RU2326052C2 - Method cleaning uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide - Google Patents

Method cleaning uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide Download PDF

Info

Publication number
RU2326052C2
RU2326052C2 RU2006116873/15A RU2006116873A RU2326052C2 RU 2326052 C2 RU2326052 C2 RU 2326052C2 RU 2006116873/15 A RU2006116873/15 A RU 2006116873/15A RU 2006116873 A RU2006116873 A RU 2006116873A RU 2326052 C2 RU2326052 C2 RU 2326052C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
technetium
uranium hexafluoride
uranium
gas phase
nuclide
Prior art date
Application number
RU2006116873/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006116873A (en
Inventor
Петр Михайлович Гаврилов (RU)
Петр Михайлович Гаврилов
Иван Игнатьевич Жерин (RU)
Иван Игнатьевич Жерин
Владимир Михайлович Короткевич (RU)
Владимир Михайлович Короткевич
Валерий Владимирович Лазарчук (RU)
Валерий Владимирович Лазарчук
Александр Константинович Ледовских (RU)
Александр Константинович Ледовских
Владимир Ильич Мазин (RU)
Владимир Ильич Мазин
Максим Иванович Стерхов (RU)
Максим Иванович Стерхов
Юрий Борисович Торгунаков (RU)
Юрий Борисович Торгунаков
Владимир Иванович Щелканов (RU)
Владимир Иванович Щелканов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат"
Priority to RU2006116873/15A priority Critical patent/RU2326052C2/en
Publication of RU2006116873A publication Critical patent/RU2006116873A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2326052C2 publication Critical patent/RU2326052C2/en

Links

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used for cleaning hexafluoride of a raw uranium regenerate from a radio active technetium-99 nuclide. The method involves reaction of uranium hexafluoride in the gas phase with synthetic calcium fluoride, containing at least 98.0% of the mass of the basic substance at temperature between 20°C and 40°C and pressure of the gas phase from 1400 to 40000 Pa. Contact time is not less than 2.5-5.0 seconds. The process is carried out in an adsorber with a layer of pelleted calcium fluoride with linear speed of the gas phase in the 0.05 - 0.6 m3 /m2×s range.
EFFECT: simplification of the cleaning of uranium hexafluoride.
4 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к технологии рециклирования ядерных энергетических материалов и может быть использовано для очистки гексафторида сырьевого уранового регенерата от радионуклида технеция-99.The invention relates to a technology for the recycling of nuclear energy materials and can be used to clean the raw uranium regenerate hexafluoride from the technetium-99 radionuclide.

Выделенный из отработавшего ядерного топлива уран является ценным источником для повторного использования в легководных реакторах, поскольку содержит делящийся изотоп уран-235 в количестве, не меньшем, чем природный уран, и позволяет экономить последний. С этой целью регенерированный уран в форме гексафторида (UF6) должен быть обогащен делящимся изотопом уран-235.Uranium isolated from spent nuclear fuel is a valuable source for reuse in light-water reactors, since it contains fissile uranium-235 isotope in an amount not less than natural uranium and allows saving the latter. For this purpose, the regenerated uranium hexafluoride (UF 6) is to be enriched with fissionable isotope uranium-235.

Из-за присутствия остаточного количества радиационно опасных примесей, образовавшихся в результате ядерных превращений, нуклидный состав сырьевого уранового регенерата отличается от природного урана. Временная выдержка, повторная радиохимическая очистка [см.: Патент RU №2184083 С2, МПК 7 С01G 43/00, 54/00. Приоритет от 25.08.2000. Опубл. 27.06.2002. Бюл. №18] и конверсия регенерированного урана в форму гексафторида позволяют понизить содержание части нежелательных нуклидов до незначимого уровня. Но и после этого гексафторид регенерированного урана остается в заметной степени загрязнен бета-активным нуклидом технеция-99, находящимся в форме летучего, предположительно, высшего фторида (99TcF6).Due to the presence of a residual amount of radiation hazardous impurities formed as a result of nuclear transformations, the nuclide composition of the raw uranium regenerate is different from natural uranium. Temporary exposure, repeated radiochemical cleaning [see: Patent RU No. 2184083 C2, IPC 7 C01G 43/00, 54/00. Priority from 08.25.2000. Publ. 06/27/2002. Bull. No. 18] and the conversion of regenerated uranium to hexafluoride form make it possible to reduce the content of some unwanted nuclides to an insignificant level. But even after this, the regenerated uranium hexafluoride remains to a significant degree contaminated with the beta-active nuclide technetium-99, which is in the form of volatile, presumably higher fluoride ( 99 TcF 6 ).

Поскольку при изотопном обогащении радиационно опасные примеси концентрируются в товарной урановой продукции, то ограничивают содержание нежелательных нуклидов в исходном гексафториде сырьевого уранового регенерата. По международной спецификации ASTM С 787-2003 предельное значения для нуклида технеция-99 в UF6, направляемом на разделение изотопов, составляет 0,001 мкгТс/гU.Since, during isotope enrichment, radiation-hazardous impurities are concentrated in commercial uranium products, they limit the content of undesirable nuclides in the initial hexafluoride of raw uranium regenerate. According to the international specification ASTM C 787-2003, the limit value for technetium-99 nuclide in UF6 directed to isotope separation is 0.001 μgTc / gU.

