RU2268510C2 - Method of purification of uranyl nitrate the fission products and a device for its realization - Google Patents

Method of purification of uranyl nitrate the fission products and a device for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2268510C2
RU2268510C2 RU2004105647A RU2004105647A RU2268510C2 RU 2268510 C2 RU2268510 C2 RU 2268510C2 RU 2004105647 A RU2004105647 A RU 2004105647A RU 2004105647 A RU2004105647 A RU 2004105647A RU 2268510 C2 RU2268510 C2 RU 2268510C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
washing
solution
uranyl nitrate
mother liquor
crystals
Prior art date
Application number
RU2004105647A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004105647A (en
Inventor
Леонид Владимирович Арсеенков (RU)
Леонид Владимирович Арсеенков
В чеслав Григорьевич Балахонов (RU)
Вячеслав Григорьевич Балахонов
Александр Юрьевич Вахрушин (RU)
Александр Юрьевич Вахрушин
Владимир Иванович Волк (RU)
Владимир Иванович Волк
Валерий Фридрихович Горн (RU)
Валерий Фридрихович Горн
Тать на Александровна Малышева (RU)
Татьяна Александровна Малышева
Сергей Иванович Ровный (RU)
Сергей Иванович Ровный
Вадим Петрович Савенко (RU)
Вадим Петрович Савенко
ков Александр Афанасьевич Треть (RU)
Александр Афанасьевич Третьяков
Сергей Владимирович Подойницын (RU)
Сергей Владимирович Подойницын
Original Assignee
Российская Федерация в лице Министерства РФ 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 РФ 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 РФ по атомной энергии
Priority to RU2004105647A priority Critical patent/RU2268510C2/en
Publication of RU2004105647A publication Critical patent/RU2004105647A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2268510C2 publication Critical patent/RU2268510C2/en

Links

Images

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: processing of the waste nuclear fuel.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the field of processing of the waste nuclear fuel, in particular to the method and for purification of the waste nuclear fuel from the fission products and a device for its realization. The invention provides, that uranyl nitrate solution is evaporated up to the concentration in respect to uranium of 800-1300 g/l and to nitric acid of 0.5-3.0 mole/l. Crystallization is conducted in a forward flow of the being formed crystals of hexahydrate of uranyl nitrate and a mother liquor at constant chilling of the solution up to temperature of 15-30°C. The formed crystals are separated from the mother liquor and subjected to the countercurrent washdown at the temperature of 15-30°C by a washing solution containing 250-300 g/l of uranium and 3.0-6.0 mole/l of nitric acid. Then the crystals are separated from the washing solution, smelt at the temperature exceeding 60°C and discharge under the action of a difference of the hydrostatic pressure. The for purification of uranyl nitrate from the fissing products contains a crystallizer made in the form of a pipe with external chilling and supplied with the union of the uranyl nitrate solution feeding. The device has the U-shaped form and is mounted upright. On one side of the device in its upper part there is a crystallizer with a union for uranyl nitrate solution feeding. The lower part of the crystallizer is mounted coaxially to the washing column. The cover is supplied with a union for a joint withdrawal of the mother liquor and the spent washing solutions. The lower part of the washing column has a conical bottom and is supplied by the union of feeding a washing solution. The other side of the device is made in the form of the pipeline. In the lower part the pipeline is connected to the conical bottom of the washing column and a pulsation cylindrical chamber, and in the upper part the pipeline is supplied by a drain connection. Advantages of the invention consist in simplification of the method and improved degree of a purification efficiency.
EFFECT: the invention ensure simplification of the method and an improved degree of purification efficiency.
5 cl, 2 dwg, 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 a 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 [Патент Японии №10167730, 1998-06-23, G 21 C 19/46, C 01 G 43/00].A known method of purification of uranyl nitrate [Japan Patent No. 10167730, 1998-06-23, G 21 C 19/46, C 01 G 43/00].

