Sorption separation of niobium-zirconium cations mixture

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The work shows for the first time the possibility of using sorption technologies to separate a mixture of radioactive niobium and zirconium cations, which are part of the waste generated in the nuclear fuel cycle. The separation of these atoms will significantly reduce the costs of waste disposal, as well as provide an opportunity to reuse zirconium ions. In this work the process of ion separation using anion exchanger AB-17-8 is investigated in detail, conditions for more effective realization of the process under dynamic conditions are selected and its mechanism is proposed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. V. Samonin

Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University)

Author for correspondence.
Email: samonin@lti-gti.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

Yu. S. Fedorova

Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University)

Email: samonin@lti-gti.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

V. Yu. Morozova

Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University)

Email: samonin@lti-gti.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

M. E. Sikoeva

Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University); Saint Petersburg State University

Email: samonin@lti-gti.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

References

  1. Anttila M., Posiva Oy. Radioactive characteristics of the spent fuel of the Finnish nuclear power plants. Helsinki.: ИЗДАТЕЛЬСТВО, 2005. 2005.
  2. Критерии классификации удаляемых радиоактивных отходов (утв. постановлением Правительств а РФ от 19 октября 2012 г. № 1069). С изменениями и дополнениями от: 4 февраля 2015 г.
  3. Троянов В. АЭС-2006 // Журнал Росэнергоатом. 2008. № 5. С. 18.
  4. Троянов В., Лавренюк П., Молчанов В. Ядерное топливо. Современное состояние и проблемы // Журнал Росэнергоатом. 2008. № 5. С. 22.
  5. E.D. Collins, G.D. DelCul, B.B. Spencer, R.R. Brunson, J.A. Johnson, D.S. Terekhov, N.V. Emmanuel. Process Development Studies for Zirconium Recovery/Recycle from Used Nuclear Fuel Cladding // Procedia Chemistry. 2012. V. 7. № 2. P. 72. https://doi.org/10.1016/j.proche.2012.10.013
  6. Травников С.С., Трофимов Т.И., Винокуров С.Е. и др. Способ отверждения жидких высокоактивных отходов. Пат. 2522274 РФ. 2014.
  7. Николаев А.И., Майоров В.Г. Новые подходы в технологии экстракции ниобия и тантала. // Доклады академии наук. 2007. Т. 415. № 1. С. 67.
  8. Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. Т. 2. М.: Лаборатория знаний, 2021.
  9. Спиридонова Е.А., Самонин В.В., Подвязников М.Л., Морозова В.Ю. Получение и исследование модифицированного фуллеренами химического поглотителя аммиака на основе активного угля // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. № 5. С. 683.
  10. Самонин В.В., Никонова В.Ю., Подвязников М.Л. Селективность модифицированных фуллеренами активных углей по отношению к смесям катионов цветных металлов в водных растворах // Журнал физической химии. 2008. Т. 82. № 8. С. 1547.
  11. Нестеров Ю.В. Иониты и ионообмен. Сорбционная технология при добыче урана и других металлов методов подземного выщелачивания. М.: Атомредметзолото, 2007.
  12. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод. М. : Мир, 2006.
  13. Николаева Л.А. Водоподготовка на тепловых электростанциях. Ионообменные технологии. / Учебное пособие / Челябинск: ЧФ ПЭИпк, 2013.
  14. Нестеров Ю.В. Иониты и ионообмен. Москва: Внешторгиздат, 2007.
  15. Шишкина Н.Д., Тагиров Б.Р., Бычкова Я.В., Волченкова В.А. Гидролиз и комплексообразование Zr и Hf в водных растворах HClO4, HCl и NaOH в равновесии с бадделеитом (Zr, Hf)O2 (кр.) при 250 ºС // Журнал физической химии. 2018. Т. 92. № 11. С. 1710.
  16. C. Peiffert, C. Nguyen-Trung, D.A. Palmer, J.P. Laval, E. Giffaut Solubility of B-Nb2O5 and the Hydrolysis of Niobium(V) in Aqueous Solution as a Function of Temperature and Ionic Strength // J. Solution Chem. 2010. V. 39. P. 197.
  17. A. Ultarakova, Z. Karshyga, N. Lokhova, A. Yessengaziyev, K. Kassymzhanov, A. Mukangaliyeva Studies of Niobium Sorption from Chloride Solutions with the Use of Anion-Exchange Resins // Processes 2023. V. 11. N 4. Paper 1288. https://doi.org/10.3390/pr11041288.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Mechanism of cation exchange on cationite KU-2-8.

Download (81KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Structural formula of anionite AB-17-8 in Cl– form.

Download (78KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Sorption isotherms of zirconium ions Zr4+ from individual solutions on KU-2-8. 1 – experiment; 2 – calculation according to equation (3).

Download (105KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Isotherm of sorption of niobium cations Nb5+ from individual solutions on cation exchanger KU-2-8 and anion exchanger AV-17-8. 1 – AV-17-8 experiment; 2 – calculation according to equation (5); 3 – KU-2-8 experiment; 4 – calculation according to equation (7).

Download (92KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Output curves of ion sorption on the anion exchanger AV-17-8, at a hydrochloric acid concentration of 0.1 N: 1 – niobium; 2 – zirconium.

Download (92KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Output curves of ion sorption on the anion exchanger AV-17-8 from a 0.5 N solution of hydrochloric acid: 1 – niobium; 2 – zirconium.

Download (90KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Output curves of ion sorption on the anion exchanger AV-17-8 from a 1.0 N solution of hydrochloric acid: 1 – niobium; 2 – zirconium.

Download (96KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences