RU2122250C1 - Method of treating materials containing uranium and thorium radionuclides - Google Patents
Method of treating materials containing uranium and thorium radionuclides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2122250C1 RU2122250C1 RU94041038A RU94041038A RU2122250C1 RU 2122250 C1 RU2122250 C1 RU 2122250C1 RU 94041038 A RU94041038 A RU 94041038A RU 94041038 A RU94041038 A RU 94041038A RU 2122250 C1 RU2122250 C1 RU 2122250C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- thorium
- radionuclides
- metal
- platinum
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ядерной техники, связанной с обработкой материалов с радиоактивным заражением и касается дезактивации твердых радиоактивных материалов, а более конкретно выделения урана и тория из металлических материалов. The invention relates to the field of nuclear engineering related to the processing of materials with radioactive contamination and relates to the decontamination of solid radioactive materials, and more particularly the separation of uranium and thorium from metallic materials.
Изобретение может быть использовано для выделения урана и тория из шлиховой платины. The invention can be used to isolate uranium and thorium from schlich platinum.
Известны различные пирометаллургические способы обработки материалов с радиоактивным заражением, например твердых высокоактивных графитосодержащих отходов, путем их окисления в режиме беспламенного горения и последующего отделения графита от радионуклидов (а.с. СССР N 1718277, МКИ G 21 F 9/32, з. 31.05.89, оп.бюл. N 9, 1992 г.) либо радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности путем пиролиза с образованием шлаков (а.с. СССР N 1810911, МКИ G 21 F 9/32, з.09.08.90., оп.бюл. N 15, 1993 г.). There are various pyrometallurgical methods for processing materials with radioactive contamination, for example, solid highly active graphite-containing wastes, by their oxidation in flameless combustion and subsequent separation of graphite from radionuclides (AS USSR N 1718277, MKI G 21 F 9/32, Z. 31.05. 89, op. Bull. N 9, 1992) or radioactive waste of low and medium levels of activity by pyrolysis with the formation of slag (AS USSR N 1810911, MKI G 21 F 9/32, z 09.08.90., op.byul. N 15, 1993).
Принимая во внимание, что практически все материалы с радиоактивным заражением содержат долгоживущие радионуклиды урана и тория, то известные способы можно рассматривать как технологию обработки содержащих уран и торий материалов. Taking into account that almost all materials with radioactive contamination contain long-lived radionuclides of uranium and thorium, the known methods can be considered as a technology for processing materials containing uranium and thorium.
Температура нагрева перерабатываемых материалов в указанных известных способах составляет несколько сотен градусов, что позволяет осуществлять только прокаливание неметаллических материалов. Такая температура недостаточна для выделения высокотемпературных металлических составляющих урана и тория из содержащей их шлиховой платины. The heating temperature of the processed materials in these known methods is several hundred degrees, which allows only calcining non-metallic materials. This temperature is insufficient to isolate the high-temperature metal components of uranium and thorium from the platinum concentrate containing them.
Известен также способ обработки содержащих уран и торий материалов, а именно способ пирометаллургического выделения трансурановых элементов (РЖ "Химия", 1992 г., реферат 22Л1). Способ включает получение расплава оксидов трансурановых элементов. There is also known a method of processing materials containing uranium and thorium, namely a method for pyrometallurgical isolation of transuranium elements (RZh Khimiya, 1992, abstract 22L1). The method includes obtaining a melt of oxides of transuranium elements.
Однако, применяемое в известном способе микроволновое нагревание из-за недостаточно высокой температуры нагрева содержащего уран и торий материала не позволяет использовать данный способ для выделения этих высокотемпературных элементов из шлиховой платины. However, the microwave heating used in the known method due to the insufficiently high heating temperature of the uranium and thorium-containing material does not allow using this method to isolate these high-temperature elements from platinum concentrate.
Известны также способы обработки содержащих уран и торий металлических материалов - радиоактивных отходов щелочных металлов (а.с. СССР N 1347788, МКИ G 21 F 9/30, з.03.01.86., оп.бюл. N 28, 1991 г., а.с. СССР N 1448943, МКИ G 21 F 9/06, з. 20.01.87., оп.бюл. N 23, 1991 г., а.с. СССР N 1547575, МКИ G 21 F 9/16, з. 05.01.88., оп. бюл. N 36, 1991 г.). There are also known methods of processing uranium and thorium-containing metallic materials - radioactive waste of alkali metals (AS USSR N 1347788, MKI G 21 F 9/30, 03.03.01.86., Opp. Bull. N 28, 1991, USSR AS N 1448943, MKI G 21 F 9/06, з.20.01.87., opt.bulletin N 23, 1991, USSR AS N 1547575, MKI G 21 F 9/16, Z. 05.01.88., Op. Bulletin N 36, 1991).
Способы обработки радиоактивных отходов щелочных металлов включают расплавление металла в присутствии кислорода, например, в составе неорганического окислителя с получением окислов щелочного металла. Methods for treating radioactive waste of alkali metals include melting the metal in the presence of oxygen, for example, as part of an inorganic oxidizing agent to produce alkali metal oxides.
Известные способы не позволяют обрабатывать шлиховую платину из-за недостаточно высокой температуры для окисления урана и тория и выделений их из основного металла. Кроме того, разделения радионуклидов от металла в известном способе не производят, а осуществляют затаривание радиоактивного продукта и его захоронение. Known methods do not allow processing of schlich platinum due to insufficient temperature for the oxidation of uranium and thorium and their precipitation from the base metal. In addition, the separation of radionuclides from metal in the known method is not carried out, but the radioactive product is crated and buried.
