RU2357311C2 - Method of processing spent nuclear fuel - Google Patents
Method of processing spent nuclear fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2357311C2 RU2357311C2 RU2007129316/06A RU2007129316A RU2357311C2 RU 2357311 C2 RU2357311 C2 RU 2357311C2 RU 2007129316/06 A RU2007129316/06 A RU 2007129316/06A RU 2007129316 A RU2007129316 A RU 2007129316A RU 2357311 C2 RU2357311 C2 RU 2357311C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- beryllium
- fuel
- solution
- pulp
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Paper (AREA)
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической и радиохимической промышленности и может быть использовано для регенерации отработавшего ядерного топлива, главным образом дисперсионных твэлов с композициями (керметами) типа Be - UBe13, Be - UO2, и возврата обогащенного урана в топливный цикл, извлечения (утилизации) урана и бериллия из отходов производства уран-бериллиевых композиций.The invention relates to the field of chemical and radiochemical industry and can be used for regeneration of spent nuclear fuel, mainly dispersion fuel elements with compositions (cermets) of the type Be - UBe 13 , Be - UO 2 , and the return of enriched uranium to the fuel cycle, extraction (disposal) uranium and beryllium from waste products of uranium-beryllium compositions.
Известны способы переработки облученного металлического урана (с целью извлечения накопившегося в нем плутония) растворением в азотной кислоте с последующим экстракционным извлечением и очисткой урана и плутония от продуктов деления (ПД). (Емельянов В.С., Евстюхин А.И. Металлургия ядерного горючего. М.: Атомиздат, 1968, с.343; Землянухин В.И. и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.54).Known methods for processing irradiated metallic uranium (in order to extract the plutonium accumulated in it) by dissolving in nitric acid, followed by extraction extraction and purification of uranium and plutonium from fission products (PD). (Emelyanov V.S., Evstyukhin A.I. Metallurgy of nuclear fuel. M: Atomizdat, 1968, p. 343; Zemlyanukhin V.I. et al. Radiochemical processing of nuclear fuel of nuclear power plants. - M.: Energoatomizdat, 1989, p. .54).
Известен способ переработки уран-алюминиевого ядерного топлива растворением его в разбавленной азотной кислоте, с азотнокислой ртутью в качестве катализатора, при температуре кипения раствора (около 110°С) (Землянухин В.И. и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.58-59). Недостаток способа заключается в использовании большого количества ртути, которая интенсифицирует коррозию, усложняет процессы переработки и хранения отходов, а также увеличивает вероятность образования стабилизированных эмульсий, осложняющих последующий процесс экстракционной очистки.A known method of processing uranium-aluminum nuclear fuel by dissolving it in dilute nitric acid, with mercury nitrate as a catalyst, at the boiling point of the solution (about 110 ° C) (V. Zemlyanukhin and other Radiochemical processing of nuclear fuel of nuclear power plants. - M. : Energoatomizdat, 1989, p. 58-59). The disadvantage of this method is the use of a large amount of mercury, which intensifies corrosion, complicates the processing and storage of waste, and also increases the likelihood of the formation of stabilized emulsions that complicate the subsequent extraction cleaning process.
Вышеописанные способы мало применимы для переработки уран-бериллиевых композиций, так как при растворении топлива образуются совместные растворы урана и бериллия. Большое количество бериллия в растворах с высокообогащенным ураном крайне осложняет выполнение условий ядерной безопасности процессов.The above methods are of little use for the processing of uranium-beryllium compositions, since when the fuel is dissolved, joint solutions of uranium and beryllium are formed. A large amount of beryllium in solutions with highly enriched uranium greatly complicates the fulfillment of nuclear safety conditions.
Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ растворения сердечников уран-циркониевых твэлов во фтористоводородной кислоте (Землянухин В.И. и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.59). При растворении такого топлива необходим строгий контроль за концентрацией фтористоводородной кислоты и температурой раствора. Избыток свободных ионов фтора вызывает выпадение в осадок урана в виде UF4·3/4Н2О, а их уменьшение - к гидролизу солей циркония.The closest analogue of the proposed method is a method for dissolving the cores of uranium-zirconium fuel elements in hydrofluoric acid (Zemlyanukhin V.I. et al. Radiochemical processing of nuclear fuel of nuclear power plants. - M .: Energoatomizdat, 1989, p. 59). When dissolving such fuel, strict control over the concentration of hydrofluoric acid and the temperature of the solution is necessary. Excess of free fluoride ions causes a loss of uranium in the precipitate in the form UF 4 · 3/4 H 2 O, and their reduction - hydrolysis of zirconium salts.
Недостатком способа является то, что большое количество бериллия в растворах с высокообогащенным ураном крайне осложняет выполнение условий ядерной безопасности процессов.The disadvantage of this method is that a large amount of beryllium in solutions with highly enriched uranium extremely complicates the fulfillment of nuclear safety conditions of processes.
Кроме этого, недостатком способа является также то, что большой избыток свободных ионов фтора вызывает выпадение в осадок урана в виде UF4·3/4Н2О. Для удерживания урана в растворе рекомендуется переводить его в шестивалентное состояние путем введения в процесс окислителей.In addition, the drawback of this method is the fact that a large excess of free fluoride ions causes a loss of uranium in the precipitate in the form UF 4 · 3/4 H 2 O. To hold the uranium in the solution it is recommended to transfer the hexavalent state by introducing oxidizing process.
Недостатком способа является то, что при дальнейшем разделении элементов экстракцией образуется большое количество растворов, которые необходимо утилизировать.The disadvantage of this method is that with a further separation of the elements by extraction, a large number of solutions are formed that must be disposed of.
Задачей заявляемого технического решения является упрощение способа переработки отработавшего ядерного топлива, преимущественно композиций типа Be - UBe13, Be - UO2, а также увеличение безопасности при проведении процесса.The objective of the proposed technical solution is to simplify the method of processing spent nuclear fuel, mainly compositions of the type Be - UBe 13 , Be - UO 2 , as well as increasing safety during the process.
Технический эффект способа переработки заключается в том, что компоненты топлива переводят в разные фазы, удобные для их дальнейшего разделения: уран выделялся в виде твердого соединения, а бериллий в растворе.The technical effect of the processing method is that the fuel components are transferred into different phases convenient for their further separation: uranium was released as a solid compound, and beryllium in solution.
Вышеуказанная задача достигается тем, что в способе переработки отработавшего уран-бериллиевого ядерного топлива отработавшие твэлы и тепловыделяющие сборки с сердечниками из композиций Be - UBe13 и Be - UO2 рубят на куски, погружают их в воду, подают туда газообразный фтористый водород, поддерживая определенную температуру, а по окончании процесса растворения отделяют твердые части, отделяют пульпу от раствора фторида бериллия, промывают, нагревают пульпу, обрабатывают паром и при необходимости подвергают выделенный диоксид урана дополнительной очистке.The above task is achieved by the fact that in the method of processing spent uranium-beryllium nuclear fuel, spent fuel rods and fuel assemblies with cores from Be - UBe 13 and Be - UO 2 compositions are chopped into pieces, immersed in water, and hydrogen fluoride gas is supplied therein, maintaining a certain temperature, and at the end of the dissolution process, the solid parts are separated, the pulp is separated from the beryllium fluoride solution, washed, the pulp is heated, steam is treated and, if necessary, the separated uranium dioxide will be added. Flax cleaning.
Газообразный фтористый водород подают для поддержания его концентрации в растворе (1-3)%.Hydrogen fluoride gas is supplied to maintain its concentration in the solution (1-3)%.
При растворении поддерживают температуру раствора не более 70°С.When dissolved, the temperature of the solution is maintained no more than 70 ° C.
