alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.13-15.100-110alternative-1047Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯENERGY AND ECOLOGYГИДРОЛИЗ ПРОДУКТОВ КАРБАМИДНОЙ ДЕНИТРАЦИИ АЗОТНОКИСЛЫХ РАФИНАТОВ ЭКСТРАКЦИОННОГО АФФИНАЖА УРАНАHYDROLYSIS OF PRODUCTS OF UREA DENITRATION OF NITRIC ACID RAFFINATE OF EXTRACTION URANIUM REFININGОстровскийЮ. В.OstrovskyYu. V.

д-р техн. наук, профессор, начальник научно-исследовательского отдела,

д. 2, ул. Б. Хмельницкого, Новосибирск, 630075

D.Sc. (engineering), Professor, Head of Research Division,

2 Bohdan Khmelnytsky str., Novosibirsk, 630075

ost@vnipiet-nsk.ruЗаборцевГ. М.ZabortsevG. M.

канд. хим. наук, начальник лаборатории научно-исследовательского отдела,

д. 2, ул. Б. Хмельницкого, Новосибирск, 630075

Ph.D. (chemistry), Head of Research Division Laboratory,

2 Bohdan Khmelnytsky str., Novosibirsk, 630075

ЖеринИ. И.ZherinI. I.

д-р хим. наук, профессор, Физико-технический институт,

д. 30, ул. Ленина, Томск, 634050

D.Sc. (chemistry), Professor,

30 Lenin str., Tomsk, 634050

ЕгоровН. Б.EgorovN. B.

канд. хим. наук, Физико-технический институт,

д. 30, ул. Ленина, Томск, 634050

Ph.D. (chemistry), 

30 Lenin str., Tomsk, 634050

egorov@tpu.ruОстровскийД. Ю.OstrovskyD. Yu.

аспирант,

д. 30, ул. Ленина, Томск, 634050

Postgraduate,

30 Lenin str., Tomsk, 634050

Новосибирский филиал АО «ГСПИ»РоссияNovosibirsky branch of JSC “SSDI”Russian FederationНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian Federation201730062017013-15101110Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1047

Рассмотрен азотно-кислотный экстракционный аффинаж урана, существенным недостатком которого является отсутствие технологии утилизации азотной кислоты из рафинатов. В подавляющем большинстве случаев отработанная азотная кислота нейтрализуется щелочным агентом, а нитраты щелочных или щелочноземельных металлов сбрасываются в хвостохранилища. Один из возможных способов обращения с рафинатами – их карбамидная денитрация, сводящая к минимуму непроизводительные потери азотной кислоты. Однако до настоящего времени вопрос эффективного обращения с осадком нитрата мочевины (СО(NH2)2·HNO3) оставался нерешённым.

Изложены результаты исследований, направленных на решение проблемы утилизации нитрата мочевины. Нитрат мочевины может быть переработан в аммиачную селитру посредством кислотного гидролиза мочевины. Предметом исследований был раствор, содержащий 200 г/л нитрата мочевины, и раствор, содержащий 200 г/л нитрата мочевины и 100 г/л азотной кислоты. Процесс изучали в интервале температур 70–150 ºС при атмосферном и повышенном давлениях с использованием автоклава. ИК-спектры продуктов гидролиза нитрата мочевины подтвердили полноту протекания процесса в течение 4 часов при 150 ºС и давлении 30 атм. Введение в реакционный объём эквимолярного количества азотной кислоты увеличивает скорость гидролиза нитрата мочевины в 2 раза и не препятствует полноте его превращения в нитрат аммония. Энергия активации гидролиза нитрата мочевины составляет 28,9 кДж/моль, что сопоставимо с энергией активации ферментативного (уреаза) гидролиза мочевины. Гидролизат нитрата мочевины (нитрат аммония) может быть использован в качестве десорбирующего раствора в процессе сорбционного аффинажа урана при подземном выщелачивании урана. 