Известен также способ обработки содержащего уран и торий металлического материала (п. СССР N 795522, МКИ G 21 F 9/16, з. 22.06.78., оп. бюл. N 1, 1981 г.). Способ включает плавление радиоактивных отходов в присутствии кислорода окислов отверждающего материала. В результате получают минеральный материал, в котором надежно закреплены радиоактивные вещества. Данный способ не может способствовать разделению урана и тория от компонентов шлиховой платины, так как использование в известной технологии особого отверждающего материала приводит к обратному результату - образованию стойких соединений радиоактивных элементов. There is also a known method of processing uranium and thorium-containing metal material (Sec. USSR N 795522, MKI G 21 F 9/16, c. 22.06.78., Op. Bull. N 1, 1981). The method includes melting radioactive waste in the presence of oxygen from the oxides of the curing material. The result is a mineral material in which radioactive substances are firmly fixed. This method cannot contribute to the separation of uranium and thorium from the components of schlich platinum, since the use of a special curing material in the known technology leads to the opposite result - the formation of stable compounds of radioactive elements.
Известен также способ обработки содержащих уран и торий металлических материалов, осуществленный посредством устройства для дезактивации плавлением металлических деталей, загрязненных радиоактивными продуктами (а.з. Японии N 3-74359, МКИ G 21 F 9/30, C 22 B 9/18, 9/193, з. 11.04.83., оп. "ИСМ", вып. 99, 1993 г., N 5). There is also a known method of processing uranium and thorium-containing metallic materials, carried out by means of a device for the melting decontamination of metal parts contaminated with radioactive products (AS Japan N 3-74359, MKI G 21 F 9/30, C 22 B 9/18, 9 / 193, z. 11.04.83., Op. "ISM", issue 99, 1993, N 5).
Способ включает плавление металлического материала с использованием шлака, а более конкретно - расплавление металлических деталей, предварительно загруженных в расплавленный шлак, в который при плавке выводятся радионуклиды. The method includes melting a metal material using slag, and more specifically, melting metal parts previously loaded into molten slag, into which radionuclides are removed during melting.
Однако, известный способ используется для дезактивации переплавом только металлических отходов, то есть материалов, которые содержат радионуклиды всех составляющих сплава, способных образовывать их в результате ядерной технологии, и направлен только на снижение общего уровня радиоактивности отходов для их захоронения. Существующая технология не дает возможности целенаправленно выделять радиоактивные компоненты сплава и комплексно использовать такое ценное сырье, как содержащая драгоценные металлы радиоактивная шлиховая платина. However, the known method is used for decontamination by remelting only metal waste, that is, materials that contain radionuclides of all alloy components capable of forming them as a result of nuclear technology, and is aimed only at reducing the overall level of radioactivity of the waste for disposal. The existing technology does not make it possible to purposefully isolate the radioactive components of the alloy and make complex use of such valuable raw materials as radioactive schlichite containing precious metals.
Кроме того, в известном способе, представляющем электрошлаковый переплав, куски металла плавятся от тепла шлака, при этом расход от выделяемого шлаком тепла на расплавление металла, как уточняется в описании к патенту, составляет 30-35%. Следовательно, в случае переработки шлиховой платины, содержащей Ir, Rh, Th, Ru, Os, имеющих высокую температуру плавления, возникает необходимость значительного перегрева шлака для расплавления шлиха и активизации радиоактивных составляющих. Это недопустимо, так как снижает рафинирующую способность шлака и способствует диссоциации оксидов урана и тория и их обратному переходу в металл. In addition, in the known method, which is electroslag remelting, the pieces of metal melt from the heat of the slag, while the flow rate from the heat released by the slag to melt the metal, as specified in the description of the patent, is 30-35%. Therefore, in the case of processing schlich platinum containing Ir, Rh, Th, Ru, Os, having a high melting point, there is a need for significant overheating of the slag to melt the concentrate and activate the radioactive components. This is unacceptable, since it reduces the refining ability of slag and promotes the dissociation of uranium and thorium oxides and their reverse transition to metal.
Следует также учесть, что наличие шлака в известном способе электрошлакового переплава необходимо для изоляции кристаллизующегося металла от атмосферы печи в целях предохранения слитка от окисления, что в случае переработки шлиховой платины имело бы отрицательный эффект из-за невозможности удаления из нее радиоактивных металлов - урана и тория, за счет отсутствия окислителя для образования их оксидов. It should also be noted that the presence of slag in the known method of electroslag remelting is necessary for isolating the crystallizing metal from the atmosphere of the furnace in order to protect the ingot from oxidation, which would have a negative effect in the case of processing platinum concentrate due to the impossibility of removing radioactive metals - uranium and thorium due to the absence of an oxidizing agent for the formation of their oxides.
Известен также способ обработки содержащих уран и торий металлических материалов - способ плавления состоящих из циркония и нержавеющей стали оболочек тепловыделяющих элементов атомных реакторов (РЖ "Химия", 1992 г., реферат 10Л23, а.с. СССР N 357596, МКИ G 21 C 19/34, з. 08.10.66., оп.бюл. N 33, 1972 г.). Способ включает плавление исходного материала в атмосфере аргона с добавлением 3-6% флюса (75% CaF2 и 25% MgF2). При переплаве оболочки очищаются от радиоактивности.There is also known a method of processing uranium and thorium-containing metallic materials — a method of melting the shells of fuel elements of atomic reactors consisting of zirconium and stainless steel (RZh Khimiya, 1992, abstract 10L23, USSR AS N 357596, MKI G 21 C 19 / 34, c. 08.10.66., Op.byul. N 33, 1972). The method includes melting the starting material in an argon atmosphere with the addition of 3-6% flux (75% CaF 2 and 25% MgF 2 ). When remelted, the shells are cleared of radioactivity.
