) составляет 99,3% с выходом по току 90%. Полученный раствор содержит 447 г/л урана (IV), при скорости окисления 0,5% в сутки. П р и м е р 4. Процесс ведут по прототипу. В катодную зону диафрагменного электролизера помещают 0,5М раствор уранилнитрата в 1,5М растворе азотной кислоты, 5 г/л гидразина и ртутный катод. В анодную - 1М серную кислоту и платиновый катод. Процесс ведут в потенциостатическом режиме при начальной плотности тока на катоде 40 мА/см². При этом образуется раствор соединения урана (IV) с концентрацией 119 г/л; скорость окисления полученного раствора 1% в сутки в присутствии гидразина. П р и м е р 5. Аналогичен примеру 4, но концентрация уранила в растворе составляет 360 г/л; концентрация азотной кислоты - 4М, гидразина - 5 г/л. Восстановить уранил для урана (IV) в таком растворе не удается. Наблюдается бурное выделение окислов азота, которые окисляют образующиеся ионы урана (IV).

Формула изобретения

СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА СОЕДИНЕНИЯ ЧЕТЫРЕХВАЛЕНТНОГО УРАНА из водного раствора соли уранила в диафрагменном электролизере с инертным катодом, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и получения концентрированных, устойчивых растворов продукта, процесс ведут в присутствии уксусной кислоты при мольном отношении уксусной кислоты к урану, равном 2,0 ^oC 4,0.