Известен способ очистки гексафторида урана от нежелательных летучих примесей на ректификационных колоннах, описанный в Патенте US №2953431, кл. 23-14.5. Опубл. 20.09.1960; Патенте DE №1095264, кл. 12n 10. Опубл. 22.12.1960 (аналоги).A known method of purification of uranium hexafluoride from undesirable volatile impurities on distillation columns, described in US Patent No. 2953431, class. 23-14.5. Publ. 09/20/1960; DE patent No. 1095264, cl. 12n 10. Publ. 12/22/1960 (analogues).

Использованию способов-аналогов препятствует сложность их реализации.The use of analogue methods is hindered by the complexity of their implementation.

Предложен способ сорбционной очистки гексафторида урана от летучих примесей на фторидах металлов, где в качестве сорбента использован гранулированный фторид натрия (NaF) [Патент US №3328132, кл. 23-355. Опубл. 27.06.1967; Патент GB №1185817, кл. CIA. Опубл. 15.03.1970 (аналоги)]. Установлено, что применение NaF при температуре не менее 400°С в отсутствии попутной сорбции UF6 снижает содержание продуктов деления в 4,6 раза. Более эффективна очистка на фториде натрия при 100°С с одновременной сорбцией UF6 и нежелательных летучих фторидов. При последующей десорбции с NaF гексафторида урана коэффициент очистки от радионуклидов обеспечивается на уровне 1000.A method for the sorption purification of uranium hexafluoride from volatile impurities on metal fluorides, where granular sodium fluoride (NaF) is used as the sorbent, is proposed [US Patent No. 33328132, class. 23-355. Publ. 06/27/1967; GB patent No. 1185817, cl. CIA. Publ. 03/15/1970 (analogues)]. It was found that the use of NaF at a temperature of at least 400 ° C in the absence of associated sorption of UF 6 reduces the content of fission products by 4.6 times. Purification on sodium fluoride at 100 ° С is more effective with simultaneous sorption of UF 6 and undesirable volatile fluorides. Upon subsequent desorption with uranium hexafluoride, the coefficient of purification from radionuclides is provided at the level of 1000.

Однако необходимость для десорбции UF6 повышенной температуры (от 350 до 450°С) вызывает в твердом аддукте UF6·2NaF параллельное протекание термического разложения гексафторида урана:However, the need for desorption of UF 6 at an elevated temperature (from 350 to 450 ° C) causes the parallel thermal decomposition of uranium hexafluoride in the solid adduct UF 6 · 2NaF:

при 200-400°Сat 200-400 ° C

UF6·2NaF→UF5·2NaF+0,5F2;UF 6 · 2NaF → UF 5 · 2NaF + 0.5F 2 ;

выше 400°Сabove 400 ° C

UF5·2NaF→UF4·2NaF+0,5F2.UF 5 · 2NaF → UF 4 · 2NaF + 0,5F 2 .

Даже в небольших количествах комплексные соединения пяти- и четырехвалентного урана блокируют сорбцию примесных фторидов в порах сорбента и ограничивают его сорбционную емкость.Even in small amounts, complex compounds of pentavalent and tetravalent uranium block the sorption of impurity fluorides in the pores of the sorbent and limit its sorption capacity.

Кроме того, выше 400°С с фторида натрия параллельно UF6 идет десорбция TcF6.In addition, above 400 ° C with sodium fluoride parallel to UF 6 is the desorption of TcF 6 .

По вышеизложенным причинам для очистки предпочтение отдают использованию тех фтористых соединений металлов, которые, являясь эффективными сорбентами относительно нежелательных летучих примесей, присутствующих в гексафториде урана в миллионных долях, не задерживают UF6 в заметных количествах. Так, известен способ очистки гексафторида урана от примеси технеция [Патент WO №9852872, С01G 43/06. Опубл. 26.11.1998 (аналог)], где загрязненный технецием UF6 в жидкой фазе вводят в контакт с фторидом металла, в качестве которого использован фторид магния (MgF2), в течение времени, достаточного для адсорбции фторида технеция. Реализацию способа осуществляют при повышенной температуре и давлении UF6, существенно выше атмосферного. Аппаратурное оформление способа требует автоклавного исполнения.For the above reasons, for cleaning, preference is given to using those metal fluoride compounds, which, being effective sorbents for undesirable volatile impurities present in millionths of uranium hexafluoride, do not retain noticeable amounts of UF 6 . Thus, a known method of purification of uranium hexafluoride from impurities of technetium [Patent WO No. 9852872, C01G 43/06. Publ. 11.26.1998 (analog)], where contaminated technetium UF 6 in the liquid phase is brought into contact with metal fluoride, which is magnesium fluoride (MgF 2 ), for a period of time sufficient to adsorb technetium fluoride. The implementation of the method is carried out at elevated temperature and pressure UF 6 , significantly higher than atmospheric. The hardware design of the method requires autoclave performance.