Однако, применение фторидного флюса, защищающего поверхность расплавленного металла от окисления, и осуществление сплавления в атмосфере аргона не позволяют в случае использования способа для обработки шлиховой платины образоваться оксидам урана и тория и тем самым выделить из шлиховой платины эти элементы. However, the use of fluoride flux, which protects the surface of the molten metal from oxidation, and the implementation of fusion in an argon atmosphere do not allow the use of uranium and thorium oxides to form oxides of platinum in the processing of schlich platinum and thereby separate these elements from schlich platinum.
Известен также наиболее близкий аналог - способ обработки содержащих радионуклиды урана и тория металлических материалов, реализованный при работе устройства для переработки радиоактивных отходов (а.с. СССР N 1538798 МКИ G 21 F 9/16, з. 22.04.88., оп. 30.03.91., бюл. N 12), включающий окисление воздухом при плавлении с образованием металлического расплава и содержащего оксиды урана и тория шлака, последующий подогрев металлического расплава и затем отделение шлака от металла. The closest analogue is also known - a method for processing metal materials containing radionuclides of uranium and thorium, realized when the device for processing radioactive waste is used (AS USSR N 1538798 MKI G 21 F 9/16, z. 22.04.88., Op. 30.03 .91., Bull. N 12), including oxidation by air during melting with the formation of a metal melt and containing slag uranium and thorium oxides, subsequent heating of the metal melt and then separation of the slag from the metal.
Однако, известный способ за счет окисления материала воздухом только при плавлении не обеспечивает высокой степени окисления, а затем и извлечения урана и тория и продуктов их распада из металлического материала в связи с переходом этих металлов в расплав жидкой платины и последующей сложности их окисления в связи с образованием сплава платины с торием и ураном, в котором возникающие силы межатомного взаимодействия данных химических элементов весьма значительны. However, the known method due to the oxidation of the material by air only during melting does not provide a high degree of oxidation, and then the extraction of uranium and thorium and their decomposition products from the metal material in connection with the transition of these metals into molten liquid platinum and the subsequent complexity of their oxidation due to the formation of an alloy of platinum with thorium and uranium, in which the emerging forces of interatomic interaction of these chemical elements are very significant.
Кроме того, из-за неопределенности интервала температур и времени осуществления процесса данный способ не обеспечивает селективности извлечения урана и тория. In addition, due to the uncertainty of the temperature range and the time of the process, this method does not provide selectivity for the extraction of uranium and thorium.
Так, если при переработке радиоактивных отходов требуется только извлечь возможно большее количество радионуклидов, чтобы снизить уровень радиоактивности отходов, и не возникает проблемы сохранения каких-то определенных компонентов в оставшемся продукте, то при переработке металлических материалов с радиоактивным заражением, содержащих ценные компоненты, в том числе шлиховой платины, эти ценные компоненты (например, Au, Ag, платиновые металлы, Os) требуется сохранить. Однако, известный способ не реализует селективную очистку шлиховой платины от радионуклидов. So, if in the processing of radioactive waste it is only necessary to extract the greatest possible amount of radionuclides in order to reduce the level of radioactivity of the waste, and there is no problem of preserving any specific components in the remaining product, then in the processing of metal materials with radioactive contamination containing valuable components, including including platinum concentrate, these valuable components (for example, Au, Ag, platinum metals, Os) must be preserved. However, the known method does not realize the selective purification of schlich platinum from radionuclides.
При этом неопределенность температурно-временных режимов существующего способа при дезактивации шлиховой платины может привести к выделению газообразных оксидов урана и тория, которые подвергают радиоактивному заражению находящуюся над расплавом газовую фазу, а именно газообразные осмийсодержащие продукты, подлежащие дальнейшей переработке для выделения этого ценного компонента. At the same time, the uncertainty in the temperature-time regimes of the existing method during the decontamination of schlich platinum can lead to the release of gaseous oxides of uranium and thorium, which expose the gas phase above the melt to radioactive contamination, namely, gaseous osmium-containing products that must be further processed to isolate this valuable component.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение технологических возможностей способа - обеспечение дезактивации радиоактивной шлиховой платины. The task to which the invention is directed is to expand the technological capabilities of the method - to ensure the deactivation of radioactive schlich platinum.
Поставленная задача достигается за счет технического результата, который может быть получен при осуществлении изобретения, как более полного удаления урана и тория в шлак при сохранении ценных металлических компонентов в целевом продукте. The problem is achieved due to the technical result that can be obtained by carrying out the invention, as a more complete removal of uranium and thorium in the slag while maintaining valuable metal components in the target product.
