RU2244966C2 - Method and device for cleaning uranyl nitrate from fission products - Google Patents

Method and device for cleaning uranyl nitrate from fission products Download PDF

Info

Publication number
RU2244966C2
RU2244966C2 RU2003107641A RU2003107641A RU2244966C2 RU 2244966 C2 RU2244966 C2 RU 2244966C2 RU 2003107641 A RU2003107641 A RU 2003107641A RU 2003107641 A RU2003107641 A RU 2003107641A RU 2244966 C2 RU2244966 C2 RU 2244966C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
crystals
washing
nozzle
uranyl nitrate
Prior art date
Application number
RU2003107641A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003107641A (en
Inventor
В.И. Волк (RU)
В.И. Волк
А.Ю. Вахрушин (RU)
А.Ю. Вахрушин
Е.М. Данилин (RU)
Е.М. Данилин
В.П. Савенко (RU)
В.П. Савенко
Т.А. Малышева (RU)
Т.А. Малышева
А.А. Семёнов (RU)
А.А. Семёнов
ков А.А. Треть (RU)
А.А. Третьяков
С.В. Подойницын (RU)
С.В. Подойницын
Ю.В. Глаголенко (RU)
Ю.В. Глаголенко
С.И. Ровный (RU)
С.И. Ровный
Original Assignee
Российская Федерация в лице Министерства Российской Федерации по атомной энергии
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
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 Российская Федерация в лице Министерства Российской Федерации по атомной энергии, Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" filed Critical Российская Федерация в лице Министерства Российской Федерации по атомной энергии
Priority to RU2003107641A priority Critical patent/RU2244966C2/en
Publication of RU2003107641A publication Critical patent/RU2003107641A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2244966C2 publication Critical patent/RU2244966C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

Abstract

FIELD: radiochemical industry.
SUBSTANCE: proposed method includes crystallization of uranyl hexahydro-nitrate from solution by cooling it down. In the process uranyl nitrate solution is pre-evaporated to uranium concentration of 800-1300 g/l and to nitric acid concentration of 0.5-3.0 mole/l. Crystallization is conducted in concurrent flow of uranyl hexahydro-nitrate crystals formed in the process and mother solution while permanently stirring and cooling solution to 15-30 o C. Crystals are separated from mother solution and washed in concurrent flow at 15-30 o C in wash solution containing 250-300 g/l of uranium and 3.0-6.0 mole/l of nitric acid. Then crystals are taken out and dried. Device implementing this method has crystallization vat made in the form of externally cooled tube. In addition vertically disposed crystallization vat accommodates blade mixer. Uranyl nitrate solution feed union is disposed in top part of crystallization vat. Bottom part of the latter is placed coaxially with wash-over string and secured in hole of its lid provided with pipe union for joint outlet of mother solution and waste wash solution. Bottom part of wash-over string is joined at certain angle to auger-accommodating inclined tube. Top part of inclined tube is provided with pipe union for taking out dried uranyl hexahydro-nitrate crystals and wash solution feed union. Pipe union for taking out dried crystals is disposed above that wash solution feed union. Pipe union for feeding uranyl nitrate solution is level with wash solution feed union and with water seal.
EFFECT: enhanced cleaning efficiency and economic efficiency of process.
7 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к технологии массообменных противоточных непрерывных процессов между твердой и жидкой фазами, таких как промывка, выщелачивание, растворение, и может быть использовано в радиохимической, химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. С наибольшим эффектом изобретение может быть использовано для непрерывной очистки нитрата уранила от продуктов деления путем кристаллизации.The invention relates to the technology of mass transfer countercurrent continuous processes between solid and liquid phases, such as washing, leaching, dissolution, and can be used in radiochemical, chemical, hydrometallurgical and other industries. With the greatest effect, the invention can be used for continuous purification of uranyl nitrate from fission products by crystallization.

Известен способ очистки нитрата уранила [1]. По этому способу кристаллы гексагидрата нитрата уранила (ГНУ) восстанавливают и извлекают из урансодержащих растворов азотной кислоты при увеличении концентрации азотной кислоты. Увеличение концентрации азотной кислоты осуществляют при поддержании температуры урансодержащего раствора азотной кислоты 0-25°С и добавлении к раствору азотной кислоты концентрацией 60-98%, или выпариванием и концентрированием раствора, или при приготовлении азотнокислых урансодержащих растворов при температурах выше 25°С и охлаждении раствора до температуры 0-25°С. Степень извлечения кристаллов ГНУ составила от 54% до 69%.A known method of purification of uranyl nitrate [1]. In this method, crystals of uranyl nitrate hexahydrate (GNU) are reduced and recovered from uranium-containing solutions of nitric acid with increasing concentration of nitric acid. The increase in the concentration of nitric acid is carried out while maintaining the temperature of the uranium-containing solution of nitric acid 0-25 ° C and adding to the solution of nitric acid with a concentration of 60-98%, or by evaporation and concentration of the solution, or when preparing nitric acid uranium-containing solutions at temperatures above 25 ° C and cooling the solution to a temperature of 0-25 ° C. The degree of extraction of GNU crystals ranged from 54% to 69%.

