RU2114061C1 - Method of high-concentrated uranium processing - Google Patents

Method of high-concentrated uranium processing Download PDF

Info

Publication number
RU2114061C1
RU2114061C1 RU97102960A RU97102960A RU2114061C1 RU 2114061 C1 RU2114061 C1 RU 2114061C1 RU 97102960 A RU97102960 A RU 97102960A RU 97102960 A RU97102960 A RU 97102960A RU 2114061 C1 RU2114061 C1 RU 2114061C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
oxides
plutonium
denitration
content
Prior art date
Application number
RU97102960A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97102960A (en
Inventor
Г.П. Хандорин
В.М. Короткевич
В.В. Лазарчук
Ф.А. Дорда
Н.В. Дедов
Г.В. Сафошкин
Original Assignee
Сибирский химический комбинат
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сибирский химический комбинат filed Critical Сибирский химический комбинат
Priority to RU97102960A priority Critical patent/RU2114061C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2114061C1 publication Critical patent/RU2114061C1/en
Publication of RU97102960A publication Critical patent/RU97102960A/en

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemical technology, nuclear materials. SUBSTANCE: high-concentrated uranium is placed to nitric acid solution. Extractive purification of uranium from plutonium, alloying metals and products of radioactive element degradation is carried out using tributyl phosphate solution in hydrocarbon solvent. Denitration of uranium solution to oxides is carried out in low-temperature air plasma. Obtained uranium oxides are fluorinated in homogeneous mixture with calcium and/or magnesium oxides at their content 0.5-2 wt. -% of uranium content in mixture. Calcium and/or magnesium can be added to uranium solution before denitration. Invention ensures to process high-concentrated uranium to low-concentrated product. EFFECT: increased purity degree of uranium from plutonium and output of process. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии переработки высокообогащенного урана, в частности оружейного, в низкообогащенный энергетического назначения. The invention relates to a technology for the processing of highly enriched uranium, in particular weapons grade, into low enriched energy.

Известен способ разбавления высокообогащенного урана путем смешения оксидных порошков высокообогащенного урана и низкообогащенного, полученных тем или иным способом (А. Макхиджани и др. "Ядерные материалы сквозь тусклое стекло?", IEEP PRESS, 1995). A known method of diluting highly enriched uranium by mixing oxide powders of highly enriched uranium and low enriched obtained in one way or another (A. Makkhidzhani et al. "Nuclear materials through dull glass?", IEEP PRESS, 1995).

Недостатком данного способа разбавления высокообогащенного урана низкообогащенным является недостаточная гомогенность смешанной порошковой смеси. The disadvantage of this method of diluting highly enriched uranium with low enriched is the lack of homogeneity of the mixed powder mixture.

Известна фторидно-газовая технология переработки высокообогащенного урана с последующим разбавлением гексафторида обогащенного урана гексафторидом низкообогащенного урана. Способ включает в себя следующие операции:
- окисление металлического высокообогащенного урана в диоксид урана;
- взаимодействие диоксида высокообогащенного урана с плавиковой кислотой с получением тетрафторида урана;
- сжигание тетрафторида урана в токе фтора с образованием высокообогащенного гексафторида урана;
- разбавление гексафторида обогащенного урана низкообогащенным гексафторидом урана (А.Макхиджани и др. "Ядерные материалы сквозь тусклое стекло? ").
Known fluoride-gas technology for the processing of highly enriched uranium, followed by dilution of the enriched uranium hexafluoride with low enriched uranium hexafluoride. The method includes the following operations:
- oxidation of highly enriched metallic uranium into uranium dioxide;
- the interaction of highly enriched uranium dioxide with hydrofluoric acid to produce uranium tetrafluoride;
- burning of uranium tetrafluoride in a fluorine stream with the formation of highly enriched uranium hexafluoride;
- dilution of enriched uranium hexafluoride with low enriched uranium hexafluoride (A. Makkhidjani et al. "Nuclear materials through dull glass?").