Задача достигается тем, что в способе обработки содержащих радионуклиды урана и тория металлических материалов, включающем окисление воздухом при плавлении с образованием металлического расплава и содержащего радионуклиды урана и тория шлака, последующий подогрев металлического расплава в атмосфере воздуха и затем отделение шлака от металла, согласно изобретению в качестве содержащего радионуклиды урана и тория металлического материала используют шлиховую платину, процесс начинают с окислительного отжига исходного материала, который ведут в воздушной среде при 1473 - 1770K в течение 0,50 - 0,66 ч с получением обедненного радионуклидного урана и тория твердого остатка и конденсированных радиоактивных оксидов этих элементов, а окислению воздухом при плавлении подвергают полученный твердый остаток и операцию осуществляют в присутствии флюса CaO•SiO2, который вводят в количестве 1:10 - 1: 12 к массе исходного материала, при этом, подогрев расплава ведут до 2123 - 2173K и непосредственно затем его изотермически выдерживают в воздушной среде при данной температуре в течение 0,33 - 0,50 г.The objective is achieved in that in a method for processing metallic materials containing uranium and thorium radionuclides, including oxidation by air during melting to form a metal melt and radionuclides of uranium and thorium slag, subsequent heating of the molten metal in air and then separating the slag from the metal, according to the invention in As the metal material containing uranium and thorium radionuclides, schlich platinum is used, the process begins with oxidative annealing of the starting material, which They are conducted in air at 1473 - 1770 K for 0.50 - 0.66 hours to obtain depleted radionuclide uranium and thorium solid residue and condensed radioactive oxides of these elements, and the resulting solid residue is subjected to air oxidation during melting and the operation is carried out in the presence of flux CaO • SiO 2 , which is introduced in an amount of 1:10 - 1: 12 to the mass of the starting material, while the melt is heated to 2123 - 2173K and then immediately isothermally kept in air at this temperature for 0.33 - 0 50 g
В заявляемом способе в качестве содержащего радионуклиды урана и тория металлического материала используют шлиховую платину, которая является металлическим материалом с естественной радиоактивностью за счет радиоактивных изотопов урана и тория и их радиоактивных семейств, существующих в природных условиях. In the claimed method, as the metal material containing uranium and thorium radionuclides, platinum schlich is used, which is a metal material with natural radioactivity due to the radioactive isotopes of uranium and thorium and their radioactive families existing in natural conditions.
Основные составляющие шлиховой платины - драгоценные металлы: Ru, Rh, Pd, Os, Pt, Ir, хотя и могут иметь радионуклиды за счет воздействия на нее источником радиоактивного излучения ("Журнал аналитической химии", т. 46, вып. 7, 1991 г., стр. 1369), например, урана и тория в составе шлиха, но они являются короткоживущими изотопами и не дают вклада в радиоактивность шлиховой платины. Другие ценные компоненты шлиховой платины Ag и Au не имеют радионуклидов. The main components of schlich platinum are precious metals: Ru, Rh, Pd, Os, Pt, Ir, although they can have radionuclides due to exposure to a source of radioactive radiation (Journal of Analytical Chemistry, vol. 46, issue 7, 1991, ., p. 1369), for example, uranium and thorium in the composition of concentrate, but they are short-lived isotopes and do not contribute to the radioactivity of schlich platinum. Other valuable components of platinum concentrate Ag and Au do not have radionuclides.
Относительно примесей можно отметить, что Cu имеет только маложивущие радионуклиды, а Fe и Ni, хотя и могут иметь долгоживущие радиоактивные изотопы, но из-за малого количества природных урана и тория в шлихе плотности потока их радиоизлучения недостаточно, чтобы возникли радионуклиды этих элементов. Regarding impurities, it can be noted that Cu has only low-living radionuclides, and Fe and Ni, although they can have long-lived radioactive isotopes, but due to the small amount of natural uranium and thorium in the concentrate, their radio emission flux density is insufficient for the radionuclides of these elements to arise.
Кроме того, вследствие очень большого периода полураспада родительских ядер урана и тория по сравнению с периодом полураспада их дочерних ядер, известно (кн. , авторы А.Акоста, К.Кован, Б.Грэм, "Основы современной физики", изд. "Просвещение", М. , 1981 г., стр. 314), что выполняется условие "радиоактивного равновесия": скорость увеличения дочерних ядер урана и тория в точности равна скорости их распада, так что тело дочерних маложивущих ядер практически перестает изменяться. In addition, due to the very long half-life of the parent nuclei of uranium and thorium in comparison with the half-life of their daughter nuclei, it is known (Prince. Authors A. Acosta, K. Kovan, B. Graham, Fundamentals of Modern Physics, ed. Enlightenment ", Moscow, 1981, p. 314) that the condition of" radioactive equilibrium "is satisfied: the rate of increase of the daughter nuclei of uranium and thorium is exactly equal to the rate of their decay, so that the body of the daughter living nuclei practically ceases to change.
Поэтому следует считать, что радиоактивная шлиховая платина практически содержит только присутствующие в природных условиях радиоактивные изотопы урана и тория и можно рассматривать дезактивацию данного материала только как перевод именно этих элементов в отдельную фазу. Therefore, it should be considered that radioactive schlich platinum practically contains only the radioactive isotopes of uranium and thorium present in natural conditions, and we can consider the deactivation of this material only as a transfer of these elements into a separate phase.
Предлагаемый способ позволяет осуществить не только полное извлечение радиоактивных элементов из шлиховой платины за счет перевода их в шлаковую фазу и отделения радиоактивного шлака от целевого продукта, но и обеспечить сохранность всех драгоценных металлов в полученных продуктах для их дальнейшего извлечения. The proposed method allows not only the complete extraction of radioactive elements from schlich platinum by transferring them to the slag phase and separating the radioactive slag from the target product, but also to ensure the safety of all precious metals in the resulting products for their further extraction.
Окислительный обжиг исходного материала в среде воздуха, который ведут при 1474 - 1774K в течение 0,50 - 0,66 ч, позволяет образоваться устойчивым конденсированным оксидам урана и тория. Параметры режима данной стадии необходимы и достаточны для получения оксидов урана и тория, содержащихся в шлиховой платине в виде металлической составляющей. Поскольку парциальное давление газов (в данном случае оксидов урана и тория) зависит от концентрации этих элементов в материале и от температуры этого материала, то именно определенное количество урана и тория в шлиховой платине позволяет осуществить их окисление в заявляемых режимах. Oxidative firing of the starting material in air, which is conducted at 1474–1774 K for 0.50–0.66 h, allows the formation of stable condensed oxides of uranium and thorium. The regime parameters of this stage are necessary and sufficient to obtain uranium and thorium oxides contained in schlichite platinum in the form of a metal component. Since the partial pressure of gases (in this case, uranium and thorium oxides) depends on the concentration of these elements in the material and on the temperature of this material, it is precisely a certain amount of uranium and thorium in the platinum concentrate that allows them to be oxidized in the claimed modes.