Промышленное использование способа-аналога ограничено его потенциальной опасностью.The industrial use of the analogue method is limited by its potential hazard.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ очистки гексафторида урана от газообразных примесей [Патент US №3165376, кл. 23-14.5. Опубл. 12.01.1965], где улавливание высших фторидов технеция, нептуния, молибдена и ванадия ведут в газовой фазе на гранулированном фториде магния при температуре от 93 до 121°С. Установлено, что при указанной температуре MgF2 селективно задерживает указанные летучие нежелательные фториды. Способ предложен к использованию при концентрациях нуклида технеция-99, обычно встречающихся в гексафториде сырьевого уранового регенерата - граммы на тонну UF6. Сорбцию примесей можно осуществлять при контакте газообразного UF6 как с таблетированным MgF2, так и псевдоожиженным слоем порошка. Технеций может быть удален с сорбента путем промывки водой (удаляется до 98% технеция).The closest in technical essence to the claimed is a method of purification of uranium hexafluoride from gaseous impurities [US Patent No. 3165376, class. 23-14.5. Publ. 01/12/1965], where the capture of higher fluorides of technetium, neptunium, molybdenum and vanadium is carried out in the gas phase on granular magnesium fluoride at temperatures from 93 to 121 ° C. It has been found that at the indicated temperature, MgF 2 selectively delays said volatile undesirable fluorides. The method is proposed for use at concentrations of technetium-99 nuclide, commonly found in raw uranium regenerate hexafluoride - grams per ton UF 6 . Sorption of impurities can be carried out by contacting the gaseous UF 6 as with tableted MgF 2 , and a fluidized bed of powder. Technetium can be removed from the sorbent by washing with water (up to 98% technetium is removed).

Этот способ выбран в качестве прототипа.This method is selected as a prototype.

Недостатком способа-прототипа является необходимость ведения сорбционной очистки при повышенной температуре, что в условиях больших массовых потоков внешнего питания изотопно-разделительных каскадов, на которых происходит обогащение сырьевого уранового регенерата делящимся изотопом уран-235, усложняет его реализацию. Эксплуатация адсорбера при повышенной температуре может сопровождаться коррозионными потерями гексафторида урана из-за вероятных микронатечек влаги атмосферного воздуха. Образующиеся нелетучие фториды и оксифториды урана блокируют сорбцию примесных фторидов в порах сорбента и ограничивают его сорбционную емкость. Кроме того, в области заявленного интервала температур, где достигается наибольшая эффективность улавливания фторида технеция, составляющая 95÷99%, фторид магния все же обладает заметной сорбционной емкостью в отношении UF6 [Галкин Н.П. и др. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. М., Атомиздат, 1975, с.108-109], чем вызываются дополнительные потери сырьевого уранового регенерата на сорбенте. Это не позволяет получать химически чистый концентрат технеция для его последующего использования.The disadvantage of the prototype method is the need for sorption purification at elevated temperatures, which in the conditions of large mass flows of external power of the isotope-separation cascades at which the raw uranium regenerate is enriched by the fissile uranium-235 isotope complicates its implementation. Operation of the adsorber at elevated temperatures may be accompanied by corrosive losses of uranium hexafluoride due to probable micro-leakage of atmospheric air moisture. The resulting nonvolatile uranium fluorides and oxyfluorides block the sorption of impurity fluorides in the pores of the sorbent and limit its sorption capacity. In addition, in the range of the claimed temperature range, where the highest efficiency of trapping of technetium fluoride, which is 95–99%, is achieved, magnesium fluoride still has a noticeable sorption capacity with respect to UF 6 [Galkin N.P. and others. Capture and processing of fluorine-containing gases. M., Atomizdat, 1975, pp. 108-109], what causes additional losses of raw uranium regenerate on the sorbent. This does not allow to obtain a chemically pure concentrate of technetium for its subsequent use.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи упрощения очистки гексафторида урана от нуклида технеция-99 при одновременном снижении потерь UF6.The present invention is directed to solving the problem of simplifying the purification of uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide while reducing losses of UF 6 .

Указанная выше задача достигается техническим решением, сущность которого состоит в том, что в способе очистки гексафторида урана от нуклида технеция-99 при контакте гексафторида урана в газовой фазе с фторидом щелочно-земельного металла в течение времени, достаточного для связывания фторида технеция, гексафторид урана приводят в контакт с синтетическим фторидом кальция, содержащим не менее 98,0 мас.% основного вещества.The above problem is achieved by a technical solution, the essence of which is that in the method of purification of uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide by contact of uranium hexafluoride in the gas phase with alkaline earth metal fluoride for a time sufficient to bind technetium fluoride, uranium hexafluoride in contact with synthetic calcium fluoride containing at least 98.0 wt.% the main substance.

Кроме того, поставленная выше задача достигается также дополнительными техническими решениями, состоящими в том, что гексафторид урана приводят в контакт с синтетическим фторидом кальция не менее чем на 2,5÷5,0 секунд; что гексафторид урана приводят в контакт с синтетическим фторидом кальция при температуре 20÷40°С и давлении газовой фазы от 1400 до 40000 Па; что гексафторид урана приводят в контакт в адсорбере со слоем таблетированного синтетического фторида кальция при линейной скорости потока газовой фазы от 0,05 до 0,60 м32×с.In addition, the above task is also achieved by additional technical solutions, consisting in the fact that uranium hexafluoride is brought into contact with synthetic calcium fluoride for at least 2.5 ÷ 5.0 seconds; that uranium hexafluoride is brought into contact with synthetic calcium fluoride at a temperature of 20 ÷ 40 ° C and a gas phase pressure of from 1400 to 40,000 Pa; that uranium hexafluoride is brought into contact in the adsorber with a layer of tableted synthetic calcium fluoride at a linear flow rate of the gas phase from 0.05 to 0.60 m 3 / m 2 × s.