The paper deals with the nitric acid extraction of uranium that has one significant drawback – the lack of technology for the utilization of nitric acid from raffinate. In the overwhelming majority of the cases, spent nitric acid is neutralized by an alkaline agent, and the nitrates of alkaline or alkaline-earth metals are discharged to the tailings pond. One of the possible ways of handling raffinates is their carbamide denitration which minimizes the unproductive loss of nitric acid. However, until now, the issue of effective treatment of urea nitrate precipitate (CO(NH2)2·HNO3) has not been solved.

The paper contains the results of research aimed at solving the problem of utilization of urea nitrate. Urea nitrate can be processed into ammonium nitrate through acid hydrolysis of urea. The subject of the study is a solution containing 200 g/l urea nitrate and a solution containing 200 g/l urea nitrate and 100 g/l nitric acid. The process is studied in the temperature range 70–150 ºC at atmospheric and elevated pressures using an autoclave. IR spectra of the urea nitrate hydrolysis products confirmed the completeness of the process for 4 hours at 150 ºC and a pressure of 30 atm. The introduction of an equimolar amount of nitric acid into the reaction volume increases the rate of hydrolysis of urea nitrate by a factor of 2 and does not impede the completeness of its transformation into ammonium nitrate. The activation energy of the urea nitrate hydrolysis is 28,9 kJ/mol that is comparable to the activation energy of urea enzymatic (urease) hydrolysis.

Urea nitrate hydrolyzate (ammonium nitrate) can be used as a desorption solution in the process of uranium sorption refining of the technology of underground uranium leaching. 