При этом, так как шлиховая платина имеет малый исходный размер составляющих ее частиц 0,2 - 10 мм, то воздействие газообразного окислителя - кислорода воздуха позволяет осуществить полную аэрацию материала и тем самым достаточно полное окисление радиоактивных металлических компонентов. At the same time, since schlich platinum has a small initial size of its constituent particles of 0.2 - 10 mm, the effect of a gaseous oxidizing agent - oxygen in the air allows for complete aeration of the material and thereby quite complete oxidation of the radioactive metal components.
При температуре ниже 1473K оксидов урана и тория не наблюдается, так как эти элементы не активизируются для образования оксидов. At temperatures below 1473K, uranium and thorium oxides are not observed, since these elements are not activated to form oxides.
При температуре более 1773K образовавшиеся оксиды урана и тория начинают диссоциировать и радиоактивные элементы улетучиваются в газовую фазу. At temperatures above 1773 K, the formed uranium and thorium oxides begin to dissociate and the radioactive elements escape into the gas phase.
Время выдержки менее 0,50 ч недостаточно для протекания диффузионно-кинетических процессов, ответственных за образование оксидов урана и тория, при времени выдержки более 0,66 ч выделения оксидов радиоактивных элементов не наблюдается, а происходит потеря благородных металлов Ag и Au. A exposure time of less than 0.50 hours is not sufficient for diffusion-kinetic processes responsible for the formation of uranium and thorium oxides, with a exposure time of more than 0.66 hours the release of oxides of radioactive elements is not observed, and noble metals Ag and Au are lost.
Образование в заявляемом температурно-временном интервале именно сконденсированных оксидов, содержащих радионуклиды урана и тория, не позволяет осуществляться радиоактивному заражению выделяющимся при этих режимах газообразным оксидам осмия, которые должны поступать на дальнейшую переработку для выделения ценного продукта. The formation in the claimed temperature-time range of precisely condensed oxides containing uranium and thorium radionuclides does not allow radioactive contamination of gaseous osmium oxides released under these conditions, which must be sent for further processing to isolate a valuable product.
Так, окислительный обжиг позволяет удалить лишь часть радиоактивных элементов из состава шлиха, последующее же окисление воздухом при плавлении, которому подвергают полученный в начале процесса объединенный радионуклидами урана и тория твердый остаток, продолжает процесс дезактивации радиоактивного материала. So, oxidative roasting allows you to remove only part of the radioactive elements from the composition of the concentrate, the subsequent oxidation by air during melting, to which the solid residue obtained at the beginning of the process combined with uranium and thorium radionuclides is subjected, continues the process of deactivation of the radioactive material.
В связи с тем, что шлиховая платина включает железоплатиновые сплавы, то плавление полученного на предыдущей стадии обработки твердого остатка позволяет разрушить ферроплатину и за счет окисления расплава кислородом воздуха окислить железо. Это необходимо потому, что оксиды урана и тория, содержащиеся в шлиховой платине, химически связаны с оксидом железа и с выделением последнего в шлаковую фазу облегчают выделение в ту же фазу оксидов радиоактивных элементов, а значит приводят к дезактивации расплава. Окисление воздухом при плавлении твердого остатка, которое осуществляют в присутствии особого флюса: CaO•SiO2 - эквиатомного состава, который вводят в количестве 1:10 - 1:12 к массе исходного материала - шлиховой платине, позволяет полностью растворить железо, необходимое для образования оксидов, а также получить шлак с высокой жидкотекучестью, что способствует полному проведению процесса выделения радиоактивных элементов.Due to the fact that schlich platinum includes iron-platinum alloys, the melting of the solid residue obtained at the previous stage of processing allows the ferroplatinum to be destroyed and iron to be oxidized by atmospheric oxygen. This is necessary because the uranium and thorium oxides contained in schlich platinum are chemically bonded to iron oxide and the latter is released into the slag phase and facilitates the release of oxides of radioactive elements into the same phase, which means they lead to deactivation of the melt. Air oxidation during melting of a solid residue, which is carried out in the presence of a special flux: CaO • SiO 2 - equiatomic composition, which is introduced in an amount of 1:10 - 1:12 to the mass of the starting material - schlich platinum, allows you to completely dissolve the iron necessary for the formation of oxides , as well as to obtain slag with high fluidity, which contributes to the complete process of separation of radioactive elements.
При увеличении заявляемого количества флюса (то есть увеличении численного значения отношения более чем 1:10) происходит разрушение тигля и полная остановка процесса. With an increase in the claimed amount of flux (that is, an increase in the numerical value of the ratio of more than 1:10), the crucible is destroyed and the process stops completely.
При уменьшении количества флюса (то есть уменьшении численного значения отношения менее чем 1:12) его оказывается недостаточно для прохождения реакций связывания оксидов железа, тория и урана. With a decrease in the amount of flux (that is, a decrease in the numerical value of the ratio of less than 1:12), it is not enough to undergo the binding reactions of iron, thorium and uranium oxides.
Таким образом, в обоих случаях удаление радионуклидов резко уменьшается. Thus, in both cases, the removal of radionuclides is sharply reduced.
