- •Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности
- •Лабораторный практикум
- •Введение
- •Лабораторная работа №1 Исследование процесса ионообменной сорбции в динамическом режиме
- •Теоретическая часть
- •Области применения ионообменных смол:
- •Экспериментальная часть
- •Реактивы и оборудование
- •Приготовление реактивов и подготовка катионита к работе
- •Порядок проведения эксперимента
- •Вопросы для подготовки к защите лабораторной работы
- •Лабораторная работа №2 Выделение йода методом экстракции
- •Теоретическая часть
- •Области применения экстракционных процессов.
- •Экспериментальная часть
- •Реактивы и оборудование:
- •Приготовление реактивов:
- •Порядок проведения эксперимента
- •Вопросы для подготовки к защите лабораторной работы
- •Лабораторная работа № 3 Определение массовой концентрации алюминия в воде фотометрическим методом
- •Теоретическая часть
- •Растворение оболочек из алюминия
- •Описание лабораторной установки:
- •Реактивы и оборудование:
- •Порядок проведения эксперимента:
- •Литература:
- •Дополнительная литература
Растворение оболочек из алюминия
Алюминиевые оболочки растворяют в щелочи или азотной кислоте, причем в последнем случае возможно частичное или полное растворение сердечник из металлического урана.
Растворение алюминия в растворе едкого натра проходит по реакции:
Al+NaOH+ Н20 NaAlО2 + 1,5Н2, (3.1)
протекающий с выделением тепла 7000 ккал/кг растворенного алюминия. При увеличении концентрации NaOH от 2 до 5 М скорость растворения алюминия возрастает примерно в семь раз. Потери урана при использовании растворов NaOH с концентрацией до 30% очень малы, но в 50%-ном растворе скорость растворения урана становится заметной. Недостатком этого процесса является выделение взрывоопасного газа – водорода. Для подавления реакции выделения водорода в реакционную смесь вводят окислители: нитрит или нитрат натрия. В этом случае реакции растворения алюминия протекают по уравнениям:
Al + 0,5NaOH + 0,5NaNO3 + 0,5H2O = NaAlO2 + 0,5NH2↑ (3.2)
Al + 0,625NaOH + 0,375NaNO3 + 0,25H2O = NaAlO2 + 0,375NH3; (3.3)
Al + 0,85NaOH + 1,05NaNO3 = NaAlO2 + 0,9NaNO2 + 0,15NH3 + 0,2H2O (3.4)
Минимальное выделение водорода происходит при стехиометрических соотношениях последней реакции. Скорость растворения алюминия возрастает с увеличением температуры и концентрации гидроксида натрия. Например, для раствора, содержащего 10%-ный NaOH и 20%-ный NaNO3, при увеличении температуры от 60 до 100°С линейная скорость растворения алюминия возрастает примерно в 3 раза. Кристаллизация алюмината натрия зависит от концентрации этой соли в щелочи и может быть предотвращена, если молярное отношение едкого натра и алюминия в растворе равно 1,65:1.
HNO3 пассивирует поверхность алюминия, и поэтому, растворение ведут в присутствии катализатора – нитрата ртути. Возможными реакциями являются:
Al + 6HNO3 = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O; (3.5)
Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2H2O; (3.6)
8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3+3N2O + 15H2O4 (3.7)
2Al + 6HNO3 = 2Al(NO3)3 + 3H2 (3.8)
По мере того, как образуется при гидролизе нитрата алюминия HNO3 взаимодействует с Al, получаются растворы с недостатком кислоты:
Al(NO3)3+3H2O=Al(OH)(NO3)2+HNO3; (3.9)
HNO3+Al+H2O=Al(OH)2(NO3)3 + соединения азота. (3.10)
Для описания процесса растворения Al в 4 М HNO3 приложена реакция:
Al+3,75HNO3=Al(NO3)3+0,225NO+0,15N2O+0,1125N2+1,875H2O. (3.11)
Однако некоторые данные не подтверждают присутствия азота в продуктах реакции. Содержание водорода в отходящих газах после конденсатора составляет 2 – 8% при концентрации кислоты 1 – 2 М и быстро возрастает для растворов с недостатком кислоты, достигая максимума 23% при недостатке 2 М. Это свидетельствует о том, что по мере протекания процесса стехиометрия раствора такова, что реакция с образованием двуокиси азота постепенно затухает в пользу других реакций. Расход кислоты для растворения литых и штампованных стержней одинаков. В среднем он составляет 4 – 4,1М HNO3 на 1 М растворенного Аl. Наименьший расход кислоты 3,8М был получен при растворении штампованного стержня при 2М недостатке кислоты.