Недостатками данного способа являются:
- недостаточная очистка урана от продуктов распада урана-232, особенно тория-228, таллия-208 и висмута-212, обладающих жестким гамма-излучением;
- недостаточная очистка от плутония на операциях получения тетрафторида урана и его последующего фторирования, что требует дополнительных операций по очистке гексафторида урана от остаточного содержания плутония в нем.
The disadvantages of this method are:
- insufficient purification of uranium from the decay products of uranium-232, especially thorium-228, thallium-208 and bismuth-212, which have hard gamma radiation;
- insufficient purification from plutonium in operations to obtain uranium tetrafluoride and its subsequent fluorination, which requires additional operations to purify uranium hexafluoride from residual plutonium content in it.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ переработки высокообогащенного урана, включающий следующие операции (Башлачев В.Н. и др. Доклад на 4 научно-технической конференции Сибирского химкомбината, г. Серерск, 28-31 мая 1996):
- окисление металлического урана до закиси-окиси урана;
- растворение закиси-окиси урана в растворе азотной кислоты;
- два экстракционных цикла очистки урана от плутония, легирующих металлов, продуктов радиоактивного распада;
- денитрация реэкстракта урана второго экстракционного цикла осаждением солей полиураната аммония 25 мас.% раствором аммиака с последующей переработкой маточных растворов совместно с воднохвостовыми растворами до сбросных норм по содержанию урана;
- прокаливание молей полиураната аммония до оксида урана;
- фторирование закиси-окиси высокообогащенного урана до гексафторида урана с последующим его разбавлением низкообогащенным гексафторидом урана.
Closest to the technical nature of the proposed method is a method of processing highly enriched uranium, including the following operations (Bashlachev V.N. et al. Report at the 4th scientific and technical conference of the Siberian Chemical Plant, Serersk, May 28-31, 1996):
- oxidation of metallic uranium to nitrous oxide-uranium;
- dissolution of uranium oxide-uranium in a solution of nitric acid;
- two extraction cycles for the purification of uranium from plutonium, alloying metals, and radioactive decay products;
- denitration of a uranium reextract of the second extraction cycle by precipitation of ammonium polyuranate salts with a 25 wt.% ammonia solution, followed by processing of the mother liquors together with water-tail solutions to discharge standards for uranium content;
- calcination of moles of ammonium polyuranate to uranium oxide;
- fluorination of nitrous oxide of highly enriched uranium to uranium hexafluoride, followed by its dilution with low enriched uranium hexafluoride.

Недостатками данного способа, взятого нами за прототип, являются:
- многоцикличность процесса (два экстракционных цикла очистки урана от плутония, легирующих металлов, продуктов радиоактивного распада; аммиачное осаждение солей полиураната аммония; прокаливание солей полиураната аммония; фторирование закиси-окиси урана), в результате чего объем водных растворов возрастает в 3-5 раз по сравнению с объемом исходного раствора;
- относительно низкая производительность вследствие многоцикличности технологического процесса в целом и длительности отдельных операций в частности;
- усложнение аппаратурно-технологической схемы в целом.
The disadvantages of this method, taken by us as a prototype, are:
- multi-cycle process (two extraction cycles for purification of uranium from plutonium, alloying metals, products of radioactive decay; ammonia precipitation of salts of ammonium polyuranate; calcination of salts of ammonium polyuranate; fluorination of uranium oxide-oxide), as a result, the volume of aqueous solutions increases by 3-5 times compared with the volume of the original solution;
- relatively low productivity due to the multi-cycle process as a whole and the duration of individual operations in particular;
- the complexity of the hardware-technological scheme as a whole.