Последующий подогрев металлического расплава до 2123 - 2173K и затем изотермическая выдержка этого расплава в воздушной среде в этом температурном интервале в течение 0,33 - 0,50 ч позволяют полностью осуществить окисление радиоактивных элементов за счет окончательного разрушения ферроплатины и высвобождения всего связанного железа для образования его оксидов. Subsequent heating of the metal melt to 2123 - 2173K and then isothermal exposure of this melt in air in this temperature range for 0.33 - 0.50 h allows the complete oxidation of the radioactive elements due to the final destruction of ferroplatinum and the release of all bound iron to form it oxides.
Уменьшение температуры менее 2123K и времени осуществления операции менее 0,33 ч не позволяет полностью осуществляться кинетическим и диффузионным процессам, ответственным за оксидообразование радиоактивных элементов, а увеличение температуры более 2173K и времени более 0,50 ч не увеличивает количества удаленных радионуклидов, а влечет за собой исчезновение ценных компонентов - драгоценных и платиновых металлов из расплава и разрушение керамического тигля. A decrease in temperature of less than 2123 K and a time of operation of less than 0.33 h does not allow the kinetic and diffusion processes responsible for the oxide formation of radioactive elements to be completely carried out, and an increase in temperature of more than 2173 K and a time of more than 0.50 h does not increase the number of radionuclides removed, but entails the disappearance of valuable components - precious and platinum metals from the melt and the destruction of the ceramic crucible.
В заявляемом способе, направленном на дезактивацию особого материала - шлиховой платины, имеющей только естественную радиоактивность, используются такие температурно-временные режимы обработки и такой состав флюса в строго определенном количестве, при которых создаются условия избирательного и полного окисления урана и тория и вывода всех радионуклидов в отдельную шлаковую фазу, которая затем удаляется, однако при этом все ценные компоненты шлиха сохраняются в продуктах переработки. In the inventive method, aimed at deactivating a special material - schlich platinum having only natural radioactivity, such temperature-time treatment regimes and such a flux composition in a strictly defined quantity are used that create conditions for the selective and complete oxidation of uranium and thorium and the removal of all radionuclides to a separate slag phase, which is then removed, however, all the valuable components of the concentrate are stored in the processed products.
Как видно, конкретизация типа обрабатываемого радиоактивного материала, режимов проведения способа, введение дополнительного вещества, участвующего в процессе и дополнительной операции привели к выявлению качественно нового технического результата, что обусловило расширение возможности применения данного способа не только для снижения уровня радиоактивного заражения металлического материала, но и сохранение при этом всех ценных компонентов в составе получаемых продуктов. As you can see, the specification of the type of processed radioactive material, the modes of the method, the introduction of additional substances involved in the process and additional operations led to the identification of a qualitatively new technical result, which led to the expansion of the possibility of using this method not only to reduce the level of radioactive contamination of the metal material, but also while maintaining all the valuable components in the composition of the resulting products.
Рассматриваемые признаки заявляемого изобретения, отличные от признаков наиболее близкого аналога, в своей совокупности и вместе с общими для данных объектов признаками обеспечивают получение указанного технического результата. Поэтому предлагаемое изобретение является новым. The considered features of the claimed invention, different from those of the closest analogue, taken together and together with the features common to these objects, provide the specified technical result. Therefore, the present invention is new.
Предлагаемое изобретение соответствует изобретательскому уровню. The present invention corresponds to the inventive step.
Рассматриваемая совокупность его существенных признаков, можно отметить, что оно не следует явным образом из известного уровня техники. Поскольку отличительные признаки представляют собой количественные характеристики изобретения (режимы способа), то такие признаки не могут рассматриваться в отрыве от признака, к которому они относятся, и в отрыве от объекта в целом. Учитывая это, следует отметить, что среди объектов того же назначения известной технологии с той же совокупностью существенных признаков не обнаружено. Закономерностей между количественными изменениями температурно-временных характеристик и полученным техническим результатом не выявлено. Следовательно, из уровня техники не выявлено аналогичного влияния отличительных признаков изобретения на технический результат. The considered set of its essential features, it can be noted that it does not follow explicitly from the prior art. Since the distinguishing features are quantitative characteristics of the invention (modes of the method), such features cannot be considered in isolation from the sign to which they relate, and in isolation from the object as a whole. Given this, it should be noted that among the objects of the same purpose there is no known technology with the same set of essential features. Patterns between quantitative changes in temperature-time characteristics and the obtained technical result were not identified. Therefore, the prior art does not reveal a similar effect of the distinguishing features of the invention on the technical result.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. The proposed method is implemented as follows.
Берут 10 кг содержащего радионуклиды урана и тория металлического материала - шлиховой платины и помещают в оксидный тигель, установленный в индуктор, высокочастотной плавильной установки ВЧГ2-100. Take 10 kg of metal material containing radionuclides of uranium and thorium - schlich platinum and placed in an oxide crucible installed in an inductor of a high-frequency melting plant VChG2-100.
Состав шлиховой платины и степень ее радиоактивного заражения приведены в таблице. The composition of platinum concentrate and the degree of its radioactive infection are shown in the table.
После загрузки проводят сборку воздушно-сдувочной системы для подсоса воздушной смеси и улавливания отходящих газов. Через газоход устанавливают кварцевую трубку подачи воздуха. After loading, an air-blowing system is assembled to suck in the air mixture and to capture the exhaust gases. Through a flue, a quartz air supply tube is installed.