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 концентрированной азотной кислоты концентрацией 60-98%, или выпариванием и концентрированном раствора, или при приготовлении азотнокислых урансодержащих растворов при температуре выше 25°С и охлаждении раствора до температуры 0-25°С. Степень извлечения кристаллов ГНУ составила от 54% до 69%.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 concentrated nitric acid with a concentration of 60-98%, or by evaporation and concentrated solution, or when preparing nitric acid uranium-containing solutions at a temperature above 25 ° C and cooling 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, сложность организации дистанционного обслуживания и управления, значительный объем перерабатываемых растворов.The disadvantages of this method include the periodicity of the process, the complexity of organizing a continuous process for cleaning uranyl nitrate, a large number of auxiliary operations, the issue of cleaning the separated GNU crystals from the mother liquor has not been worked out, the complexity of organizing remote maintenance and control, a significant amount of processed solutions.

Известен способ очистки нитрата уранила [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. JAERI-Conf. 1999, №99-004 (Pt 1). с.192-201. Англ.].A known method of purification of uranyl nitrate [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. JAERI-Conf. 1999, No. 99-004 (Pt 1). p.192-201. English].

По этому способу проводят кристаллизацию ГНУ из раствора 3М HNO3 путем его охлаждения до температуры -20°С, при этом извлекают до 70% урана из раствора после растворения топлива.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.

Недостатком этого способа является необходимость охлаждения урансодержащих растворов до температуры ниже температуры их замерзания, что требует наличия крупномасштабного холодильного оборудования и, как следствие, снижается экономичность процесса.The disadvantage 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 result, reduces the efficiency of the process.

Известен способ порционной очистки урана или плутония, подлежащих возвращению в процесс переработки облученного ядерного топлива и/или делящихся материалов [Патент США №4759878, 1988, G 21 C 19/46], выбранный за прототип.A known method of batch cleaning of uranium or plutonium to be returned to the processing of irradiated nuclear fuel and / or fissile materials [US Patent No. 4759878, 1988, G 21 C 19/46], selected for the prototype.

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 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 формы 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 совместной кристаллизации нитрата уранила с водой в виде льда и/или тригидрата азотной кислоты избегают. 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.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 impurities is crystallized and the resulting GNU crystals are separated from the mother liquor, washed and discharged. The initial solution is adjusted to uranium concentrations of 48-480 g / l and the prepared uranium solution is cooled below 0 ° C to conduct 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 volume of the crystalline form 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 кристаллизатора [Патент Японии №7140294, 1995-06-02, G 21 C 19/46, В 01 D 9/02, C 01 G 43/00] для осуществления непрерывной кристаллизации растворов ядерного топлива и процессов кристаллизационной очистки урана и плутония при ограниченной критичности, содержащее наружнюю трубу, установленную горизонтально или наклонно, в ней размещена внутреняя труба, вращаемая приводом. На периферии внутренней трубы размещены направляющие лопатки, наружняя труба снабжена патрубками подачи раствора нитрата уранила, кислоты, хладоагента и вывода маточника и кристаллов ГНУ. Раствор нитрата уранила охлаждают в межтрубном пространстве с образованием кристаллов и ильных отложений, содержащих и кристаллы. Кристаллы и маточный раствор выводят через отдельные отверстия, при этом имеет место захват маточника кристаллами.For the prototype of the proposed device, a crystallizer device was selected [Japan Patent No. 7140294, 1995-06-02, G 21 C 19/46, B 01 D 9/02, C 01 G 43/00] for the continuous crystallization of nuclear fuel solutions and crystallization processes purification of uranium and plutonium 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 withdrawal 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 removed through separate openings, while the mother liquor is captured by crystals.

К недостаткам этого устройства следует отнести малую надежность в работе за счет наличия подвижных частей, трудность защиты сальников, находящихся в зоне кристаллизации, это приводит к необходимости обслуживания, что опасно для обслуживающего персонала, отсутствие промывки кристаллов, а также выгрузка кристаллов совместно с захватом маточного раствора приводит к низкой степени очитки от продуктов деления, потребность в холодильном оборудовании также снижает экономичность процесса.The disadvantages of this device include low reliability due to the presence of moving parts, the difficulty of protecting the seals located in the crystallization zone, this leads to the need for maintenance, which is dangerous for maintenance personnel, the absence of washing crystals, as well as unloading crystals together with the capture of the mother liquor leads to a low degree of purification from fission products, the need for refrigeration equipment also reduces the efficiency of the process.