Таким образом, предлагаемый способ основан на способности синтетического CaF2, содержащего не менее 98,0 мас.% основного вещества, активно связывать летучие фториды технеция из газовой фазы гексафторида сырьевого уранового регенерата. Отметим как частный пример, что при начальном содержании нуклида технеция-99 3÷4 мкгТс/гU очистка на синтетическом CaF2 возможна до величины 0,0008 мкгТс/гU. В ходе исследований были получены также результаты очистки UF6 до содержания нуклида технеция-99 ниже предела чувствительности использованных аналитических методик (0,0003 мкгТс/гU). Эти высокоэффективные свойства синтетического фторида кальция не ожидались в патенте прототипа, в описании которого сказано об неэффективности для улавливания летучих примесей из гексафторида урана прочих фторидов щелочно-земельных металлов, в частности CaF2.Thus, the proposed method is based on the ability of synthetic CaF 2 , containing at least 98.0 wt.% Of the basic substance, to actively bind volatile technetium fluorides from the gas phase of raw uranium regenerate hexafluoride. We note as a particular example that, at the initial content of technetium-99 nuclide 3 ÷ 4 μgTc / gU, purification with synthetic CaF 2 is possible up to 0.0008 μgTc / gU. The studies also obtained the results of purification of UF 6 to a technetium-99 nuclide content below the sensitivity limit of the used analytical methods (0.0003 μgTf / gU). These highly effective properties of synthetic calcium fluoride were not expected in the patent of the prototype, the description of which says about the inefficiency for the capture of volatile impurities from uranium hexafluoride other alkali earth metal fluorides, in particular CaF 2 .

Селективная сорбция фторида технеция на синтетическом реактивном CaF2 стала основой для реализации простого и высокоэффективного процесса очистки газовой фазы гексафторида сырьевого уранового регенерата от примеси летучего фторида технеция в питании изотопно-разделительных каскадов.Selective sorption technetium fluoride on synthetic jet CaF 2 was the basis for the implementation of a simple and highly efficient process of cleaning gas phase raw uranium hexafluoride regenerate impurities from volatile fluoride technetium nutritional isotopically separating stages.

Установлено (см. таблицу 1), что синтетический фторид кальция эффективно связывает летучие соединения технеция в условиях комнатной или близкой к ней температуре газовой фазы гексафторида урана в отсутствии попутной сорбции UF6 [Галкин Н.П. и др. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. М., Атомиздат, 1975, с.109].Is established (see. Table 1) that the synthetic calcium fluoride is volatile compound effectively binds technetium at room or close to the temperature of the gas phase in the absence of uranium hexafluoride UF 6 passing sorption [Galkin NP and others. Capture and processing of fluorine-containing gases. M., Atomizdat, 1975, p. 109].

Исследования авторов не касались природы процесса - химическая или физическая сорбция сопровождает улавливание летучих фторидов технеция. Предполагается, что технеций в гексафториде урана находится в форме высшего фторида TcF6, хотя для технеция известны и другие формы летучих фторидов, в первую очередь фторид пертехнеция (TcO3F). Менее летучие формы технеция включают окситетрафторид технеция (TCOF4), TcF4 или TcF5 [см.: Основные свойства неорганических фторидов: Справочник. Под ред. Н.П.Галкина. - М., Атомиздат, 1975, с.114, 367].The authors' studies did not concern the nature of the process — chemical or physical sorption accompanies the capture of volatile technetium fluorides. It is assumed that technetium in uranium hexafluoride is in the form of higher TcF 6 fluoride, although other forms of volatile fluorides are known for technetium, primarily pertechnetium fluoride (TcO 3 F). Less volatile forms of technetium include technetium oxytetrafluoride (TCOF 4 ), TcF 4, or TcF 5 [see: Basic Properties of Inorganic Fluorides: Reference. Ed. N.P. Galkina. - M., Atomizdat, 1975, p.114, 367].

Таблица 1Table 1 Эффективность улавливания 99TcF6 на синтетическом CaF2 Capture efficiency 99 TcF 6 on synthetic CaF 2 Температура, °СTemperature ° C 20twenty 2626 2626 30thirty 30thirty 30thirty 30thirty 4040 4040 4040 Время контакта, сContact time, s 2,52,5 0,50.5 5,05,0 2,52,5 4,04.0 5,05,0 10,010.0 1,01,0 5,05,0 10,010.0 Степень извлечения при высоте слоя сорбента 0,38 м, мас.%The degree of extraction at a height of the sorbent layer of 0.38 m, wt.% 98,598.5 83,483,4 100one hundred 99,799.7 100one hundred 100one hundred 100one hundred 96,696.6 100one hundred 100one hundred Степень извлечения при высоте слоя сорбента 1,20 м, мас.%The degree of extraction at a height of the sorbent layer of 1.20 m, wt.% 100one hundred 91,591.5 100one hundred 100one hundred 100one hundred 100one hundred 100one hundred 98,998.9 100one hundred 100one hundred

Улавливание летучих фторидов технеция на синтетическом фториде кальция можно осуществлять как в слое таблетированного (гранулированного) сорбента, так и в псевдоожиженном слое порошка. При этом под термином "сорбция" в данном описании понимается как адсорбция TcF6 на поверхности частиц CaF2, так и внутри пор гранулированного (таблетированного) материала.The capture of volatile technetium fluorides on synthetic calcium fluoride can be carried out both in a tablet (granular) sorbent layer and in a fluidized powder layer. Moreover, the term "sorption" in this description refers to both the adsorption of TcF 6 on the surface of CaF 2 particles and inside the pores of a granular (pelletized) material.