Процесс начинают с окислительного обжига исходного материала, который ведут в воздушной среде при 1624K за счет нагрева шихты при помощи индуктора. При этом через нагретый порошок шлиховой платины и флюса подают воздух в течение 0,58 ч. Эта операция имеет своей целью получить конденсированные оксиды урана и тория и окислить металлический осмий до газообразных оксидов. При этом получается также обедненный радионуклидами урана и тория твердый остаток, который затем подвергают окислению воздухом при плавлении. Операцию осуществляют в присутствии флюса эквиатомного состава CaO•SiO2, который вводят в количестве 1:10 к массе исходного материала, что составляет 1 кг флюса.The process begins with oxidative calcination of the starting material, which is conducted in air at 1624 K by heating the charge using an inductor. At the same time, air is supplied through a heated powder of schlich platinum and flux for 0.58 hours. This operation is aimed at obtaining condensed oxides of uranium and thorium and oxidizing metallic osmium to gaseous oxides. This also produces a solid residue depleted in radionuclides of uranium and thorium, which is then oxidized by air during melting. The operation is carried out in the presence of a flux of equiatomic composition CaO • SiO 2 , which is introduced in an amount of 1:10 to the mass of the starting material, which is 1 kg of flux.
Для этого проводят нагрев шихты до расплавления металлов в составе твердого продукта, которое происходит в данном примере осуществления способа при 1973K. To do this, the mixture is heated to melt the metals in the composition of the solid product, which occurs in this example implementation of the method at 1973K.
При этом в шлак переходят оксиды железа, урана, тория и элементов пустой породы. In this case, iron, uranium, thorium and gangue oxides pass into the slag.
Последующий подогрев металлического расплава ведут в атмосфере воздуха до 2023oK и выдерживают при этой температуре в данной среде в течение 0,40 ч. В результате этой технологической операции происходит полное разрушение ферроплатины и осмистого иридия.Subsequent heating of the metal melt is carried out in an atmosphere of air up to 2023 ° K and maintained at this temperature in this medium for 0.40 hours. As a result of this technological operation, the complete destruction of ferroplatinum and osmous iridium occurs.
После выдержки тигель охлаждается до температуры 473K, при этом система газоулавливания не отключается. After exposure, the crucible is cooled to a temperature of 473K, while the gas capture system is not turned off.
Во время окислительного обжига и плавления летучие оксиды осмия улавливаются в щелочном растворе. During oxidative firing and melting, volatile osmium oxides are trapped in an alkaline solution.
Затем осуществляют отделение шлака от металла: после охлаждения тигель извлекают из индуктора и разбивают, при этом слиток отделяется от шлака. Шлак аккуратно собирают и упаковывают в герметичные емкости. Then, the slag is separated from the metal: after cooling, the crucible is removed from the inductor and broken, while the ingot is separated from the slag. Slag is carefully collected and packaged in sealed containers.
Применяют также и другие приемы отделения шлака от металла: посредством химического или комбинированного воздействия, например путем помещения слитка в автоклав, где его нагревают в слабокислом растворе. После обработки от слитка методом сверления отбирают пробу массой 0,01 кг для химического анализа на платиноиды и другие компоненты. Other methods of separating slag from metal are also used: by chemical or combined exposure, for example, by placing an ingot in an autoclave, where it is heated in a slightly acidic solution. After processing from the ingot by drilling, a sample weighing 0.01 kg is taken for chemical analysis for platinoids and other components.
После проведения процесса окислительной плавки щелочной раствор анализируют на содержание осмия. After the oxidative smelting process, the alkaline solution is analyzed for the osmium content.
Конечные продукты переработки шлиховой платины содержат определенное количество радионуклидов и проходят проверку на α- и β-загрязнения и определение γ-фазы, их радиационные характеристики приведены в таблице. The final processing products of schlich platinum contain a certain amount of radionuclides and are tested for α and β contamination and determination of the γ phase, their radiation characteristics are given in the table.
Образовавшийся шлак имеет уровень γ- излучения до 600 мкр/ч и является высокоактивным отходом, металлический же слиток и осмийсодержащий продукт (раствор щелочи) имеют примерно одинаковые радиационные характеристики. The resulting slag has a gamma radiation level of up to 600 mcr / h and is a highly active waste, while a metal ingot and an osmium-containing product (alkali solution) have approximately the same radiation characteristics.
При сравнении с величиной радиоактивного загрязнения твердых радиоактивных отходов (справочник эксперта и изобретателя "Экологические аспекты экспертизы изобретений", авт. Н.Г.Рыбальский и др., изд. ВНИИПИ, М., 1989 г. , стр. 175) можно считать конечные продукты предлагаемого способа - металлический слиток и осмийсодержащий продукт нерадиоактивными материалами. When comparing with the amount of radioactive contamination of solid radioactive waste (reference book of the expert and inventor "Ecological aspects of the examination of inventions", author N.G. Rybalsky et al., Ed. VNIIIPI, M., 1989, p. 175), we can consider the final The products of the proposed method are a metal ingot and an osmium-containing product with non-radioactive materials.
Металлический слиток и осмийсодержащий продукт пригодны для дальнейшей переработки, так как не оказывают отрицательного действия из-за фоновых доз радиоактивного излучения на организм человека. The metal ingot and the osmium-containing product are suitable for further processing, since they do not have a negative effect due to background doses of radioactive radiation to the human body.
Степень извлечения драгметаллов из исходного шлиха в металлический слиток и шлак рассчитана как процентное отношение их количеств в конечных продуктах к количествам этих компонентов в исходном материале и составила ~ 99% и более, что свидетельствует практически о полной сохранности этих ценных компонентов при осуществлении заявляемого способа. Осмий и серебро при этом удаляются в газовую фазу, из которой поглощаются щелочным раствором. The degree of extraction of precious metals from the initial concentrate into a metal ingot and slag was calculated as the percentage of their amounts in the final products to the amounts of these components in the starting material and amounted to ~ 99% or more, which indicates the almost complete preservation of these valuable components in the implementation of the proposed method. Osmium and silver are then removed into the gas phase, from which they are absorbed by an alkaline solution.