Техническим результатом осуществления способа очистки нитрата уранила является организация непрерывного процесса очистки нитрата уранила и повышение степени его очистки от продуктов деления, значительное сокращение объемов перерабатываемых растворов, повышение экономичности процесса кристаллизации за счет проведения процесса в положительном температурном интервале, повышение степени кристаллизации нитрата уранила.The technical result of the method for purification of uranyl nitrate is the organization of a continuous process for purification of uranyl nitrate and an increase in its degree of purification from fission products, a significant reduction in the volume of processed solutions, an increase in the efficiency of the crystallization process due to the process in a positive temperature range, and an increase in the degree of crystallization of uranyl nitrate.

Техническим результатом осуществления устройства для очистки нитрата уранила является повышение экономичности и надежности работы устройства за счет исключения холодильного оборудования, а также повышения безопасности его работы.The technical result of the implementation of the device for purification of uranyl nitrate is to increase the efficiency and reliability of the device by eliminating refrigeration equipment, as well as increasing the safety of its operation.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достижение технических результатов при осуществлении способа и устройства очистки нитрата уранила от продуктов деления.The problem to which the invention is directed is to achieve technical results in the implementation of the method and device for purification of uranyl nitrate from fission products.

Для решения поставленной задачи 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 предварительно 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 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 отделяют от промывного раствора, расплавляют при температуре более 60° и выгружают под действием разницы гидростатического давления, причем кристаллизацию, промывку и выгрузку проводят под действием вертикальных пульсаций, а отработавший промывной раствор вместе с маточным раствором, содержащим продукты деления, выводят из процесса в зоне их соприкосновения, при этом плотность отработавшего промывного раствора поддерживают на 2-5% выше плотности маточного раствора.To solve this problem, a method of purifying 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 previously evaporated to a uranium concentration of 800-1300 g / l and with 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 cooling of the solution to a temperature of 15-30 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 are separated from the washing solution is melted at a temperature of more than 60 ° C and discharged under the influence of a difference in hydrostatic pressure, and crystallization, washing and unloading are carried out under the influence of vertical pulsations, and the spent washing solution together with the mother liquor containing fission products is removed from the process and in a zone of contact, while the density of the spent wash solution is maintained at 2-5% above the density of the mother liquor.

В частном варианте очистку нитрата уранила ведут в 2-3 ступени.In a particular embodiment, the purification of uranyl nitrate is carried out in 2-3 steps.

Для решения поставленной задачи устройство для очистки нитрата уранила от продуктов деления содержит кристаллизатор, выполненный в виде трубы с наружным охлаждением, снабженный штуцером подачи раствора нитрата уранила, причем устройство выполнено U-образной формы и установлено вертикально, на одной стороне устройства в его верхней части размещен кристаллизатор со штуцером для подачи раствора нитрата уранила, расположенным в верхней части кристаллизатора, 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 имеет конусное днище и снабжена штуцером подачи промывного раствора, другая сторона устройства выполнена в виде трубопровода, имеющего рубашку наружного обогрева, в нижней части трубопровод соединен с конусным днищем промывочной колонны и пульсационной цилиндрической камерой, а в верхней части трубопровод снабжен сливным патрубком.To solve the problem, a device for cleaning uranyl nitrate from fission products contains a crystallizer made in the form of a pipe with external cooling, equipped with a nozzle for supplying a uranyl nitrate solution, the device is made in a U-shape and installed vertically, on one side of the device in its upper part a mold with a fitting for supplying a uranyl nitrate solution located in the upper part of the mold, the lower part of the mold is coaxially mounted in the wash column and fixed len in the opening of its cover, the cover is equipped with a fitting for the joint withdrawal of the mother and spent washing solutions connected to a water seal, the lower part of the washing column has a conical bottom and equipped with a washing solution supply, the other side of the device is made in the form of a pipeline having an external heating jacket, the lower part of the pipeline is connected to the conical bottom of the washing column and the pulsating cylindrical chamber, and in the upper part of the pipeline is equipped with a drain pipe.

В частном варианте 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 washing column to a depth equal to 2-3 diameters of the mold.

В другом частном варианте трубопровод подсоединен к нижней части конусного днища.In another particular embodiment, the pipeline is connected to the bottom of the conical bottom.