В заявленном изобретении UF6 используется в газовой фазе при температуре 20÷40°С для достижения результатов, изложенных в приведенных ниже примерах его реализации. Парциальное давление газовой фазы гексафторида урана в указанном интервале температур составляет от 10000 до 40000 Па. Эти значения приняты за максимальное давление использования способа. Нижнее значение давления газовой фазы UF6 ограничено приемлемой производительностью процесса очистки потока внешнего питания изотопно-разделительных каскадов и не может быть ниже 1400÷2000 Па.In the claimed invention, UF 6 is used in the gas phase at a temperature of 20 ÷ 40 ° C to achieve the results described in the examples of its implementation below. The partial pressure of the gas phase of uranium hexafluoride in the indicated temperature range is from 10,000 to 40,000 Pa. These values are taken as the maximum pressure of using the method. The lower value of the gas phase pressure UF 6 is limited by the acceptable performance of the process for cleaning the external feed stream of the isotope separation cascades and cannot be lower than 1400 ÷ 2000 Pa.

Как видно из табл.1, очистка UF6 от нуклида технеция-99 прекрасно проходила при линейной скорости продува газа более 0,05 м32×с. Без очевидного уменьшения эффективности очистка была успешно продемонстрирована до скорости газа 0,6 м32×с. Значения скоростей получены путем деления высоты слоя сорбента на время контакта газовой фазы с сорбентом при 100%-ной или близкой степени сорбционного извлечения TcF6 и температуре сорбента 40°С как наихудших температурных условий сорбции. Установленный интервал линейных скоростей продува газовой фазы гексафторида урана через адсорбер, с одной стороны, обеспечивает промышленную применимость колонн, заполненных гранулированным (таблетированным) сорбентом в виде синтетического фторида кальция, для обозначенных целей при реально возможном габаритном их исполнении (наименьшее значение интервала скоростей). С другой стороны, гарантирует условия наиболее полного использования внешней поверхности и внутренних пор сорбционного материала для извлечения фторида технеция из потока газовой фазы (наибольшее значение скорости).As can be seen from Table 1, the purification of UF 6 from the technetium-99 nuclide was excellent at a linear gas flow rate of more than 0.05 m 3 / m 2 × s. Without an obvious decrease in efficiency, purification was successfully demonstrated up to a gas velocity of 0.6 m 3 / m 2 × s. Velocity values are obtained by dividing the height of the sorbent layer by the contact time of the gas phase with the sorbent at a 100% or close degree of sorption extraction of TcF 6 and a temperature of the sorbent of 40 ° C as the worst temperature conditions of sorption. The established interval of linear velocities of blowing the gas phase of uranium hexafluoride through an adsorber, on the one hand, ensures the industrial applicability of columns filled with granular (pelletized) sorbent in the form of synthetic calcium fluoride, for the indicated purposes with their actual overall design (the smallest value of the velocity interval). On the other hand, it guarantees the conditions for the most complete use of the external surface and internal pores of the sorption material for the extraction of technetium fluoride from the gas phase stream (the highest value of speed).

Приведенные условия обеспечивают гарантированную сорбционную очистку гексафторида урана от нуклида технеция-99 в соответствии с требованиями заказчика обогащенной урановой продукции при приемлемых стоимостных показателях.These conditions provide guaranteed sorption purification of uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide in accordance with the requirements of the customer of enriched uranium products at acceptable cost parameters.

Синтетический фторид кальция является селективным сорбентом относительно летучих фторидов нуклида технеция-99. Поскольку нуклид технеция-99 ценный бета-излучающий изотоп, находящий применение как ингибитор коррозии в водных средах, для исследовательских целей в химии трансурановых элементов и т.п., то попутное получение его концентратов, в принципе, является желательным. В этом случае адсорберу с фторидом кальция могут предшествовать адсорберы с фторидами других элементов, которые неэффективны относительно летучих фторидов технеция, однако хорошо задерживают прочие летучие радиационно опасные примеси. В качестве примера можно привести комбинацию из сорбентов AlF3 и CaF2.Synthetic calcium fluoride is a selective sorbent for volatile fluorides of technetium-99 nuclide. Since the technetium-99 nuclide is a valuable beta-emitting isotope, which is used as a corrosion inhibitor in aqueous media, for research purposes in the chemistry of transuranium elements, etc., the simultaneous production of its concentrates is, in principle, desirable. In this case, adsorbers with calcium fluoride can be preceded by adsorbers with fluorides of other elements, which are ineffective with respect to volatile technetium fluorides, but well retain other volatile radiation hazardous impurities. An example is the combination of AlF 3 and CaF 2 sorbents.

На прилагаемом к описанию чертеже приведена схема опытной установки для реализации сорбционной очистки гексафторида урана от примесей летучих фторидов нуклида технеция-99 на сорбенте из фторида кальция. На чертеже позиции: 1 - баллон с гексафторидом урана, оснащенный нагревателем 2; 3 и 4 - адсорбционные колонки, заполненные слоями 5 таблетированного сорбента CaF2; 6 - критические диафрагмы для создания нормированной величины потока газовой фазы UF6; 7 - баллон для приема очищенного гексафторида урана, помещенный в дьюар 8 с жидким азотом; 9, 10 - датчики для измерения температуры поверхности баллона 1, а также колонок 3 и 4 соответственно; 11 - вакуумметры для измерения давления гексафторида урана перед критическими диафрагмами; 12 - места отбора проб газовой фазы UF6.The accompanying description of the drawing shows a pilot plant for the implementation of sorption purification of uranium hexafluoride from impurities of volatile fluorides of technetium-99 nuclide on a sorbent of calcium fluoride. In the drawing, positions: 1 - cylinder with uranium hexafluoride, equipped with a heater 2; 3 and 4 - adsorption columns filled with layers 5 of a tabletted sorbent CaF 2 ; 6 - critical apertures to create a normalized value of the gas phase flow UF 6 ; 7 - a cylinder for receiving purified uranium hexafluoride, placed in a dewar 8 with liquid nitrogen; 9, 10 - sensors for measuring the surface temperature of the cylinder 1, as well as columns 3 and 4, respectively; 11 - vacuum gauges for measuring pressure of uranium hexafluoride in front of the critical diaphragms; 12 - sampling points of the gas phase UF 6 .