нитрат мочевиныутилизациярафинатазотная кислотагидролизаффинаж уранаurea nitrateutilizationraffinatenitric acidhydrolysis of uranium refiningА.А. Шпак, В.В. Цивелёв, Т.И. ВаструхинаReferencesШевченко, В.Б. Технология урана / В.Б. Шевченко, Б.Н. Судариков. – М.: Госатомиздат, 1961. – 330 с.Shevchenko V.B., Sudarikov B.N. Technology of uranium (Tekhnologiya urana). Moscow: Gosatomizdat Publ., 1961 (in Russ.).Жиганов, А.Н. Технология диоксида урана для керамического ядерного топлива / А.Н. Жиганов, В.В. Гузеев, Г.Г. Андреев. – Томск: STT, 2002. – 326 с.Zhiganov A.N., Guzeev V.V., Andreev G.G. The technology of uranium dioxide for ceramic nuclear fuel (Tekhnologiya dioksida urana dlya keramicheskogo yadernogo topliva). Tomsk: STT Publ., 2002 (in Russ.).Urbanek, V. Study of formation and composition of ammonium urinates [Text] / V. Urbanek, V. Sara, J. Моravec // J. Inorg. Nucl. Chem. – 1979. – V. 41. – № 4. – Р. 537–540.Urbanek V., Sara V., Моravec J. Study of formation and composition of ammonium urinates. J. Inorg. Nucl. Chem., 179;(41)537–540 (in Eng.).Майоров, А.А. Технология получения порошков керамической двуокиси урана / А.А. Майоров, И.Б. Браверман. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 128 с.Maiorov A.A., Braverman I.B. The technology of obtaining powders of ceramic uranium dioxide (Tekhnologiya polucheniya poroshkov keramicheskoi dvuokisi urana). Moscow: Energoatomizdat Publ., 1985 (in Russ.).Островский, Ю.В. Карбамидная денитрация азотнокислых экстракционных рафинатов [Текст] / Ю.В. Островский [и др.] // Радиохимия. – 2004. – Т. 46. – № 3. – С. 232–235.Ostrovskii Yu.V., Zabortsev G.M., Shpak A.A. , Yakobchuk S.P. , Aleksandrov A.B., Khlytin A.L., Gusev A.A. Denitration of Nitric Acid Raffinates with Urea. Radiochemistry, 2004;(46)252–255 (in Eng.).Пат. 2253161 Российская Федерация, МПК7 G21F9/04, C02F1/54. Способ извлечения азотной кислоты из раствора и обезвреживания осадка нитрата мочевины / Островский Ю.В., Заборцев Г.М., Шпак А.А., Александров А.Б., Сайфутдинов С.Ю., Дробяз А.И., Хлытин А.Л.: заявители и патентообладатели ООО Научно-производственный центр «ЭЙДОС», ОАО «Новосибирский завод химконцентратов». – № 2003113489/06; заявл. 07.05.03; опубл. 27.05.05, Бюл. № 15. – 6 с.Patent RF MPK7 G21F9/04, C02F1/54. Method for extracting nitric acid from solution and deactivating urea nitrate sediment (Sposob izvlecheniya azotnoi kisloty iz rastvora i obezvrezhivaniya osadka nitrata mocheviny) / Ostrovskii Yu.V., Zabortsev G.M., Shpak A.A., Aleksandrov A.B., Saifutdinov S.Yu., Drobyaz A.I., Khlytin A.L.: zayaviteli i patentoobladateli OOO Nauchno-proizvodstvennyi tsentr “EIDOS”, OAO “Novosibirskii zavod khimkontsentratov”. – № 2003113489/06; zayavl. 07.05.03; opubl. 27.05.05, Byul. № 15 (in Russ.).Островский, Ю.В. Экстракционный аффинаж концентратов урана с использованием нитрата мочевины [Текст] / Ю.В. Островский [и др.] // Радиохимия. – 2009. – Т. 51. – № 1. – С. 30–32.Ostrovskii Yu.V., Zabortsev G.M., Chapaev I.G., Aleksandrov A.B., Saifutdinov Yu., Khlytin A.L. Extractive refining of uranium concentrates using urea nitrate. Radiochemistry, 2009; (51)34–37 (in Eng.).Пат. 2295168 Российская Федерация, МПК7 G21F9/06, G21C19/42. Способ экстракционного аффинажа урана /Островский Ю.В., Заборцев Г.М., Александров А.Б., Сайфутдинов С.Ю., Дробяз А.И, Хлытин А.Л.: заявители и патентообладатели ООО Научно-производственный центр «ЭЙДОС», ОАО «Новосибирский завод химконцентратов». – № 2005131808/06; заявл. 