В другом частном варианте трубопровод подсоединен к боковой поверхности конусного днища.In another particular embodiment, the pipeline is connected to the side surface of the conical bottom.

В другом частном варианте рубашка наружного обогрева трубопровода состоит из секций.In another particular embodiment, the jacket for external heating of the pipeline consists of sections.

В другом частном варианте сливной патрубок размещен с возможностью регулирования его по высоте трубопровода.In another private embodiment, the drain pipe is placed with the possibility of regulating it along the height of the pipeline.

В другом частном варианте промывочная колонна, штуцер подачи промывного раствора и пульсационная цилиндрическая камера снабжены рубашками наружного обогрева.In another particular embodiment, the washing column, the nozzle for supplying the washing solution and the pulsating cylindrical chamber are provided with external heating jackets.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2, где схематически представлен вертикальный разрез устройства.The invention is illustrated in figure 1 and figure 2, which schematically shows a vertical section of the device.

Устройство выполнено U-образной формы и установлено вертикально. На одной стороне устройства в его верхней части размещен кристаллизатор, выполненный в виде трубы 1 с наружным охлаждением 2, снабженный штуцером 3 подачи раствора нитрата уранила, расположенным в его верхней части. Нижняя часть кристаллизатора установлена соосно в промывочной колонне 4 и закреплена в отверстии ее крышки 5. Крышка снабжена штуцером 6 для совместного вывода маточного и отработавшего промывного растворов, соединенным с гидрозатвором 7. Нижняя часть промывочной колонны снабжена штуцером 8 подачи промывного раствора, имеет конусное днище 9. Другая сторона устройства выполнена в виде трубопровода 10, имеющего рубашку наружного обогрева 11. В нижней части трубопровод соединен с конусным днищем промывочной колонны и пульсационной цилиндрической камерой 12, а в верхней части трубопровод снабжен сливным патрубком 13. Нижняя часть кристаллизатора 1 установлена в промывочной колонне 4 на глубину, равную 2-3 диаметра кристаллизатора. Трубопровод 10 подсоединен к нижней части конусного днища 9 (фиг.1). Трубопровод 10 подсоединен к боковой поверхности конусного днища 9 (фиг.2). Рубашка наружного обогрева трубопровода 10 состоит из секций 11. Сливной патрубок 13 размещен с возможностью регулирования его по высоте. Промывочная колонна 4, штуцер подачи промывного раствора 8 и цилиндрическая камера 12 снабжены рубашками наружного обогрева 14, 15 и 16 соответственно.The device is U-shaped and mounted vertically. On one side of the device in its upper part is placed a mold made in the form of a pipe 1 with external cooling 2, equipped with a fitting 3 for supplying a solution of uranyl nitrate located in its upper part. The lower part of the mold is mounted coaxially in the washing column 4 and fixed in the hole of its cover 5. The cover is equipped with a fitting 6 for joint outlet of the mother and spent washing solutions, connected to the water trap 7. The lower part of the washing column is equipped with a fitting 8 for supplying the washing solution, has a conical bottom 9 The other side of the device is made in the form of a pipeline 10 having an external heating jacket 11. In the lower part, the pipeline is connected to the conical bottom of the washing column and the pulsating cylinder chamber 12, and in the upper part the pipeline is equipped with a drain pipe 13. The lower part of the mold 1 is installed in the washing column 4 to a depth equal to 2-3 times the diameter of the mold. The pipeline 10 is connected to the lower part of the conical bottom 9 (figure 1). The pipeline 10 is connected to the side surface of the conical bottom 9 (figure 2). The jacket for external heating of the pipeline 10 consists of sections 11. The drain pipe 13 is placed with the possibility of adjusting it in height. The washing column 4, the nozzle for supplying the washing solution 8 and the cylindrical chamber 12 are provided with external heating jackets 14, 15 and 16, respectively.