К недостаткам этого способа следует отнести периодичность процесса, сложность организации непрерывного процесса очистки нитрата уранила, большое количество вспомогательных операций, не проработан вопрос очистки выделенных кристаллов ГНУ от маточного раствора, загрязненного примесями продуктов деления, сложность организации дистанционного обслуживания и управления.The disadvantages of this method include the periodicity of the process, the difficulty of organizing a continuous process for the purification of uranyl nitrate, a large number of auxiliary operations, the issue of cleaning the separated GNU crystals from the mother liquor contaminated with impurities of fission products, the complexity of organizing remote maintenance and control have not been worked out.

Известен способ очистки нитрата уранила [2]. По этому способу проводят кристаллизацию ГНУ из раствора 3М HNO3 путем его охлаждения до температуры -20°С, при этом извлекается до 70% урана из раствора после растворения топлива.A known method of purification of uranyl nitrate [2]. In this method, crystallization of GNU from a solution of 3M HNO 3 is carried out by cooling it to a temperature of -20 ° C, while up to 70% of uranium is extracted from the solution after dissolving the fuel.

Недостатками этого способа является необходимость охлаждения урансодержащих растворов до температуры ниже температуры их замерзания, что требует наличия крупномасштабного холодильного оборудования и, как следствие, снижение экономичности процесса.The disadvantages of this method is the need for cooling of uranium-containing solutions to a temperature below their freezing temperature, which requires the availability of large-scale refrigeration equipment and, as a consequence, a decrease in the efficiency of the process.

Известен способ порционной очистки урана или плутония, подлежащих возвращению в процесс переработки облученного ядерного топлива и/или делящихся материалов [3] (прототип). Процесс порционной очистки урана или плутония заключается в том, что после первичной очистки от примесей каждую порцию раствора нитрата уранила, содержащего остаточные количества примесей, кристаллизуют и получаемые кристаллы ГНУ отделяют от маточного раствора, промывают и выгружают. Исходный раствор доводят до концентраций по урану 48-480 г/л, по азотной кислоте 0,2-2,0 моль/л и подготовленный урановый раствор охлаждают ниже 0°С для проведения кристаллизации. Продолжительность от начала до окончания кристаллизации задается между 0,1 и 10 часами. Количество выделяющихся кристаллов ГНУ соответствует менее чем 80 весовым процентам от внесенного урана. Отношение объемов кристаллической фазы к объему получаемого маточного раствора составляет не более 0,5. В маточном растворе устанавливают конечную концентрацию азотной кислоты, равную 6-12 моль/л при комнатной температуре. При этом избегают совместную кристаллизацию нитрата уранила с водой в виде льда и/или тригидрата азотной кислоты. Получаемый маточный раствор отделяют от кристаллов ГНУ и возвращают в рецикл. Отделенные кристаллы промывают небольшое время раствором азотной кислоты той же концентрации и при той же температуре, что и в отделяемом маточном растворе после окончания кристаллизации. Порционный процесс очистки плутония или плутония и урана проводят аналогичным образом.A known method of batch cleaning of uranium or plutonium to be returned to the processing of irradiated nuclear fuel and / or fissile materials [3] (prototype). The process of batch cleaning of uranium or plutonium consists in the fact that after the initial purification from impurities, each portion of a solution of uranyl nitrate containing residual amounts of impurities is crystallized and the resulting GNU crystals are separated from the mother liquor, washed and discharged. The initial solution was adjusted to a concentration of 48–480 g / L for uranium, 0.2–2.0 mol / L for nitric acid, and the prepared uranium solution was cooled below 0 ° C for crystallization. The duration from the beginning to the end of crystallization is set between 0.1 and 10 hours. The amount of separated GNU crystals corresponds to less than 80 weight percent of the introduced uranium. The ratio of the volumes of the crystalline phase to the volume of the resulting mother liquor is not more than 0.5. In the mother liquor, the final concentration of nitric acid is set at 6-12 mol / L at room temperature. In this case, co-crystallization of uranyl nitrate with water in the form of ice and / or nitric acid trihydrate is avoided. The resulting mother liquor is separated from the GNU crystals and returned to recycling. The separated crystals are washed for a short time with a solution of nitric acid of the same concentration and at the same temperature as in the separated mother liquor after crystallization is completed. The batch process for the purification of plutonium or plutonium and uranium is carried out in a similar manner.