Понятно, что конкретное исполнение промышленной установки может несколько отличаться от приведенной на чертеже. Может быть использовано иное приборное обеспечение для определения линейной скорости протока и температуры газовой фазы UF6, а также для расчета времени контакта газовой фазы UF6 с сорбентом CaF2.It is clear that the specific design of an industrial installation may differ slightly from that shown in the drawing. Other instrumentation can be used to determine the linear flow velocity and temperature of the gas phase UF 6 , as well as to calculate the contact time of the gas phase UF 6 with the CaF 2 sorbent.

Ниже приведены примеры конкретного выполнения предлагаемого способа.The following are examples of specific performance of the proposed method.

Пример 1. Исследование сорбционного извлечения фторида технеция на таблетированном фториде кальция проводили с использованием экспериментальной установки, показанной на чертеже. В колонку 3 загрузили 100 грамм специально подготовленного таблетированного сорбента из природного плавикового шпата (CaF2), в колонку 4 - 90 грамм таблетированного сорбента из синтетического CaF2 с содержанием основного вещества не менее 98,0 мас.%. Сорбенты в колонки 3 и 4 засыпали слоями 5 соответственно А1, ..., А5 и В1, ..., В5, которые между собой были разделены пористыми перегородками. Суммарная высота сорбента в слоях А1-А5 и В1-В5 в ходе различных экспериментов составляла от 0,38 до 1,20 м.Example 1. The study of the sorption extraction of technetium fluoride on tableted calcium fluoride was carried out using the experimental setup shown in the drawing. Column 3 was loaded with 100 grams of specially prepared tabletted sorbent from natural fluorspar (CaF 2 ), column 4 - 90 grams of tabletted sorbent from synthetic CaF 2 with a basic substance content of at least 98.0 wt.%. Sorbents in columns 3 and 4 were covered with layers 5, respectively A1, ..., A5 and B1, ..., B5, which were separated by porous partitions. The total height of the sorbent in layers A1-A5 and B1-B5 during various experiments ranged from 0.38 to 1.20 m.

При проведении экспериментов в качестве исходного сырья для получения таблеток CaF2 диаметром 9 мм и высотой 5 мм были использованы образцы из промышленной партии плавикового шпата по ГОСТ 29219-91, сорт 95(А), содержащего не менее 95,0 мас.% основного вещества, и реактив "кальций фтористый" квалификации "ч" по ГОСТ 7167-77 с содержанием основного вещества не менее 98,0 мас.%. Для приготовления однородной шихты навеску с исходным веществом помещали в тефлоновый стакан и добавляли или 40 мас.%-ную плавиковую кислоту, если исходное вещество плавиковый шпат, или дистиллированную воду, если это был синтетический CaF2. Использование плавиковой кислоты объяснялось необходимостью удаления из природного плавикового шпата примесей кремнезема и карбоната кальция. Пастообразную смесь перемешивали. Из полученной однородной массы формовали таблетки сорбента. Сырые таблетки сушили, а затем прокаливали.During the experiments, samples from an industrial batch of fluorspar according to GOST 29219-91, grade 95 (A), containing at least 95.0 wt.% Of the main substance, were used as feedstock for producing CaF 2 tablets with a diameter of 9 mm and a height of 5 mm and reagent "calcium fluoride" qualification "h" according to GOST 7167-77 with a basic substance content of at least 98.0 wt.%. To prepare a homogeneous charge, a sample with the starting material was placed in a Teflon glass and 40 wt% hydrofluoric acid was added if the starting material was fluorspar or distilled water if it was synthetic CaF 2 . The use of hydrofluoric acid was explained by the need to remove silica and calcium carbonate impurities from natural fluorspar. The pasty mixture was mixed. Sorbent tablets were formed from the obtained homogeneous mass. The crude tablets were dried and then calcined.

Прокаленные таблетки помещали в адсорбционные колонки, подвергали вакуумной сушке при температуре 120÷150°С, а затем обрабатывали элементным фтором при температуре 250°С для окончательного удаления следов влаги. И уже подготовленный таким образом сорбент контактировали с UF6. Колонки включали параллельно.The calcined tablets were placed in adsorption columns, vacuum dried at a temperature of 120 ÷ 150 ° C, and then treated with elemental fluorine at a temperature of 250 ° C to finally remove traces of moisture. And the sorbent already prepared in this way was contacted with UF 6 . Columns included in parallel.

Гексафторид урана с содержанием 3 грамма технеция на тонну UF6 готовили смешением специально синтезированного 99TcF6 с гексафторидом натурального (природного) урана. Полученную смесь гомогенизировали в жидкой фазе нагревом контейнера 1 выше 64°С.Uranium hexafluoride containing 3 grams of technetium per tonne of UF 6 was prepared by mixing specially synthesized 99 TcF 6 with natural (natural) uranium hexafluoride. The resulting mixture was homogenized in the liquid phase by heating the container 1 above 64 ° C.