Предложенное устройство работает следующим образом. 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 3 в трубу 1 кристаллизатора, в котором его охлаждают до температуры 15-30°С при постоянном перемешивании гидравлическими импульсами, поступающими из цилиндрической камеры 12. 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 4, пройдя которую, собираются в ее нижней части, из которой непрерывно поступают в трубопровод 10, расплавляются при температуре более 60°С и плав выводится самотеком через штуцер 13 (под действием разницы гидростатического давления на сторонах U-образного устройства) в последующую ступень кристаллизации или в обогреваемый сборник. Промывной раствор непрерывно подают через штуцер 8 в нижнюю часть промывочной колонны 4, он поднимается вверх противотоком к падающим кристаллам. Далее в верхней части колонны на выходе из промывной зоны он встречается с маточным раствором, увлекает последний за собой (т.к. маточный раствор по удельному весу меньше промывного) и совместно оба раствора выходят через штуцер 6 в крышке промывочной колонны 4 и далее через гидрозатвор 7 из процесса.The proposed device operates as follows. The solution after evaporation to a concentration of uranium 800–1300 g / l and nitric acid 0.5–3 mol / l continuously enters through the supply nozzle 3 into the pipe 1 of the mold, in which it is cooled to a temperature of 15–30 ° C with constant stirring hydraulic pulses coming from the cylindrical chamber 12. 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 washing column 4, coaxial to the crystallizer, after passing through which they are collected in its lower part, from which they continuously enter the pipeline 10, are melted at a temperature of more than 60 ° C and the melt is gravity removed through the nozzle 13 (under the influence of the difference hydrostatic pressure on the sides of the U-shaped device) into the next stage of crystallization or into a heated collector. The washing solution is continuously fed through the nozzle 8 to the lower part of the washing column 4, it rises upstream against the falling crystals. Then, at the top of the column at the outlet of the wash zone, it meets the mother liquor, entrains the latter behind itself (since the mother liquor is less in specific gravity than the wash) and together both solutions exit through the nozzle 6 in the cover of the washing column 4 and then through the hydraulic seal 7 out of the process.

Наложение вертикальных пульсаций на жидкую фазу препятствует налипанию кристаллов на внутренних поверхностях устройства, способствует псевдоожижению кристаллов в зоне накопления, интенсифицирует массообмен в зоне промывки и теплообменные процессы в зонах кристаллизации и плавления. Наложение пульсации также расширяет возможность управления всеми процессами в аппарате за счет изменения интенсивности пульсации (интенсивность пульсации {I, мм/мин} есть произведение {f, 1/мин} на размах колебаний {2А, мм}), варьируя изменением частоты и амплитуды в зонах кристаллизации, промывки плавления кристаллов и вывода плава. А именно в зоне кристаллизации регулировать процесс зарождения кристаллов, обеспечить необходимое время пребывания кристаллов в кристаллизаторе для получения кристаллов необходимой дисперсности с максимальным выходом; в зоне промывки - обеспечить оптимальное время пребывания и оптимальное перемешивание кристаллов с промывным раствором, что влияет на качество отмывки кристаллов от маточного раствора; в зоне накопления дает возможность обеспечить псевдоожижение кристаллов, что будет способствовать их продвижению в зону плавления; а в зоне плавления обеспечить перемешивание раствора и получить равномерную его концентрацию.The application of vertical pulsations to the liquid phase prevents the buildup of crystals on the internal surfaces of the device, promotes fluidization of crystals in the accumulation zone, intensifies mass transfer in the washing zone and heat transfer processes in the crystallization and melting zones. The imposition of pulsation also expands the ability to control all processes in the apparatus by changing the intensity of the pulsation (the pulsation intensity {I, mm / min} is the product {f, 1 / min} on the amplitude of the oscillations {2A, mm}), varying by changing the frequency and amplitude in zones of crystallization, washing of melting crystals and withdrawal of melt. Namely, in the crystallization zone to regulate the process of crystal nucleation, to provide the necessary residence time of crystals in the crystallizer to obtain crystals of the required dispersion with maximum yield; in the washing zone - to ensure the optimal residence time and optimal mixing of the crystals with the washing solution, which affects the quality of washing the crystals from the mother liquor; in the accumulation zone makes it possible to provide fluidization of crystals, which will facilitate their advance into the melting zone; and in the melting zone to ensure mixing of the solution and get a uniform concentration.

Примеры выполнения изобретения.Examples of the invention.