К недостаткам этого способа следует отнести невысокую концентрацию исходного раствора по урану и, как следствие, значительный объем перерабатываемых растворов и необходимость в многостадийной кристаллизации, потребность в холодильном оборудовании, что также снижает экономичность процесса переработки.The disadvantages of this method include the low concentration of the initial solution for uranium and, as a result, a significant amount of processed solutions and the need for multi-stage crystallization, the need for refrigeration equipment, which also reduces the efficiency of the processing process.

За прототип предлагаемого устройства выбрано устройство [4] для осуществления непрерывной кристаллизации растворов ядерного топлива и процессов кристаллизационной очистки U и Pu при ограниченной критичности, содержащее наружную трубу, установленную горизонтально или наклонно, в ней размещена внутренняя труба, вращаемая приводом. На периферии внутренней трубы размещены направляющие лопатки, наружняя труба снабжена патрубками подачи раствора нитрата уранила, кислоты, хладагента и вывода маточника и кристаллов ГНУ. Раствор нитрата уранила охлаждается в межтрубном пространстве с образованием кристаллов и ильных отложений, содержащих и кристаллы. Кристаллы и маточный раствор выводятся через отдельные отверстия, при этом имеет место захват маточника кристаллами.For the prototype of the proposed device, the device [4] was selected for the continuous crystallization of nuclear fuel solutions and crystallization purification processes U and Pu with limited criticality, containing an outer pipe mounted horizontally or obliquely, it contains an inner pipe rotated by the drive. Guide vanes are located on the periphery of the inner tube, the outer tube is equipped with nozzles for supplying a solution of uranyl nitrate, acid, refrigerant, and the outlet of the mother liquor and GNU crystals. The solution of uranyl nitrate is cooled in the annulus with the formation of crystals and silt deposits containing crystals. The crystals and the mother liquor are discharged through separate openings, while the mother liquor is captured by crystals.

К недостаткам этого устройства следует отнести малую надежность в работе из-за трудности защиты сальников, находящихся в зоне кристаллизации, это приводит к необходимости проведения операций, опасных для обслуживающего персонала, отсутствие промывки кристаллов приводит к низкой степени очистки от продуктов деления, потребность в дополнительном холодильном оборудовании.The disadvantages of this device include low reliability due to the difficulty of protecting the seals located in the crystallization zone, this leads to the need for operations that are dangerous for maintenance personnel, the absence of washing crystals leads to a low degree of purification from fission products, the need for additional refrigeration equipment.

Технической задачей заявляемого изобретения является организация непрерывного процесса очистки нитрата уранила от продуктов деления, повышение степени очистки урана от продуктов деления, значительное сокращение объемов перерабатываемых растворов, повышение экономичности процесса кристаллизации (процесс кристаллизации проводят в положительном температурном интервале), повышение степени кристаллизации нитрата уранила, снижение объемов подаваемых в процесс реагентов.The technical task of the invention is the organization of a continuous process of purification of uranyl nitrate from fission products, increasing the degree of purification of uranium from fission products, a significant reduction in the volume of processed solutions, increasing the efficiency of the crystallization process (the crystallization process is carried out in a positive temperature range), increasing the degree of crystallization of uranyl nitrate, reducing volumes of reagents supplied to the process.

Поставленная задача решается представленным способом и устройством для его осуществления.The problem is solved by the presented method and device for its implementation.

Способ очистки нитрата уранила от продуктов деления включает кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из раствора путем его охлаждения, отделение полученных кристаллов от маточного раствора, их промывку и выгрузку, причем раствор нитрата уранила упаривают до концентрации по урану 800-1300 г/л и по азотной кислоте 0,5-3,0 моль/л, кристаллизацию проводят в прямотоке образующихся кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора при постоянном перемешивании и охлаждении раствора до температуры 15-30°С, образующиеся кристаллы отделяют от маточного раствора и подвергают противоточной промывке при температуре 15-30°С промывным раствором, поступающим после промывки выгружаемых кристаллов, затем кристаллы осушают от промывного раствора и выгружают, при этом промывной раствор, содержащий 250-300 г/л урана и 3,0-6,0 моль/л азотной кислоты, подают противотоком к выгружаемым кристаллам, а отработавший промывной раствор вместе с маточным раствором, содержащим продукты деления, выводят из процесса в зоне их соприкосновения, причем плотность отработавшего промывного раствора поддерживают на 2-5% выше плотности маточного раствора.The method of purification of uranyl nitrate from fission products involves crystallization of uranyl nitrate hexahydrate from a solution by cooling it, separating the obtained crystals from the mother liquor, washing and unloading, and the uranyl nitrate solution is evaporated to a concentration of 800-1300 g / l with uranium and nitric acid 0 , 5-3.0 mol / l, crystallization is carried out in the direct flow of the formed crystals of uranyl nitrate hexahydrate and the mother liquor with constant stirring and cooling of the solution to a temperature of 15-30 ° C, the crystals formed they are separated from the mother liquor and subjected to countercurrent washing at a temperature of 15-30 ° C with a washing solution coming after washing the unloaded crystals, then the crystals are dried from the washing solution and unloaded, while the washing solution containing 250-300 g / l of uranium and 3.0 -6.0 mol / L nitric acid, is supplied countercurrent to the unloaded crystals, and the spent washing solution together with the mother liquor containing fission products is removed from the process in the contact zone, and the density of the spent washing solution is sub rzhivayut 2-5% greater than the density of the mother liquor.