При подаче в воду газообразного фтористого водорода образуется разбавленная (~1-3%) фтористоводородная кислота. Бериллий сердечников твэлов, в том числе и интерметаллида UBe13, реагирует с кислотой, образуя хорошо растворимый в воде фторид бериллия, а уран интерметаллида UBe13 в основном взаимодействует с водой, образуя нерастворимый диоксид (~95%), и частично с кислотой с образованием малорастворимого тетрафторида (~5%). Одновременно продуктом этих экзотермических реакций является выделяющийся газообразный водород. Подачу фтористого водорода в раствор продолжают в течение всего процесса растворения отработавшего уран-бериллиевого ядерного топлива, изменением его расхода регулируют скорость растворения отработавшего уран-бериллиевого ядерного топлива и прекращают его подачу при приближении к времени окончания растворения сердечников, когда концентрация фтористоводородной кислоты должна быть близка к нулевой.When gaseous hydrogen fluoride is introduced into the water, dilute (~ 1-3%) hydrofluoric acid is formed. Beryllium of fuel cores, including UBe 13 intermetallic acid, reacts with acid to form beryllium fluoride well soluble in water, and UBe 13 intermetallic uranium interacts mainly with water to form insoluble dioxide (~ 95%), and partially with acid to form sparingly soluble tetrafluoride (~ 5%). At the same time, the product of these exothermic reactions is the evolution of gaseous hydrogen. The supply of hydrogen fluoride to the solution is continued throughout the entire process of dissolution of spent uranium-beryllium nuclear fuel, the rate of dissolution of spent uranium-beryllium nuclear fuel is controlled by changing its flow rate and its supply is stopped when approaching the dissolution time of the cores, when the concentration of hydrofluoric acid should be close to zero.
Содержащиеся в твэлах металлы подслоя (натрий, кальций), а в отработавшем топливе продукты деления в процессе растворения сердечников твэлов распределяются между раствором фторида бериллия и твердыми соединениями урана в соответствии с растворимостью их фторидов.The sublayer metals contained in the fuel elements (sodium, calcium), and in the spent fuel, fission products during the dissolution of the fuel cores are distributed between the beryllium fluoride solution and solid uranium compounds in accordance with the solubility of their fluorides.
Повышение концентрации фтористоводородной кислоты более 3% и температуры более 70°С ведет к увеличению доли тетрафторида урана, растворимости его в растворе кислоты и соответственно к увеличению потерь урана с раствором фторида бериллия.An increase in the concentration of hydrofluoric acid by more than 3% and a temperature of more than 70 ° C leads to an increase in the proportion of uranium tetrafluoride, its solubility in an acid solution, and, accordingly, to an increase in the loss of uranium with a solution of beryllium fluoride.
При растворении сердечников Be - UO2 диоксид урана практически не взаимодействует с разбавленной фтористоводородной кислотой и выпадает в осадок.Upon dissolution of the cores Be - UO 2 , uranium dioxide practically does not interact with dilute hydrofluoric acid and precipitates.
Таким образом, при растворении композиций Be - UBe13 и Be - UO2 конечными продуктами в обоих случаях является пульпа - раствор фторида бериллия, содержащий твердые соединения урана.Thus, in the dissolution of the Be - UBe 13 and Be - UO 2 compositions, the final products in both cases are pulp - a solution of beryllium fluoride containing solid uranium compounds.
Нагревают пульпу до 500-800°С.Heated pulp to 500-800 ° C.
При нагревании пульпы менее 500°С не весь фтор выделяется из пульпы, нагревание больше 800°С нецелесообразно.When the pulp is heated to less than 500 ° C, not all fluorine is released from the pulp; heating to more than 800 ° C is impractical.
