论文部分内容阅读
在Purex流程铀钚分离段,采用四价铀为还原剂、肼为支持还原剂时,锝会消耗大量还原剂,影响铀钚分离;也会进入铀物流中,给其后续工艺带来很多困难。而用N,N-二甲基羟胺(DMHAN)—单甲基肼(MMH)为还原剂时,锝与钚一起进入水相。二甲基羟胺在硝酸介质中的稳定性如何;单甲基肼与亚硝酸反应究竟能够快到什么程度;能否对硝酸介质中七价锝与二甲基羟胺、单甲基肼的反应给出结论性意见,锝的存在是否会造成还原剂的过度消耗等问题都还不清楚。这些问题,与二甲基羟胺-单甲基肼这对还原剂在后处理工艺中的应用密切相关。针对上述问题,本课题主要开展了如下工作:1,表征合成出的DMHAN,研究俏酸介质中DMHAN的稳定性;2,在高氯酸和硝酸介质中研究MMH与亚硝酸的反应动力学;3,在硝酸介质中研究DMHAN和MMH与七价锝的反应情况。研究结果如下:1,本文对DMHAN进行了分析,首次采用三价铁氧化DMHAN后重铬酸钾滴定的方法对DMHAN在硝酸介质中的稳定性进行了研究。结果表明:自制的DMHAN纯度达99%,能满足实验要求;DMHAN与三价铁以1∶4的比例进行反应;三价铁氧化DMHAN后,用重铬酸钾滴定法能够分析DMHAN的浓度,DMHAN可能的氧化产物甲醇、甲醛、甲酸不会对该分析产生影响;硝酸溶液中DMHAN的分解与硝酸浓度、温度密切相关:一定酸度和温度下变化不大,当t=35℃且[HNO3]=3.0mol/L时,DMHAN迅速分解。2,首次研究了MMH与亚硝酸的反应动力学,结果表明:高氯酸介质中MMH与亚硝酸的反应速率方程为:-d[HNO2]/dt=k[H+]0.94[MMH]1.11[HNO2]t=4.5℃、[ClO4-]=0.5mol/L时,反应速率常数k=(46.0±2.7)(mol/L)-2.05·S-1,该反应的活化能Ea=(43.4±0.1)kJ/mol;硝酸介质中MMH和亚硝酸反应的速率方程为:-d[HNO2]/dt=k[H+][NO3-]1.14[MMH]1.08[HNO2]t=2.6℃、[NO3-]=0.5mol/L时,反应速率常数k=(115±2)(mol/L)-3.22·S-1,陔反应的活化能Ea=(37.8±0.1)kJ/mol。3,DMHAN和七价锝反应的研究结果表明:研究范围内,DMHAN不与七价锝发生反应,即七价锝的存在不会造成还原剂DMHAN的消耗;4,MMH与七价锝反应的研究结果表明:MMH与七价锝的反应分为三个阶段,即诱导期、快速反应阶段和反应终止。诱导期的长短与体系的酸度、MMH浓度和七价锝浓度有关。该诱导期阶段反应速率方程为:-d[Tc(Ⅶ)]/dt=k1[H+]0.64[MMH]0.45[TC(Ⅶ)]t=40℃、[NO3-]=3.0mol/L时,该反应的速率常数k1=(0.029±0.002)(mol/L)-1.09·h-1。该反应诱导期的反应活化能Ea1=(56.5±0.2)(kJ/mol)。诱导期结束后,该反应进入快速反应阶段,反应速率方程为:-d[Tc(Ⅶ)]/dt=k2[H+]0.47[MMH]0.22[Tc(Ⅷ)]当t=40℃、[NO3-]=3.0mol/L时,k2=(0.186±0.002)(mol/L)-0.69·h-1。快反应阶段的反应活化能Ea2=(51.6±0.4)kJ/mol。该实验条件下,NO3-对该反应速率影响很小。当七价锝被还原为低价锝后,会重新被氧化为七价锝,被氧化的低价锝的量与体系的酸度、还原剂浓度有关。同样条件下MMH与七价锝的反应比肼与七价锝的反应速度慢得多,因此七价锝的存在不会造成支持还原剂MMH的大量消耗。