По частному варианту, очистку нитрата уранила ведут в 2-3 ступени, используя совместно маточный раствор с отработавшим промывным раствором последующей ступени в качестве промывного раствора предыдущей ступени.In a particular embodiment, the purification of uranyl nitrate is carried out in 2-3 steps, using the mother liquor together with the spent wash solution of the next step as a wash solution of the previous step.

Устройство для непрерывной очистки нитрата уранила от продуктов деления содержит кристаллизатор, выполненный в виде трубы с наружным охлаждением, снабженный штуцером подачи раствора нитрата уранила, причем кристаллизатор, внутри которого установлена лопастная мешалка, расположен вертикально, при этом штуцер для подачи раствора нитрата уранила расположен в его верхней части, нижняя часть кристаллизатора установлена соосно в промывочной колонне и закреплена в отверстии ее крышки, крышка снабжена штуцером для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, соединенным с гидрозатвором, нижняя часть промывочной колонны соединена под углом с наклонной трубой, внутри которой установлен шнек, верхняя часть наклонной трубы снабжена штуцером для выгрузки осушенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером подачи промывного раствора, причем штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора, а штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне.A device for the continuous purification of uranyl nitrate from fission products contains a crystallizer made in the form of an external cooling pipe equipped with a nozzle for supplying a uranyl nitrate solution, the mold with a paddle mixer inside, located vertically, while the nozzle for supplying a uranyl nitrate solution is located in it the upper part, the lower part of the mold is mounted coaxially in the washing column and fixed in the hole of its cover, the cover is equipped with a fitting for joint output of the mother liquor of the spent and spent washing solutions connected to a water trap, the lower part of the washing column is connected at an angle to the inclined pipe, inside which the screw is installed, the upper part of the inclined pipe is equipped with a fitting for unloading the dried uranium nitrate hexahydrate crystals and a fitting for supplying the washing solution, and a fitting for unloading the dried crystals placed above the nozzle for supplying a washing solution, and the nozzle for supplying a solution of uranyl nitrate, the nozzle for supplying a washing solution and a water trap are placed on one floor level.

По частному варианту угол между промывочной колонной и наклонной трубой составляет 35-45°.In a particular embodiment, the angle between the wash column and the inclined pipe is 35-45 °.

По частному варианту штуцер для выгрузки кристаллов ГНУ соединен с двумя попеременно работающими обогреваемыми приемно-выдачными емкостями.In a particular embodiment, the nozzle for unloading GNU crystals is connected to two alternately working heated receiving and dispensing tanks.

По частному варианту нижняя часть кристаллизатора установлена в промывочной колонне на глубину, равную 2-3 диаметра кристаллизатора.In a particular embodiment, the lower part of the mold is installed in the wash column to a depth equal to 2-3 times the diameter of the mold.

По частному варианту штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора на расстояние, равное 3-4 диаметра наклонной трубы.In a particular embodiment, the nozzle for unloading the dried crystals is placed above the nozzle for supplying the washing solution at a distance equal to 3-4 diameters of the inclined pipe.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где представлен схематически вертикальный разрез устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic vertical section of a device.