13.10.05; опубл. 10.03.07, Бюл. № 7. – 7 с.Ostrovskii Yu.V., Zabortsev G.M., Aleksandrov A.B., Saifutdinov S.Yu., Drobyaz A.I, Khlytin A.L. Uranium extraction affinage process (Sposob ekstraktsionnogo affinazha urana). Patent RF MPK7 G21F9/06, G21C19/42 ( OOO Nauchno-proizvodstvennyi tsentr “EIDOS”, OAO “Novosibirskii zavod khimkontsentratov). Byul. no. 7, 10.03.07 (in Russ.).Короткевич, В.М. Экстракционная переработка урансодержащих растворов [Текст] / В.М. Короткевич, Ф.А. Дорда, В.С. Загуменное // Тезисы докладов Второй Российской конференции по радиохимии. – Димитровград 22–26 сентября, 1997. – С. 212–213.Korotkevich V.M., Dorda F.A., Zagumennoe V.S. Extraction processing of uranium-containing solutions (Ekstraktsionnaya pererabotka uransoderzhashchikh rastvorov). Tezisy dokladov Vtoroi Rossiiskoi konferentsii po radiokhimii. Dimitrovgrad, 22–26 September, 1997, pp. 212–213. (in Russ.).Пат. 2114469 РФ МПК7 G21F9/06, G21C19/46 Способ экстракционной переработки урансодержащих растворов / Хандорин Г.П., Короткевич В.М., Дорда Ф.А., Дедов Н.В., Деменко А.А., Белов В.А., Голощапов Р.Г., Загуменнов В.С.: заявитель и патентообладатель Сибирский химический комбинат. – № 97100868/25; заявл. 22.01.97; опубл. 27.06.1998, Бюл. № 18. – 7 с.Patent 2114469 Rossiiskaya Federatsiya, MPK7 G21F9/06, G21C19/46 Method of extraction processing of uranium-containing solutions (Sposob ekstraktsionnoi pererabotki uransoderzhashchikh rastvorov) / Khandorin G.P., Korotkevich V.M., Dorda F.A., Dedov N.V., Demenko A.A., Belov V.A., Goloshchapov R.G., Zagumennov V.S.: zayavitel' i patentoobladatel' Sibirskii khimicheskii kombinat. – № 97100868/25; zayavl. 22.01.97; opubl. 27.06.1998, Byul. № 18 (in Russ.).Gelin, R. Technology of atomic raw materials [Текст] / R. Gelin, Н. Mogard, В. Nеlsоn // Ргос. 2nd United Nations Int. Conf. On Peaceful Uses of Atomic Energy. – Geneva 1-13 september, 1958. – V. 4. – Р. 36.Gelin R., Mogard Н., Nеlsоn В.Technology of atomic raw materials // Рrос. 2nd United Nations Int. Conf. On Peaceful Uses of Atomic Energy. Geneva 1–13 september, 1958, vol. 4, p. 36. (in Eng.).Балахонов, В.Г. Влияние содержания карбамида в азотнокислых растворах урана на аммиачное осаждение полиуранатов аммония [Текст] / В.Г. Балахонов [и др.] //Радиохимия. – 2004. – Т.46. – № 5. – С. 440–443.Balakhonov V.G., Dorda F.A., Zagumennov V.S., Lazarchuk V.V., Ledovskikh A.K., Matyukha V.A., Portnyagina E.O., Tinin V.V. Influence of urea concentration in nitric acid solutions of uranium on precipitation of ammonium polyuranates with ammonia, Radiochemistry, 2004;(46)475–478. (in Eng.).Емельянов, В.С. Металлургия ядерного горючего / В.С. Емельянов, А.И. Евстюхин. – М.: Атомиздат, 1968. – 482 с.Emel'yanov V.S., Evstyukhin A.I. Metallurgy of nuclear fuel (Metallurgiya yadernogo goryuchego). Moscow: Atomizdat Publ., 1968 (in Russ.).] Зеликман, А.Н. Металлургия редких металлов / А.Н. Зеликман, Б.Г. Коршунов. – М.: Металлургия, 1991. – 432 с.Zelikman A.N., Korshunov B.G. Metallurgy of rare metals (Metallurgiya redkikh metallov). Moscow: Metallurgiya Publ., 1991 (in Russ.).Шевченко, М.А. Очистка природных и сточных вод от пестицидов / М.А. Шевченко, П.Н. Таран, В.В. Гончарук. – Л.: Химия, 1989. – 184 с.Shevchenko M.A., Taran P.N., Goncharuk V.V. Purification of natural and waste water from pesticides (Ochistka prirodnykh i stochnykh vod ot pestitsidov). Leningrad: Khimiya Publ., 1989 (in Russ.).