Целью изобретения является увеличение степени очистки урана от плутония на операции фторирования, что позволит увеличить производительность технологического процесса переработки высокообогащенного урана в целом за счет исключения второго экстракционного цикла, сократить объем водных растворов, упростить аппаратурно-технологическую схему. The aim of the invention is to increase the degree of purification of uranium from plutonium in fluorination operations, which will increase the productivity of the technological process of processing highly enriched uranium as a whole by eliminating the second extraction cycle, reduce the volume of aqueous solutions, and simplify the hardware-technological scheme.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем переведение высокообогащенного урана в раствор, экстракционную очистку урана от плутония, легирующих металлов и продуктов радиоактивного распада раствором трибутилфосфата в углеродном разбавителе, денитрацию азотнокислых растворов урана до оксидов, фторирование оксидов урана до гексафторида урана, фторирование оксидов урана осуществляют в гомогенной смеси с оксидами кальция и/или магния, с содержанием их 0,5 - 2 мас.% от содержания урана в исходной смеси; денитрации подвергают азотнокислые растворы урана, содержащие кальция и/или магний; денитрацию осуществляют в низкотемпературной воздушной плазме. This goal is achieved by the fact that in the proposed method, including the conversion of highly enriched uranium to a solution, extraction purification of uranium from plutonium, alloying metals and radioactive decay products with a solution of tributyl phosphate in a carbon diluent, denitration of nitric acid solutions of uranium to oxides, fluorination of uranium oxides to uranium fluoride, uranium oxides are carried out in a homogeneous mixture with oxides of calcium and / or magnesium, with a content of 0.5 to 2 wt.% of the content of uranium in the initial mixture; denitrate nitric acid solutions of uranium containing calcium and / or magnesium; denitration is carried out in low-temperature air plasma.

Фторирование оксидов урана в гомогенной смеси с оксидами кальция и/или магния с содержанием последних 0,5-2 мас. % от содержания урана в смеси способствует увеличению коэффициентов очистки урана от плутония за счет образования нелетучих комплексных соединений фторидов щелочноземельных элементов с гексафторидом плутония, исключению местных перегревов в аппарате фторирования, защите внутренних поверхностей аппарата фторирования от прожогов за счет образования на них гарнисажного слоя из тугоплавких фторидов кальция и/или магния, упрощению аппаратурно-технологической схемы переработки высокообогащенного урана за счет исключения второго экстракционного цикла. Fluorination of uranium oxides in a homogeneous mixture with calcium and / or magnesium oxides with a content of the last 0.5-2 wt. % of the uranium content in the mixture increases the coefficients of purification of uranium from plutonium due to the formation of non-volatile complex compounds of fluorides of alkaline earth elements with plutonium hexafluoride, the elimination of local overheating in the fluorination apparatus, protection of the internal surfaces of the fluorination apparatus from burns due to the formation of a skull layer of refractory fluorides on them calcium and / or magnesium, simplification of the hardware-technological scheme of processing highly enriched uranium by eliminating the second ext ktsionnogo cycle.

Введение кальция и/или магния в азотнокислый раствор урана с последующей денитрацией его в низкотемпературной воздушной плазме позволяет получить идеально гомогенную смесь порошков оксидов с более высокой дисперсностью, удельной поверхностью и активностью, что окажет положительное влияние на процесс их фторирования. The introduction of calcium and / or magnesium into a nitric acid solution of uranium, followed by its denitration in low-temperature air plasma, makes it possible to obtain a perfectly homogeneous mixture of oxide powders with a higher dispersion, specific surface area, and activity, which will have a positive effect on the process of their fluorination.

Предлагаемый способ был проверен на опытных установках ВЧ-плазмохимической денитрации и фторирования порошков закиси окиси урана. The proposed method was tested in pilot plants of RF-plasma-chemical denitration and fluorination of uranium oxide powders.

Пример. Реэкстракт урана первого экстракционного цикла состава:уран 50-300 г/л, плутоний 100 Бк/г U, азотная кислота 0,5 моль/л, кальций и/или магний 0-2 мас.% от содержания урана подвергался денитрации на ВЧ-плазмохимической установке в следующих режимах ее работы:
колебательная мощность плазмотрона ... 60 кВт;
плазмообразующий газ ... воздух;
расход воздуха на плазмообразование ... 12 нм3/ч.;
расход воздуха на распыл ... 10 нм3/ч;
расход раствора ... 15-20 л/ч;
температура плазмообразующего газа на выходе из плазмотрона ... 3000-5000oC;
температура пылегазового потока, выходящего из плазмохимического реактора ... 400-500oC.
Example. Uranium reextract of the first extraction cycle of the composition: uranium 50-300 g / l, plutonium 100 Bq / g U, nitric acid 0.5 mol / l, calcium and / or magnesium 0-2 wt.% Of the uranium content was denitrated at HF plasma-chemical installation in the following modes of its operation:
oscillatory power of the plasma torch ... 60 kW;
plasma gas ... air;
air consumption for plasma formation ... 12 nm 3 / h;
air consumption for spraying ... 10 nm 3 / h;
solution flow rate ... 15-20 l / h;
the temperature of the plasma gas at the exit of the plasma torch ... 3000-5000 o C;
the temperature of the dust and gas stream leaving the plasma-chemical reactor ... 400-500 o C.