Устройство содержит кристаллизатор 1, расположенный вертикально, с наружным охлаждением 2, выполненный в виде трубы 3 со штуцером подачи раствора нитрата уранила 4, расположенном в верхней части. Внутри трубы установлена лопастная мешалка 5. Нижняя часть трубы кристаллизатора размещена в промывочной колонне 6 на глубину, равную 2-3 диаметра трубы кристаллизатора, и закреплена в отверстии крышки 7 промывочной колонны соосно с последней. Крышка снабжена штуцером 8 для вывода отработавшего промывного и маточного растворов, соединенным с гидрозатвором 9. Промывочная колонна в нижней части соединена под углом с наклонной трубой 10, внутри которой установлен шнек 11. Верхняя часть наклонной трубы снабжена штуцером 12 для выгрузки отделенных кристаллов ГНУ и штуцером 13 для подачи промывного раствора. Штуцер для выгрузки кристаллов, отделенных от промывного раствора, размещен выше штуцера подачи промывного раствора на расстояние, равное 3-4 диаметра наклонной трубы. Штуцер для подачи промывного раствора, штуцер для подачи раствора нитрата уранила и гидрозатвор размещены на одном уровне. Штуцер для выгрузки кристаллов ГНУ соединен с двумя попеременно работающими обогреваемыми приемно-выдачными емкостями 14.The device comprises a crystallizer 1 located vertically, with external cooling 2, made in the form of a pipe 3 with a nozzle for supplying a solution of uranyl nitrate 4, located in the upper part. A paddle mixer 5 is installed inside the pipe. The lower part of the mold pipe is placed in the washing column 6 to a depth equal to 2-3 times the diameter of the mold pipe and is fixed in the hole of the cover of the washing column 7 coaxially with the latter. The lid is equipped with a nozzle 8 for discharging the spent washing and mother liquor connected to the hydraulic lock 9. The washing column in the lower part is connected at an angle to the inclined pipe 10, inside which the screw 11 is installed. The upper part of the inclined pipe is equipped with a fitting 12 for unloading the separated GNU crystals and a fitting 13 for supplying a washing solution. The nozzle for unloading crystals separated from the wash solution is placed above the nozzle for supplying the wash solution at a distance equal to 3-4 diameters of the inclined pipe. The nozzle for supplying a washing solution, the nozzle for supplying a solution of uranyl nitrate and a water seal are located at the same level. The fitting for unloading GNU crystals is connected to two alternately working heated receiving and dispensing tanks 14.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Раствор после выпаривания до концентрации по урану 800-1300 г/л и по азотной кислоте 0,5-3 моль/л непрерывно поступает через штуцер питания 4 в трубу 3 кристаллизатора 1 с наружным охлаждением 2, в котором при постоянном перемешивании лопастной мешалкой 5 охлаждают до температуры 15-30°С.After evaporation to a concentration of 800–1300 g / L and nitric acid 0.5–3 mol / L through uranium, the solution continuously enters through the supply nozzle 4 into the pipe 3 of the mold 1 with external cooling 2, in which, with constant stirring, the paddle stirrer 5 is cooled to a temperature of 15-30 ° C.

Образующиеся кристаллы ГНУ попутно с маточным раствором движутся вниз и в точке выхода из кристаллизатора происходит их разделение от маточного раствора. Кристаллы под действием сил гравитации продолжают движение вниз в соосную кристаллизатору промывочную колонну 6 через отверстие в ее крышке 7, пройдя которую, собираются в ее нижней части, из которой непрерывно выгружаются шнеком 11 через штуцер выгрузки 12 в обогреваемую приемно-выдачную емкость 14. Собранные кристаллы в этой емкости после их нагрева до температуры выше 60°С подают на следующую ступень кристаллизации. Промывной раствор непрерывно подают через верхний штуцер 13 наклонной трубы 10 и он движется в нижнюю часть промывочной колонны противотоком к поднимающимся шнеком кристаллам. По достижению промывной зоны промраствор поднимается вверх противотоком к падающим кристаллам, далее он на выходе из промывной зоны встречается с маточным раствором, увлекает последний за собой (т.к. маточный раствор по удельному весу меньше промывного) и выходит через штуцер 8 крышки промывной колонны и гидрозатвор 9 из процесса.The resulting GNU crystals along the way with the mother liquor move down and at the exit point from the crystallizer they separate from the mother liquor. The crystals, under the action of gravitational forces, continue to move downward into the coaxial crystallizer flushing column 6 through the hole in its cover 7, passing through which, they are collected in its lower part, from which they are continuously discharged by the screw 11 through the unloading nipple 12 into the heated receiving and dispensing tank 14. Collected crystals in this vessel, after they are heated to a temperature above 60 ° C, they are fed to the next crystallization stage. The washing solution is continuously fed through the upper fitting 13 of the inclined pipe 10 and it moves to the lower part of the washing column in a countercurrent to the crystals rising by the screw. Upon reaching the wash zone, the promo solution rises countercurrently to the falling crystals, then it meets the mother liquor at the outlet of the wash zone, carries the latter along with it (since the mother liquor is less in specific gravity than the wash) and exits through the nozzle 8 of the cover of the wash column and water seal 9 of the process.

Число зарождающихся кристаллов ГНУ в кристаллизаторе, а также величина его зерна зависят от градиента температуры в кристаллизаторе и от времени пребывания кристаллов в кристаллизаторе. Степень отмывки кристаллов ГНУ зависит от их величины и времени их пребывания в промывной зоне.The number of nascent GNU crystals in the mold, as well as its grain size, depends on the temperature gradient in the mold and on the residence time of the crystals in the mold. The degree of washing of the GNU crystals depends on their size and their residence time in the wash zone.