Проток UF6 через колонки 3 и 4 создавали путем поддержания температуры баллона 1 в интервале 20÷40°С и охлаждения баллона 7 жидким азотом в дьюаре 8. Расход газа устанавливали подбором проходного сечения критических диафрагм 6 и подогревом баллона 1 нагревателем 2; контролировали по показаниям вакуумметров 11. В ходе эксперимента измеряли температуру баллона 1, колонок 3 и 4, а также проводили отбор проб газовой фазы гексафторида урана на входе и выходе каждой колонки на участках 12. Давление газовой фазы UF6 в колонках изменяли в интервале 10000÷40000 Па. Температура сорбента составляла 20÷40°С. В этих условиях расчетное время контакта газа со слоями каждого сорбента находилось в интервале от 0,5 до 10,0 секунд.The flow of UF 6 through columns 3 and 4 was created by maintaining the temperature of cylinder 1 in the range of 20–40 ° C and cooling the cylinder 7 with liquid nitrogen in the dewar 8. The gas flow rate was determined by selecting the flow area of the critical orifices 6 and heating the cylinder 1 with heater 2; controlled according to the gauges 11. During the experiment, we measured the temperature of cylinder 1, columns 3 and 4, and also conducted sampling of the gas phase of uranium hexafluoride at the inlet and outlet of each column in sections 12. The pressure of the gas phase UF6 in the columns was varied in the range of 10,000 ÷ 40,000 Pa The temperature of the sorbent was 20–40 ° С. Under these conditions, the estimated time of gas contact with the layers of each sorbent was in the range from 0.5 to 10.0 seconds.

По окончании опытов баллоны 1 и 7 с UF6 снимали с технологических мест и взвешивали. В колонках 3 и 4 из каждого слоя сорбента CaF2 отбирали пробу для определения содержания нуклида технеция-99.At the end of the experiments, cylinders 1 and 7 with UF 6 were removed from technological places and weighed. In columns 3 and 4, a sample was taken from each layer of the CaF 2 sorbent to determine the content of technetium-99 nuclide.

Результаты эксперимента приведены в таблице 2.The experimental results are shown in table 2.

Таблица 2table 2 Содержание нуклида технеция-99 в слоях сорбента, мгТс/гCaF2 The content of technetium-99 nuclide in the sorbent layers, mgTf / gCaF 2 Марка сорбентаSorbent brand Номер слоя сорбента (по ходу газа)Sorbent bed number (along the gas) 1one 22 33 4four 55 CaF2 (природный)CaF 2 (natural) 0,00150.0015 0,00350.0035 0,00330.0033 0,00210.0021 0,00060,0006 CaF2 (синтетический)CaF 2 (synthetic) 0,1040.104 0,0000550.000055 0,0000070.000007 0,0000040.000004 0,0000050.000005

Как видно из табл.2, на синтетическом CaF2 весь технеций задерживается в лобовом слое В1, тогда как на сорбенте, приготовленном из природного плавикового шпата, технеций распределяется по всем слоям А1-А5 сорбционного материала. В последнем случае на выходе колонки 4 очень быстро появлялся проскок летучих фторидов технеция. Материальный баланс содержания нуклида технеция-99 в UF6 по частям установки позволил установить эффективность улавливания TcF6 на синтетическом CaF2, которая составила 99,97%.As can be seen from Table 2, on synthetic CaF 2 all technetium is retained in the frontal layer B1, whereas on the sorbent prepared from natural fluorspar, technetium is distributed over all layers A1-A5 of the sorption material. In the latter case, a slip of volatile technetium fluorides appeared very quickly at the output of column 4. The material balance of the technetium-99 nuclide content in UF 6 in parts of the installation made it possible to establish the efficiency of TcF 6 capture on synthetic CaF 2 , which amounted to 99.97%.

Десорбцию фторида технеция с сорбента проводили промывкой сорбционного материала водой. При этом удалось снять около 98,5 мас.% нуклида технеция-99.The desorption of technetium fluoride from the sorbent was carried out by washing the sorption material with water. At the same time, it was possible to remove about 98.5 wt.% Technetium-99 nuclide.

Пример 2. Были проведены эксперименты по очистке UF6, полученного во фтораторе большого масштаба и содержащего около 0,01 г технеция-99 на 1 тонну UF6. Показано, что при такой исходной концентрации 99TcF6 после пропускания 1,5 тонн UF6 на килограмм сорбента в виде синтетического CaF2 эффективность очистки составила не менее 97%. Одновременно степень извлечения на сорбенте, например, нуклида 106Ru не превысила 4÷6% от исходного содержания в UF6.Example 2. Experiments were conducted on the purification of UF 6 obtained in large-scale fluoride and containing about 0.01 g of technetium-99 per 1 ton of UF 6 . It was shown that at such an initial concentration of 99 TcF 6 after passing 1.5 tons of UF 6 per kilogram of sorbent in the form of synthetic CaF 2 , the cleaning efficiency was not less than 97%. At the same time, the degree of extraction on the sorbent, for example, of the nuclide 106 Ru did not exceed 4–6% of the initial content in UF 6 .