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 был введен кристаллический нитрат уранила до соотношения твердой и жидкой фаз, равного 1:1,5 и раствор нитрата циркония (как имитатор продуктов деления). После нагрева системы до 65°С водный раствор имел следующий 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. Фазы после отстаивания разделяли фильтрацией. Кристаллическая фаза содержала 1300 г/л нитрата уранила и 0,8 г/л нитрата 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 обнаружился.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. Crystalline uranyl nitrate was introduced into a part of the mother liquor to a ratio of solid and liquid phases equal to 1: 1.5 and a solution of zirconium nitrate (as an imitator of fission products). After heating the system to 65 ° C, the aqueous solution had the following 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 original skein solution with a ratio of T: W = 1.5. The phases after settling were separated by filtration. The crystalline phase contained 1300 g / l of uranyl nitrate and 0.8 g / l of zirconium nitrate. 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 was 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 и 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 нижнюю часть промывочной колонны с расходом 60-65 мл/ч. Установка проработала 9 часов, было переработано 1500 мл раствора. Выходящие расплавленные 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 and 3.35 mol / l of nitric acid, were fed into the cooling tube of the crystallizer at a flow rate of 150-170 ml / h. A solution of 360 g / l of uranium and 4.55 mol / l of nitric acid was used as a washing solution, which was supplied to the lower part of the washing column at a flow rate of 60-65 ml / h. The unit worked for 9 hours; 1,500 ml of the solution was processed. The outgoing molten GNU crystals 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.

Было установлено, что наложение пульсации с интесивностью I=700-1000 мм/мин, при частоте пульсации f=1/мин, стабильно обеспечивает работу устройства во всех зонах (кристаллизация, промывка, расплавление и вывод расплавленных кристаллов).It was found that the imposition of a pulsation with an intensity of I = 700-1000 mm / min, with a pulsation frequency f = 1 / min, stably ensures the operation of the device in all zones (crystallization, washing, melting and removal of molten crystals).

Таким образом, испытания модельной установки на модельном продукте показали, что процесс очистки нитрата уранила непрерывный, выход кристаллов нитрата уранила 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 обнаруживался, 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 uranyl nitrate 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 was not detected in the uranium product, the Zr / U ratio in the mother liquor was less than 10 -5 .

Claims (9)

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 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 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 отделяют от промывного раствора, расплавляют при температуре более 60°С и выгружают под действием разницы гидростатического давления, причем кристаллизацию, промывку и выгрузку проводят под действием вертикальных пульсаций, а отработавший промывной раствор вместе с маточным раствором, содержащим продукты деления, выводят из процесса в зоне их соприкосновения, при этом 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 evaporated to a concentration of 800-1300 g / 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 cooling of the solution to a temperature of 15-30 ° C, the crystals formed from 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 are separated from the washing solution, melted at a temperature more than 60 ° C and discharged under the influence of the difference in hydrostatic pressure, moreover, crystallization, washing and unloading is carried out under the influence of vertical pulsations, and the spent washing solution along with the mother liquor containing fission products is removed from the process in the zone of their contact, the density of the spent wash solution is maintained at 2-5% higher than the density of the mother liquor. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку нитрата уранила ведут в 2-3 ступени.2. The method according to claim 1, characterized in that the purification of uranyl nitrate 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 оно выполнено U-образной формы и установлено вертикально, на одной стороне устройства в его верхней части размещен кристаллизатор со штуцером для подачи раствора нитрата уранила, расположенным в верхней части кристаллизатора, 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 имеет конусное днище и снабжена штуцером подачи промывного раствора, другая сторона устройства выполнена в виде трубопровода, имеющего рубашку наружного обогрева, в нижней части трубопровод соединен с конусным днищем промывочной колонны и пульсационной цилиндрической камерой, а в верхней части трубопровод снабжен сливным патрубком.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 nozzle for supplying a uranyl nitrate solution, characterized in that it is made in a U-shape and installed vertically, on one side of the device in its upper part of the placed mold with a nozzle for supplying a solution of uranyl nitrate located in the upper part of the mold, the lower part of the mold is mounted coaxially in the wash column and is fixed in its hole to towers, the lid is equipped with a fitting for the joint withdrawal of the mother and spent washing solutions connected to a water seal, the lower part of the washing column has a conical bottom and equipped with a washing solution supply, the other side of the device is made in the form of a pipe having an external heating jacket, in the lower part the pipe is connected with a conical bottom of the washing column and a pulsating cylindrical chamber, and in the upper part the pipeline is equipped with a drain pipe. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что нижняя часть кристаллизатора установлена в промывочной колонне на глубину, равную 2-3 диаметрам кристаллизатора.4. 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. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что трубопровод подсоединен к нижней части конусного днища.5. The device according to claim 3, characterized in that the pipeline is connected to the bottom of the conical bottom. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что трубопровод подсоединен к боковой поверхности конусного днища.6. The device according to claim 3, characterized in that the pipeline is connected to the side surface of the conical bottom. 7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что рубашка наружного обогрева трубопровода состоит из секций.7. The device according to claim 3, characterized in that the outer heating jacket of the pipeline consists of sections. 8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что сливной патрубок размещен с возможностью регулирования его по высоте трубопровода.8. The device according to claim 3, characterized in that the drain pipe is placed with the possibility of regulating it along the height of the pipeline. 9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что промывочная колонна, штуцер подачи промывного раствора и пульсационная цилиндрическая камера снабжены рубашками наружного обогрева.9. The device according to claim 3, characterized in that the washing column, the nozzle for supplying the washing solution and the pulsating cylindrical chamber are equipped with external heating jackets.
RU2004105647A 2004-02-24 2004-02-24 Method of purification of uranyl nitrate the fission products and a device for its realization RU2268510C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004105647A RU2268510C2 (en) 2004-02-24 2004-02-24 Method of purification of uranyl nitrate the fission products and a device for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004105647A RU2268510C2 (en) 2004-02-24 2004-02-24 Method of purification of uranyl nitrate the fission products and a device for its realization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004105647A RU2004105647A (en) 2005-08-10
RU2268510C2 true RU2268510C2 (en) 2006-01-20