Примеры выполненияExecution examples

Пример 1.Example 1

Для проведения исследований по кристаллизации нитрата уранила был приготовлен маточный раствор состава 320 г/л урана и 3,75 моль/л азотной кислоты, что соответствует насыщенному раствору при комнатной температуре. В часть маточного раствора были введены кристаллы ГНУ до соотношения твердой и жидкой фаз, равного 1,5:1, и раствор нитрата циркония (как имитатор продуктов деления). После нагрева системы до 65°С водный раствор имел состав: 800 г/л урана, 8 г/л циркония и 1,7 моль/л азотной кислоты. Раствор медленно охлаждали и давали кристаллической фазе отстояться в течение 2 часов, после чего маточный раствор и кристаллы разделяли фильтрацией. Влажные кристаллы промывали при перемешивании исходным моточным раствором с соотношением Т:Ж=1,5:1, фазы после отстаивания разделяли фильтрацией. Кристаллическая фаза содержала 1300 г/л урана и 0,8 г/л циркония. Таким образом, после однократного проведения кристаллизации и промывки относительное содержание циркония уменьшилось в 15-17 раз. После второго цикла “кристаллизация-промывка” кристаллическая фаза содержала 1300 г/л урана и 0,012 г/л циркония. Относительное содержание циркония уменьшилось в 65 раз. После третьего цикла “кристаллизация-промывка” цирконий в урановом продукте не обнаруживается.For studies on the crystallization of uranyl nitrate, a mother liquor of 320 g / l uranium and 3.75 mol / l nitric acid was prepared, which corresponds to a saturated solution at room temperature. GNU crystals were introduced into a part of the mother liquor to a ratio of solid and liquid phases equal to 1.5: 1, and a solution of zirconium nitrate (as an imitator of fission products). After heating the system to 65 ° C, the aqueous solution had the composition: 800 g / l of uranium, 8 g / l of zirconium and 1.7 mol / l of nitric acid. The solution was slowly cooled and the crystalline phase was allowed to stand for 2 hours, after which the mother liquor and crystals were separated by filtration. Wet crystals were washed with stirring with the initial engineered solution with a ratio of T: L = 1.5: 1, the phases after settling were separated by filtration. The crystalline phase contained 1300 g / l of uranium and 0.8 g / l of zirconium. Thus, after a single crystallization and washing, the relative zirconium content decreased by 15-17 times. After the second crystallization-washing cycle, the crystalline phase contained 1300 g / l of uranium and 0.012 g / l of zirconium. The relative content of zirconium decreased by 65 times. After the third crystallization-washing cycle, zirconium is not detected in the uranium product.

Пример 2.Example 2

Испытания устройства на модельном продукте - исходный раствор состава 1000 г/л урана, 8,2 г/л циркония 3,35 моль/л азотной кислоты подавали в охлаждающую трубку кристаллизатора с расходом 150-170 мл/ч. В качестве промывного раствора использовали раствор 360 г/л урана и 4,55 моль/л азотной кислоты, который подавали в шнековую часть кристаллизатора с расходом 60-65 мл/ч. Установка проработала 9 часов, было переработано 1500 мл раствора. Выходящие промытые кристаллы ГНУ содержали 1360 г/л урана и 0,01 г/л циркония. Относительное содержание циркония уменьшилось в 1100 раз, что соответствовало двум циклам “кристаллизация-промывка” в статическом режиме.Tests of the device on a model product — an initial solution of 1000 g / l of uranium, 8.2 g / l of zirconium, 3.35 mol / l of nitric acid, were fed into the cooling tube of the mold with a flow rate of 150-170 ml / h As a washing solution, a solution of 360 g / l of uranium and 4.55 mol / l of nitric acid was used, which was fed into the screw part of the mold with a flow rate of 60-65 ml / h. The unit worked for 9 hours; 1,500 ml of the solution was processed. Coming out washed crystals of GNU contained 1360 g / l of uranium and 0.01 g / l of zirconium. The relative zirconium content decreased by 1100 times, which corresponded to two crystallization-washing cycles in the static mode.

Таким образом испытания модельной установки на модельном продукте показали, что процесс очистки нитрата уранила непрерывный, выход кристаллов ГНУ составил более 80% от содержания урана в исходном растворе, рефлакс урана составил 3-5%, после третьей кристаллизации при исходном весовом соотношении Zr/U=10-2 цирконий в урановом продукте не обнаруживается, соотношение Zr/U в маточном растворе менее 10-5.Thus, tests of the model installation on the model product showed that the uranyl nitrate purification process was continuous, the yield of GNU crystals was more than 80% of the uranium content in the initial solution, the uranium reflux was 3-5%, after the third crystallization at the initial weight ratio Zr / U = 10 -2 zirconium is not detected in the uranium product; the Zr / U ratio in the mother liquor is less than 10 -5 .