Пат. 2056408 Российская Федерация, МПК6 C07C273/04, B01D3/22. Способ гидролиза мочевины, содержащейся в отработанной воде установок синтеза мочевины, и колонный аппарат для его осуществления / Винченцо Лагана: заявитель и патентообладатель Уриа Казале С.А. – № 92 92004374; заявл. 22.10.92; опубл. 23.10.1991, Бюл. № 1. – 4 с.Patent 2056408 Rossiiskaya Federatsiya, MPK6 C07C273/04, B01D3/22. The method of hydrolysis of urea contained in the waste water from plants for the synthesis of urea, and a column apparatus for its implementation (Sposob gidroliza mocheviny, soderzhashcheisya v otrabotannoi vode ustanovok sinteza mocheviny, i kolonnyi apparat dlya ego osushchestvleniya) / Vinchentso Lagana: zayavitel' i patentoobladatel' Uria Kazale S.A. – № 92 92004374; zayavl. 22.10.92; opubl. 23.10.1991, Byul. № 1. – 4 s. (in Russ.).Пат. 4220635 США, МПК3 C07C126/08, C10L1/08. Catalytic method for hydrolyzing urea / Schell L.P.; заявитель и патентообладатель Olin Corporation. – № US 06/039,231; заявл. 14.05.79; опубл. 2.09. 80. – 6 p.Pat. 4220635 SShA, MPK3 C07C126/08, C10L1/08. Catalytic method for hydrolyzing urea / Schell L.P.; zayavitel' i patentoobladatel' Olin Corporation. – № US 06/039,231; zayavl. 14.05.79; opubl. 2.09. 80. – 6 p.Narayanan Kutty, T.R. Physico-chemical properties of urea nitrate. Part I. Preparation and characterization [Текст] / T.R. Narayanan Kutty, A.R. Vasudeva Murthy // Indian J. Technol. – 1972. – V. 10. – № 8. – P. 305–308.Narayanan Kutty T.R., Vasudeva Murthy A.R. Physico-chemical properties of urea nitrate. Part I. Preparation and characterization. Indian J. Technol. 1972;(10)305–308. (in Eng.).Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье –М.: Химия, 1984. – 448 с.Lur'e Yu.Yu. Analiticheskaya khimiya promyshlennykh stochnykh vod. Moscow: Khimiya Publ., 1984 (in Russ.).Юинг, Г.В. Инструментальные методы химического анализа / Г.В. Юинг. – М.: Мир, 1989. – 608 с.Ewing G.W. Instrumental Methods of Chemical Analysis. New York, 1975 (in Eng.).Рябин, В.А. Термодинамические свойства веществ / В.А. Рябин, М.А. Остроумов, Т.Ф. Свит - Л.: Химия, 1977. – 392 с.Ryabin V.A., Ostroumov M.A., Svit T.F. Termodinamicheskie svoistva veshchestv. Leningrad: Khimiya Publ., 1977 (in Russ.).Абрамова, Г.В. Строение и термохимические свойства амидов и анилидов [Текст] / Г.В. Абрамова, Н.Н. Нурахметов // Вестник КазНУ. Сер. химическая. – 2010. – №1(57). – С. 154–159.Abramova G.V., Nurakhmetov N.N. Stroenie i termokhimicheskie svoistva amidov i anilidov. Vestnik KazNU. Ser. Khimicheskaya, 2010;(57)154–159 (in Russ.).Никольский, Б.П. Физическая химия / Б.П. Никольский – Л.: Химия, 1987. – 880 с.Nikol'skii B.P. Fizicheskaya khimiya. Leningrad: Khimiya Publ., 1987 (in Russ.).Левченков, С.И. Физическая и коллоидная химия. Часть 4. Коллоидная химия. / С.И. Левченков. – Ростов-на-Дону: РГУ, 2004. – 28 c.Levchenkov S.I. Fizicheskaya i kolloidnaya khimiya. Chast' 4. Kolloidnaya khimiya. Rostov-naDonu: RGU Publ., 2004 (in Russ.).Пат. 5827490 США, МПК6 C01B21/00, C01C1/08. Method for converting urea to ammonia / Jones D.G.; заявитель и патентообладатель Noell, Inc. – № US 08/598,092; – заявл. 7.02.96; опубл. 27.10. 98. – 18 p.Patent 5827490 USA. Method for converting urea to ammonia / Jones D.G.; zayavitel' i patentoobladatel' Noell, Inc. – № US 08/598,092; – zayavl. 7.02.96; opubl. 27.10. 98. – 18 p. (in Eng.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.