Полученную смесь порошков оксидов урана с оксидами щелочноземельных элементов фторировали фтором в непрерывном режиме работы установки. Массовый расход порошка оксидов металлов - 2 кг/ч, фтора - 1 кг/ч, температура реагирующей смеси - 400-500oC.The resulting mixture of powders of uranium oxides with oxides of alkaline earth elements was fluorinated with fluorine in the continuous operation of the installation. The mass flow rate of the powder of metal oxides is 2 kg / h, fluorine is 1 kg / h, the temperature of the reaction mixture is 400-500 o C.

Данные, полученные в ходе проведения экспериментов, приведены в таблице. The data obtained during the experiments are shown in the table.

Из данных, представленных в таблице, следует, что наличие в порошках оксида урана гомогенно распределенных в нем частиц порошка оксидов кальция и/или магния существенно влияет на коэффициенты очистки урана от плутония, причем резкое увеличение коэффициентов очистки наблюдается при содержании в них оксидов кальция и/или магния 0,5 мас.% от содержания урана. Дальнейшее увеличение содержания оксидов щелочноземельных металлов не приводит к существенному увеличению коэффициентов очистки урана от плутония. From the data presented in the table, it follows that the presence in the powders of uranium oxide of particles of powder of calcium and / or magnesium oxides homogeneously distributed in it substantially affects the coefficients of purification of uranium from plutonium, and a sharp increase in the cleaning coefficients is observed when they contain calcium oxides and / or magnesium 0.5 wt.% of the uranium content. A further increase in the content of oxides of alkaline earth metals does not lead to a significant increase in the coefficients of purification of uranium from plutonium.

Содержание плутония в гексафториде урана при наличии в исходном оксиде урана 0,5-2 мас.% от массы урана оксидов щелочноземельных металлов составило 0,04-0,06 Бк/г U, что удовлетворяет требованиям технических условий на очищенный ВОУ. The plutonium content in uranium hexafluoride in the presence of 0.5-2 wt.% Of the mass of uranium oxides of alkaline earth metals in the initial uranium oxide was 0.04-0.06 Bq / g U, which meets the technical requirements for purified HEU.

Процесс фторирования оксидов урана в присутствии в нем гомогенно распределенных оксидов щелочноземельных металлов протекал без местных перегревов загруженной смеси и наличия значительных перепадов температуры по всей длине реактора. The process of fluorination of uranium oxides in the presence of homogeneously distributed alkaline earth metal oxides in it proceeded without local overheating of the loaded mixture and the presence of significant temperature drops along the entire length of the reactor.

Таким образом, осуществление предлагаемого способа позволит получать гексафторид высокообогащенного урана с содержанием плутония, удовлетворяющим требованиям спецификаций, пригодный для получения из него гексафторида урана энерготехнического назначения, при этом в существующей технологической схеме исключается второй экстракционный цикл очистки урана от плутония, операция аммиачного осаждения солей полиураната аммония и операции, связанные с переработкой маточных растворов. Thus, the implementation of the proposed method will allow to obtain highly enriched uranium hexafluoride with a plutonium content that meets the requirements of the specifications, suitable for obtaining uranium hexafluoride from it for energy purposes, while the existing technological scheme excludes the second extraction cycle for purifying uranium from plutonium, the operation of ammonia deposition of ammonium polyuranate salts and operations related to the processing of mother liquors.

Кроме того, второй экстракционный цикл можно использовать в качестве первого, что позволит увеличить производительность экстракционных установок по переработке обогащенного урана примерно в 2 раза. In addition, the second extraction cycle can be used as the first, which will increase the productivity of extraction plants for processing enriched uranium by about 2 times.