Family

ID=35844603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004105647A RU2268510C2 (en) 2004-02-24 2004-02-24 Method of purification of uranyl nitrate the fission products and a device for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2268510C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755474C1 (en) * 2020-12-04 2021-09-16 Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" Method for crystallization separation and purification of uranyl nitrate hexahydrate and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004105647A (en) 2005-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4444680A (en) Process and apparatus for the volume reduction of PWR liquid wastes
US3892539A (en) Process for production of crystals in fluidized bed crystallizers
CN104925986A (en) Near-zero discharge treatment system for pickling waste liquid and washing wastewater in steel industry and process thereof
RU2268510C2 (en) Method of purification of uranyl nitrate the fission products and a device for its realization
US20050115363A1 (en) Method and apparatus for processing a suspension
US3392539A (en) Fractional crystallization
JP2014503460A (en) Method for purifying phosphoric acid
US3292999A (en) Crystallizer with baffled recirculation flow
RU2244966C2 (en) Method and device for cleaning uranyl nitrate from fission products
KR20090042205A (en) Method of replacing dispersion medium
US3867410A (en) Cleaning of the lower finned tubes in the separation of phthalic anhydride
CN1171890C (en) Prepn process and plant of high-purity eudesmin
US3435625A (en) Process and apparatus for the continuous separation of solid materials contained in a liquid
JPH0699346B2 (en) Method and apparatus for crystallizing a manifold
RU2755474C1 (en) Method for crystallization separation and purification of uranyl nitrate hexahydrate and device for its implementation
CN218107679U (en) KCl evaporation salting production device
RU2427938C1 (en) Device for purification of uranyl nitrate from fission products
RU2802285C1 (en) Installation for continuous production of purified paracetamol, method for continuous production of purified paracetamol
CN215781630U (en) Oxalic acid crystallization system
RU2528399C2 (en) Method for crystallisation separation and purification of uranyl nitrate hexahydrate and apparatus therefor
US2467274A (en) Process and apparatus for recovering in the form of alkali metal salts the oxides of nitrogen from gases containing the same
US9472312B2 (en) Method for precipitating one or more solutes
Mukhachov et al. Intensification of leaching of uranium concentrates
RU52246U1 (en) DEVICE FOR CLEANING NITRATE FROM FUEL PRODUCTS
SU1011149A1 (en) Method of salt crystallization from solutions

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110225