Источники информацииSources of information

1. Патент Японии №10167730, 1998-06-23, G 21 C 19/46, C 01 G 43/00.1. Japan Patent No. 10167730, 1998-06-23, G 21 C 19/46, C 01 G 43/00.

2. Approach to the extreme safety in a nuclear fuel reprocessing system in mild aqueous solutions. Asanuma N., Asono Y., Tomiyasu H., Mizumachi K., Ikeda Y., Asou M., Hanzawa M. JAERJ-Conf. 1999, №99-004 (Pt 1). с.192-201. Англ.2. Approach to the extreme safety in a nuclear fuel reprocessing system in mild aqueous solutions. Asanuma N., Asono Y., Tomiyasu H., Mizumachi K., Ikeda Y., Asou M., Hanzawa M. JAERJ-Conf. 1999, No. 99-004 (Pt 1). p.192-201. English

3. Патент США №4759878, 1988, G 21 C 19/46 (прототип).3. US patent No. 4759878, 1988, G 21 C 19/46 (prototype).

4. Патент Японии №7140294, 1995-06-02, G 21 C 19/46, B 01 D 9/02, C 01 G 43/00 (прототип).4. Japan patent No. 7140294, 1995-06-02, G 21 C 19/46, B 01 D 9/02, C 01 G 43/00 (prototype).

Claims (7)

1. Способ очистки нитрата уранила от продуктов деления, включающий кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из раствора путем его охлаждения, отделение полученных кристаллов от маточного раствора, их промывку и выгрузку, отличающийся тем, что раствор нитрата уранила предварительно упаривают до концентрации по урану 800-1300 г/л и по азотной кислоте 0,5-3,0 моль/л, кристаллизацию проводят в прямотоке образующихся кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора при постоянном перемешивании и охлаждении раствора до температуры 15-30°С, образующиеся кристаллы отделяют от маточного раствора и подвергают противоточной промывке при температуре 15-30°С промывным раствором, содержащим 250-300 г/л урана и 3,0-6,0 моль/л азотной кислоты, затем кристаллы выгружают и осушают от промывного раствора, а отработавший промывной раствор вместе с маточным раствором, содержащим продукты деления, выводят в зоне их соприкосновения, причем плотность отработавшего промывного раствора поддерживают на 2-5% выше плотности маточного раствора.1. The method of purification of uranyl nitrate from fission products, including crystallization of uranyl nitrate hexahydrate from a solution by cooling it, separating the obtained crystals from the mother liquor, washing and unloading, characterized in that the uranyl nitrate solution is pre-evaporated to a concentration of 800-1300 g on uranium / l and nitric acid 0.5-3.0 mol / l, crystallization is carried out in the direct flow of the formed crystals of uranyl nitrate hexahydrate and the mother liquor with constant stirring and cooling the solution to a temperature of 1 5-30 ° C, the crystals formed are separated from the mother liquor and subjected to countercurrent washing at a temperature of 15-30 ° C with a washing solution containing 250-300 g / l of uranium and 3.0-6.0 mol / l of nitric acid, then the crystals unload and drain from the wash solution, and the spent wash solution together with the mother liquor containing fission products is removed in the contact zone, and the density of the spent wash solution is maintained 2-5% higher than the density of the mother liquor. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку нитрата уранила от продуктов деления ведут в 2-3 ступени.2. The method according to claim 1, characterized in that the purification of uranyl nitrate from fission products is carried out in 2-3 stages. 3. Устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления, содержащее кристаллизатор, выполненный в виде трубы с наружным охлаждением, снабженный штуцером подачи раствора нитрата уранила, отличающееся тем, что кристаллизатор, внутри которого установлена лопастная мешалка, расположен вертикально, при этом штуцер для подачи раствора нитрата уранила расположен в его верхней части, нижняя часть кристаллизатора установлена соосно в промывочной колонне и закреплена в отверстии ее крышки, крышка снабжена штуцером для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, соединенным с гидрозатвором, нижняя часть промывочной колонны соединена под углом с наклонной трубой, внутри которой установлен шнек, верхняя часть наклонной трубы снабжена штуцером для выгрузки осушенных кристаллов гексагидрата нитрата уранила и штуцером подачи промывного раствора, причем штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора, а штуцер для подачи раствора нитрата уранила, штуцер для подачи промывного раствора и гидрозатвор размещены на одном уровне.3. A device for cleaning uranium nitrate from fission products, containing a crystallizer made in the form of an external cooling pipe equipped with a uranyl nitrate solution inlet chuck, characterized in that the crystallizer inside which a paddle mixer is installed is located vertically, while the nozzle for supplying the solution uranyl nitrate is located in its upper part, the lower part of the crystallizer is mounted coaxially in the washing column and fixed in the hole of its cover, the cover is equipped with a fitting for joint output uterine and spent washing solutions connected to a water trap, the lower part of the washing column is connected at an angle to the inclined pipe, inside which a screw is installed, the upper part of the inclined pipe is equipped with a nozzle for unloading the dried crystals of uranium nitrate hexahydrate and a nozzle for supplying the washing solution, and a nozzle for unloading the drained crystals placed above the nozzle for supplying a washing solution, and the nozzle for supplying a solution of uranyl nitrate, the nozzle for supplying a washing solution and a water seal at the same level. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что угол между промывочной колонной и наклонной трубой равен 35-45°.4. The device according to claim 3, characterized in that the angle between the wash column and the inclined pipe is 35-45 °. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что штуцер для выгрузки кристаллов соединен с двумя попеременно работающими обогреваемыми приемно-выдачными емкостями.5. The device according to claim 3, characterized in that the fitting for unloading crystals is connected to two alternately working heated receiving and dispensing containers. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что нижняя часть кристаллизатора установлена в промывочной колоне на глубину, равную 2-3 диаметрам кристаллизатора.6. The device according to claim 3, characterized in that the lower part of the mold is installed in the wash column to a depth equal to 2-3 diameters of the mold. 7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что штуцер для выгрузки осушенных кристаллов размещен выше штуцера подачи промывного раствора на расстояние, равное 3-4 диаметрам наклонной трубы.7. The device according to claim 3, characterized in that the nozzle for unloading the dried crystals is placed above the nozzle for supplying the washing solution at a distance equal to 3-4 diameters of the inclined pipe.
RU2003107641A 2003-03-20 2003-03-20 Method and device for cleaning uranyl nitrate from fission products RU2244966C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003107641A RU2244966C2 (en) 2003-03-20 2003-03-20 Method and device for cleaning uranyl nitrate from fission products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003107641A RU2244966C2 (en) 2003-03-20 2003-03-20 Method and device for cleaning uranyl nitrate from fission products