Claims (3)

1. Способ переработки высокообогащенного урана, включающий получение оксидов урана и фторирование полученных оксидов урана до гексафторида урана, отличающийся тем, что оксиды урана получают переводом высокообогащенного урана в азотнокислый раствор, экстракционной очисткой урана от плутония, легирующих металлов и продуктов радиоактивного распада раствором трибутилфосфата в углеводородном разбавителе и денитрацией растворов урана до оксидов, а фторированию подвергают оксиды урана в гомогенной смеси с оксидами кальция и/или магния с содержанием последних 0,5 - 2 мас.% от содержания урана в смеси. 1. A method of processing highly enriched uranium, including the production of uranium oxides and fluorination of the obtained uranium oxides to uranium hexafluoride, characterized in that the uranium oxides are obtained by the conversion of highly enriched uranium to a nitric acid solution, by the extraction purification of uranium from plutonium, alloying metals and radioactive decay products with a solution of tributyl phosphate in hydrocarbon diluent and denitration of uranium solutions to oxides, and uranium oxides in a homogeneous mixture with oxides of calcium and / or magnesium with the content of the latter 0.5 - 2 wt.% of the uranium content in the mixture. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что денитрации подвергают азотнокислые растворы урана, содержащие кальций и/или магний. 2. The method according to p. 1, characterized in that the denitration is subjected to nitric acid solutions of uranium containing calcium and / or magnesium. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что денитрацию осуществляют в низкотемпературной воздушной плазме. 3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the denitration is carried out in a low-temperature air plasma.
RU97102960A 1997-02-28 1997-02-28 Method of high-concentrated uranium processing RU2114061C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97102960A RU2114061C1 (en) 1997-02-28 1997-02-28 Method of high-concentrated uranium processing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97102960A RU2114061C1 (en) 1997-02-28 1997-02-28 Method of high-concentrated uranium processing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2114061C1 true RU2114061C1 (en) 1998-06-27
RU97102960A RU97102960A (en) 1999-03-10

Family

ID=20190270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97102960A RU2114061C1 (en) 1997-02-28 1997-02-28 Method of high-concentrated uranium processing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2114061C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69820926T2 (en) Process, device and use of a catalyst for the decomposition of fluorinated compounds
RU2007212C1 (en) Catalyst for fluorination of halogenated aliphatic hydrocarbons
US8747790B2 (en) Advanced dry head-end reprocessing of light water reactor spent nuclear fuel
GB2146978A (en) Process of preparing nitrogen trifluoride by gas-solid reaction
US4206189A (en) Method of producing hydrogen fluoride and silicon dioxide from silicon tetra-fluoride
RU2114061C1 (en) Method of high-concentrated uranium processing
US5888468A (en) Method for producing silicon tetrafluoride from uranium tetrafluoride
US3961024A (en) Fluoro compound production
JP5043836B2 (en) Method for recycling zirconium tetrafluoride to form zirconia
CA1142070A (en) Process for removing very adhesive and dusty deposits in equipment for handling uranium hexafluoride
Sakurai et al. The composition of NO x generated in the dissolution of uranium dioxide
US5901338A (en) Method for producing uranium oxide and silicon tetrafluoride from uranium tetrafluoride, silicon, and a gaseous oxide
RU2203225C2 (en) Uranium hexafluoride conversion method
JPS5521541A (en) Process for purifying waste phosphoric acid used in chemicial grinding
RU2112744C1 (en) Method of processing high-concentration uranium
US3340019A (en) Process for the reprocessing of irradiated compact fuels by fluorination
Girgis et al. Reactivity of Various UO3 Modifications in the Fluorination to UF4 by FREON-12
JP2002255558A (en) Method for converting fluoride into oxide
RU2225361C1 (en) Method for jointly reusing zirconium dioxide and silicon tetrafluoride
RU2275705C2 (en) Method for recovering heavy-metal fluorides
RU2054718C1 (en) Method for producing flaw-detection gamma-radiation source
US3451790A (en) Method of separating neptunium and uranium values
US6086836A (en) Method for producing uranium oxide from uranium oxyfluoride and silicon
RU2326052C2 (en) Method cleaning uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide
RU2093469C1 (en) Method of preparing saturated fluorides