Таким образом, заявленный способ очистки гексафторида урана от бета-активного нуклида технеция-99 обладает следующими преимуществами в сравнении с известными техническими решениями:Thus, the claimed method for the purification of uranium hexafluoride from the beta-active nuclide technetium-99 has the following advantages compared with the known technical solutions:

- позволяет с высокой степенью селективности задерживать нежелательный фторид технеция на синтетическом фториде кальция;- allows with a high degree of selectivity to retain unwanted technetium fluoride on synthetic calcium fluoride;

- использовать для очистки UF6 широко доступный реактив, таблетированный сорбент из которого обладает хорошими механическими свойствами.- use a widely available reagent for cleaning UF 6 , the tabletted sorbent from which has good mechanical properties.

Для реализации способа в промышленных условиях не потребуется разработки специального технологического оборудования.To implement the method in an industrial environment does not require the development of special technological equipment.

Claims (4)

1. Способ очистки гексафторида урана от нуклида технеция-99 при контакте гексафторида урана в газовой фазе с фторидом щелочноземельного металла в течение времени, достаточного для связывания фторида технеция, отличающийся тем, что гексафторид урана приводят в контакт с синтетическим фторидом кальция, содержащим не менее 98,0 мас.% основного вещества.1. The method of purification of uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide upon contact of uranium hexafluoride in the gas phase with alkaline earth metal fluoride for a time sufficient to bind technetium fluoride, characterized in that the uranium hexafluoride is brought into contact with synthetic calcium fluoride containing not less than 98 , 0 wt.% The main substance. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гексафторид урана приводят в контакт с фторидом кальция не менее 2,5÷5,0 с.2. The method according to claim 1, characterized in that the uranium hexafluoride is brought into contact with calcium fluoride for at least 2.5 ÷ 5.0 s. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гексафторид урана приводят в контакт с фторидом кальция при 20÷40°С и давлении газовой фазы от 1400 до 40000 Па.3. The method according to claim 1, characterized in that the uranium hexafluoride is brought into contact with calcium fluoride at 20 ÷ 40 ° C and a gas phase pressure of from 1400 to 40,000 Pa. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что гексафторид урана приводят в контакт в адсорбере со слоем таблетированного фторида кальция при линейной скорости потока газовой фазы от 0,05 до 0,6 м32·с.4. The method according to claim 1, characterized in that the uranium hexafluoride is brought into contact in the adsorber with a layer of tableted calcium fluoride at a linear flow rate of the gas phase from 0.05 to 0.6 m 3 / m 2 · s.
RU2006116873/15A 2006-05-16 2006-05-16 Method cleaning uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide RU2326052C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116873/15A RU2326052C2 (en) 2006-05-16 2006-05-16 Method cleaning uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116873/15A RU2326052C2 (en) 2006-05-16 2006-05-16 Method cleaning uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006116873A RU2006116873A (en) 2007-12-20
RU2326052C2 true RU2326052C2 (en) 2008-06-10

Family

ID=38916727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006116873/15A RU2326052C2 (en) 2006-05-16 2006-05-16 Method cleaning uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2326052C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472710C1 (en) * 2011-09-14 2013-01-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of purifying uranium hexafluoride
RU2817671C2 (en) * 2019-03-21 2024-04-19 Технише Универзитет Мюнхен Preparation of metal fluorides and separation processes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472710C1 (en) * 2011-09-14 2013-01-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of purifying uranium hexafluoride
RU2817671C2 (en) * 2019-03-21 2024-04-19 Технише Универзитет Мюнхен Preparation of metal fluorides and separation processes

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006116873A (en) 2007-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI61136B (en) OVER ANCHORING OVERCLOSING AV AVASTER
CN104971609B (en) A kind of Waste Hydrogen Fluoride Gas improvement and the method and apparatus of recycling
CN105617982B (en) In a kind of removal radioactive water110mInorganic adsorbent of Ag and preparation method thereof
RU2326052C2 (en) Method cleaning uranium hexafluoride from technetium-99 nuclide
Paviet-Hartmann et al. Treatment of gaseous effluents issued from recycling–A review of the current practices and prospective improvements
JPS63305924A (en) Method and apparatus for purifying gas containing hydrogen isotope
Sheng et al. Further Studies on the Separation of Acid Residues with Extremely High 234U/238U Ratlos from a Colorado Carnotite
RU2318582C2 (en) Method used for separation of the isotopes
US4078907A (en) Separation and purification of xenon
RU2421402C1 (en) Method of processing uranium fluoride-containing wastes
US2711362A (en) Curium-americium separation and purification process
JP2004028633A (en) Separation method of americium and curium, and heavy rare earth element
Filer Separation of the trivalent actinides from the lanthanides by extraction chromatography
Slansky Separation processes for noble gas fission products from the off-gas of fuel-reprocessing plants
Smit et al. Separation of cesium from fission product wastes by ion exchange on ammonium molybdophosphate
US3625661A (en) Separation of titanium fluoride and niobium fluoride from gaseous uranium hexafluoride containing same
GB2098974A (en) Iodine removal from a gas phase
US4555318A (en) Removal of fluoride impurities from UF6 gas
RU2328335C1 (en) Method for separating fluor containing gas mixtures
RU2479490C2 (en) Method of cleaning uranium hexafluoride from ruthenium fluorides
CN111785407B (en) Treatment method of molybdenum-containing substance
RU2716828C1 (en) Method of separating molybdenum-99 from fuel of a solution reactor and device for its implementation
Jubin Design and test plan for an integrated iodine scrubber and polishing bed system
Seregin et al. Sorption of gaseous RuF 5 on granulated fluoride sorbents
Jubin Advances in Off-Gas Treatment for Used Nuclear Fuel Processing

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110517