Труды КНЦ. Технические науки. – 2026. - № 1

делящимся материалом и не представляет прямой энергетической ценности, его выделение из ОЯТ преследует несколько важных технологических и экономических целей. Основное количество циркония в ОЯТ образуется при делении урана (выход по сумме изотопов составляет 3 - 4 кг/т ОЯТ) и находится в топливном материале, но, кроме этого, при переработке образуется и значительное количество металлического циркония из материала трубок тепловыделяющих элементов ТВС. В настоящей работе рассматривается задача выделения циркония, образующегося в топливном материале. Цирконий в природе встречается в виде смеси пяти стабильных изотопов: 90Zr (51,46 %), 91Zr (11,23 %), 92Zr (17,11 %), 94Zr (17,4 %) и 96Zr (2,8 %). Взаимодействие с нейтронами, возникающее при облучении оболочек и конструктивных материалов ТВС (сплав на основе циркония и ниобия), приводит к образованию P-активных изотопов 94Nb (период полураспада 1,8-104 лет) и 93Zr (период полураспада 1,5- 10б лет). После облучения ТВС подвергаются механическому разрушению и растворению. Измельченный металлический остаток также захоранивается из-за высокой радиоактивности [Способ обработки..., 2013; Способ разделения..., 2000; Способ получения..., 2018]. Его активность обусловлена присутствием остатков топлива и изотопа 94Nb (2 ,96 -107 Бк/г для P-излучения и 3 ,7 -104 Бк/г для a -излучения). Для возврата циркония, который хранится в виде ВАО, в промышленный оборот, а также для применения природного циркония в оболочках новых топливных сборок (ТВС) без образования радиоактивного изотопа 93Zr рекомендуется выделять из них стабильный изотоп 90Zr. Стоит отметить, что 90Zr при облучении нейтронами практически не активируется и обладает наименьшим сечением захвата тепловых нейтронов среди всех изотопов циркония. Для решения задачи выделения стабильного 90Zr используется прием электромагнитной сепарации из тетрахлоридной или тетрафторидной смеси [Способ обработки..., 2013; Способ разделения..., 2000; Способ получения..., 2018]. Поиск методов, не требующих кардинальной реконструкции действующих высокоактивных производств (например, установки большого количества дополнительных ступеней), является приоритетом при разработке предлагаемой модифицированной гидрометаллургической технологии переработки ОЯТ и кондиционирования ВАО. Предлагаемые варианты модификации ориентированы на встраивание в существующую аппаратурную схему PUREX-процесса с минимальными ее изменениями. Кроме того, данная научно-исследовательская работа направлена на усовершенствование имеющихся технологических решений переработки ОЯТ, в частности рафинирования циркония, а также на получение новых теоретических основ при экстракционном распределении циркония в системе с ТБФ. Целью данной работы является разработка технологии экстракционного выделения катионов циркония из растворов высокоактивных отходов на примере модельных с использованием в качестве экстрагента раствора трибутилфосфата (ТБФ) в декане (30 об. %, или 1,19 моль/л по ТБФ). Эксперим ентальная часть Для проведения экспериментов по экстракции циркония (IV) использовали модельный раствор, имитирующий состав ВАО, исходя из расчетного количества компонентов высокоактивных отходов относительно 1 тонны перерабатываемого ОЯТ (табл. 1) [Шмелев, 2008]. Раствор готовили растворением нитратных солей металлов (х. ч., ООО «АО Реахим»), приведенных в табл. 1, в растворе азотной кислоты (о. с. ч., ООО «АО Реахим»). Молибден вводили в виде полимолибдата аммония (NH4)6Mo7O24-4H2O (х. ч., ООО «АО Реахим»). Нитрат циркония Zr(NO 3)4 готовили кипячением в течение 72 ч ZrO(NO 3 ) 2 ^H 2 O (х. ч., АО «Химреактивснаб») в концентрированной азотной кислоте с обратным холодильником с последующим отделением нерастворившегося осадка. В качестве экстрагента использовали 30 об. % раствор трибутилфосфата (ТБФ) в декане марки «х. ч.» (АО «ЭКОС-1»). Экстрагент предварительно очищали от примесей промывкой 5 мас. % раствором карбоната натрия в воде с последующей промывкой водой. Операцию проводили дважды. Эксперименты по экстракции циркония(ГУ) проводили в статических условиях при соотношении объемов органической и водной фаз 2,5:1 и температуре 20 ± 1 °С. Перемешивание фаз осуществляли в течение 3 мин в ротационном смесителе (80 об./мин). Этого времени было достаточно для установления равновесия в системе, что подтверждено контрольным опытом с 20-минутным контактированием фаз. Фазы разделяли центрифугированием. После разделения фаз отбирали пробы на анализ. Оперативный контроль распределения Zr4+ осуществляли комплексонометрическим титрованием с Трилоном Б, для азотной кислоты — кислотно-основным титрованием. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2026. Т. 17, № 1. С. 29-40. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2026. Vol. 17, No. 1. P. 29-40. © Сафиулина А. М., Лизунов А. В., Костикова Г. В., Жилов В. И., Михалюк В. С., Тананаев И. Г., 2026 3 1