Аналогичный расчет степени извлечения урана и тория в шлак, определяемый как процентное отношение их количеств в шлаке к исходному количеству в шлихе, дает величины 99,50% - для урана и 99,50% - для тория. Эти показатели иллюстрируют практически полный переход радионуклидов в шлаковую фазу. A similar calculation of the degree of extraction of uranium and thorium into slag, defined as the percentage of their amounts in slag to the initial amount in sludge, gives 99.50% for uranium and 99.50% for thorium. These indicators illustrate the almost complete transition of radionuclides to the slag phase.
Предлагаемый способ позволяет расширить технологические возможности известной наиболее близкой технологии удаления радионуклидов до обработки металлических материалов, имеющих в своем составе ценные компоненты, подлежащие дальнейшему извлечению. The proposed method allows to expand the technological capabilities of the well-known closest technology for the removal of radionuclides to the processing of metallic materials containing valuable components to be further extracted.
Предлагаемый способ обеспечивает охрану окружающей среды от радиоактивного заражения, которая в настоящее время имеет первостепенное значение. The proposed method provides environmental protection from radioactive contamination, which is currently of paramount importance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94041038A RU2122250C1 (en) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Method of treating materials containing uranium and thorium radionuclides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94041038A RU2122250C1 (en) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Method of treating materials containing uranium and thorium radionuclides |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94041038A RU94041038A (en) | 1996-09-20 |
| RU2122250C1 true RU2122250C1 (en) | 1998-11-20 |
Family
ID=20162316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94041038A RU2122250C1 (en) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Method of treating materials containing uranium and thorium radionuclides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2122250C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459299C1 (en) * | 2011-04-20 | 2012-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Method of processing irradiated fuel |
| RU2521035C2 (en) * | 2012-09-24 | 2014-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Маяк" | Method of recovery of secondary platinum with radioactive plutonium contamination |
| US9147502B2 (en) | 2011-04-20 | 2015-09-29 | Federal Initary Enterprise “Mining and Chemical Combine” | Method of recycling spent nuclear fuel |
| RU2605456C1 (en) * | 2015-12-29 | 2016-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Method of inspecting uranium oxides u3o8 and uo2 for impurities |
| RU2766610C1 (en) * | 2020-08-29 | 2022-03-15 | Акционерное общество "Прорыв" | Method for removing oxides of rare earth elements during remelting of metal uranium |
-
1994
- 1994-11-15 RU RU94041038A patent/RU2122250C1/en active
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459299C1 (en) * | 2011-04-20 | 2012-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Method of processing irradiated fuel |
| US9147502B2 (en) | 2011-04-20 | 2015-09-29 | Federal Initary Enterprise “Mining and Chemical Combine” | Method of recycling spent nuclear fuel |
| RU2521035C2 (en) * | 2012-09-24 | 2014-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Маяк" | Method of recovery of secondary platinum with radioactive plutonium contamination |
| RU2605456C1 (en) * | 2015-12-29 | 2016-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Method of inspecting uranium oxides u3o8 and uo2 for impurities |
| RU2766610C1 (en) * | 2020-08-29 | 2022-03-15 | Акционерное общество "Прорыв" | Method for removing oxides of rare earth elements during remelting of metal uranium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94041038A (en) | 1996-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0786436A2 (en) | Method and apparatus for eliminating volatiles or airborne entrainments when vitrifying radioactive and/or hazardous waste | |
| RU2122250C1 (en) | Method of treating materials containing uranium and thorium radionuclides | |
| Mitkin et al. | Some Observations on the Determination of Gold and the Platinum‐Group Elements in Black Shales | |
| JP2633000B2 (en) | How to treat highly radioactive waste | |
| Burris et al. | The melt refining of irradiated uranium: application to EBR-II fast reactor fuel. I. Introduction | |
| FI118444B (en) | Oxide material trapped in the melted core of a nuclear reactor | |
| JP2018100910A (en) | Separating chemical species and elements chemical species and elements from the same vitrified object, and separating device for the same | |
| RU2521035C2 (en) | Method of recovery of secondary platinum with radioactive plutonium contamination | |
| JP3861286B2 (en) | Method for melting radioactive contamination metals | |
| EP2657943B1 (en) | A method for removing the 137 Cs from polluted EAF dusts | |
| RU2790544C1 (en) | Method for remelting structural materials of shells of spent fuel rods and structural materials of spent fuel assemblies | |
| US4564391A (en) | Method for the recovery of silver from silver zeolite | |
| JP2015215219A (en) | Purification method of radioactive contaminated soil | |
| WO2017150659A1 (en) | Method for collecting minor metals from minor metal-containing glass | |
| RU2172787C1 (en) | Method of pyrometallurgical processing of wastes, depleted materials and used up articles | |
| Heshmatpour et al. | Metallurgical aspects of waste metal decontamination by melt refining | |
| RU2158973C2 (en) | Method for recovery of uranium-containing compounds | |
| RU2101373C1 (en) | Method of recovering osmium from placer platinum | |
| RU2190671C2 (en) | Method of processing uranium metal-based nuclear fuel | |
| RU2660804C1 (en) | Method of preparation of graphite radioactive waste to burial | |
| RU2658306C2 (en) | Method of processing reactor graphite | |
| Bychkov et al. | Reduction of uranium oxides with lithium in a lithium chloride melt | |
| Squires | Americium and Neptunium Purification Processes and Future Directions | |
| Kang et al. | Tritium extraction in aluminum metal by heating method without melting | |
| Johnson et al. | The EBR-II Skull Reclamation Process. Part II. Oxidation of Melt-Refining Skulls |