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003107641A RU2003107641A (en) 2004-11-27
RU2244966C2 true RU2244966C2 (en) 2005-01-20

Family

ID=34978437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003107641A RU2244966C2 (en) 2003-03-20 2003-03-20 Method and device for cleaning uranyl nitrate from fission products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2244966C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528399C2 (en) * 2013-01-23 2014-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Method for crystallisation separation and purification of uranyl nitrate hexahydrate and apparatus therefor
RU218619U1 (en) * 2022-12-06 2023-06-02 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" LINEAR MOLD STIRMER

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528399C2 (en) * 2013-01-23 2014-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Method for crystallisation separation and purification of uranyl nitrate hexahydrate and apparatus therefor
RU218619U1 (en) * 2022-12-06 2023-06-02 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" LINEAR MOLD STIRMER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4279755A (en) Continuous countercurrent ion exchange process
RU95121594A (en) METHODS OF OBTAINING BISFENOL-A
US4636367A (en) Removal of radium from aqueous liquids
RU2244966C2 (en) Method and device for cleaning uranyl nitrate from fission products
US3257165A (en) Continuous method for the purification of brine
JPS60205398A (en) Batch type pure purifying method of uranium or plutonium recovered in reprocessing process of spent nuclear fuel and/or parent substance
US3392539A (en) Fractional crystallization
RU2268510C2 (en) Method of purification of uranyl nitrate the fission products and a device for its realization
US4565672A (en) Method for the manufacture of PuO2 -containing crystals
CN101407325A (en) Method for separating boric acid and magnesium sulphate in boric acid production mother liquor by using magnesium sulphate
US9472312B2 (en) Method for precipitating one or more solutes
US3730689A (en) Apparatus for leaching core material from sheared segments of clad nuclear fuel pins
RU2755474C1 (en) Method for crystallization separation and purification of uranyl nitrate hexahydrate and device for its implementation
JP2720602B2 (en) Reprocessing of spent nuclear fuel
RU2528399C2 (en) Method for crystallisation separation and purification of uranyl nitrate hexahydrate and apparatus therefor
Hill et al. Scale-up problems in the plutonium separations program
Nakahara et al. Removal of liquid and solid impurities from uranyl nitrate hexahydrate crystalline particles in crystal purification process
RU52246U1 (en) DEVICE FOR CLEANING NITRATE FROM FUEL PRODUCTS
US3536454A (en) Apparatus for extraction of water from saline solutions
JP3082819B2 (en) Crystallizer
JP2743505B2 (en) Reprocessing of spent nuclear fuel
EP4297044A1 (en) Purification of target material for the production of radio-isotopes
CN219783871U (en) Continuous double-phase liquid-phase extraction separation device for solid phase removal
US2467274A (en) Process and apparatus for recovering in the form of alkali metal salts the oxides of nitrogen from gases containing the same
JPS60238427A (en) Reverse extraction apparatus of metal

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210607