Новыми существенными признаками заявляемого способа (по сравнению с прототипом) являются:New significant features of the proposed method (compared with the prototype) are:
- применение разбавленной фтористоводородной кислоты для растворения отработавшего ядерного топлива (композиций Be - UBe13, Be - UO2) и поддерживание в течение процесса растворения ее минимальной концентрации, которые сразу приводят к переводу бериллия и урана в легко разделяющиеся фазы (бериллий переходит в раствор, а уран - в твердые соединения);- the use of dilute hydrofluoric acid to dissolve spent nuclear fuel (compositions Be - UBe 13 , Be - UO 2 ) and maintain its minimum concentration during the dissolution process, which immediately leads to the conversion of beryllium and uranium into easily separable phases (beryllium goes into solution, and uranium into solid compounds);
- отделение твердых соединений урана от раствора фторида бериллия, что практически устраняет бериллий и фтор из дальнейшего процесса очистки обогащенного урана от продуктов деления, позволяет использовать, например, при экстракционных процессах стандартную аппаратуру из нержавеющих сталей;- the separation of solid uranium compounds from a solution of beryllium fluoride, which virtually eliminates beryllium and fluorine from the further process of purification of enriched uranium from fission products, makes it possible to use, for example, standard equipment made of stainless steels in extraction processes;
- использование газообразного фтористого водорода для непрерывного получения фтористоводородной кислоты и поддержания ее постоянной низкой концентрации при растворении ОЯТ позволяет резко сократить объем растворов, упростить организацию, проведение и регулирование скорости процесса растворения сердечников твэлов.- the use of gaseous hydrogen fluoride for the continuous production of hydrofluoric acid and maintaining its constant low concentration during the dissolution of SNF allows one to drastically reduce the volume of solutions, simplify the organization, conduct, and control of the rate of dissolution of the fuel core cores.
Отработавшие ТВС или твэлы с сердечниками Be - UBe13 или Be - UO2, содержащими 70-90% бериллия, рубят на куски. В ядернобезопасный, коррозионно-стойкий к фтористоводородной кислоте герметичный аппарат-растворитель заливают воду, загружают отрезки твэлов и в воду подают газообразный фтористый водород. О начале реакции растворения сердечников образующейся фтористоводородной кислотой свидетельствует выделение водорода и повышение температуры раствора. Регулированием расхода фтористого водорода поддерживают концентрацию фтористоводородной кислоты на уровне (1-3) процентов. Температура раствора не более 70°С, для чего через рубашку охлаждения аппарата пропускают воду. Выделяющийся водород с парами воды поступает в охладитель-конденсатор, конденсат стекает в аппарат-растворитель, а водород направляется на сжигание с кислородом воздуха. О приближении окончания процесса растворения сердечников твэлов свидетельствует снижение температуры в аппарате и подачу фтористого водорода прекращают. В результате растворения сердечников образуется пульпа диоксида урана (~95%) и тетрафторида (~5%) в растворе фторида бериллия. Другие компоненты твэлов и топлива (подслои из натрия или кальция, ПД) в соответствии со своими химическими свойствами образуют главным образом фториды, из них нерастворимые сопровождают твердые соединения урана, а растворимые переходят в раствор, таким образом происходит частичная очистка урана от некоторых ПД. Материал оболочек твэлов (стали ЭИ, ЭП) за время растворения сердечников из бериллиевых композиций практически не подвергается коррозии.Spent fuel assemblies or fuel rods with Be - UBe 13 or Be - UO 2 cores containing 70-90% beryllium are cut into pieces. In a nuclear-safe, corrosion-resistant, hydrofluoric acid sealed apparatus-solvent, water is poured, pieces of fuel elements are loaded, and gaseous hydrogen fluoride is fed into the water. The onset of dissolution of the cores by the resulting hydrofluoric acid is evidenced by the evolution of hydrogen and an increase in solution temperature. By controlling the flow of hydrogen fluoride, the concentration of hydrofluoric acid is maintained at a level of (1-3) percent. The temperature of the solution is not more than 70 ° C, for which water is passed through the cooling jacket of the apparatus. The evolved hydrogen with water vapor enters the cooler-condenser, the condensate drains into the solvent apparatus, and the hydrogen is sent for combustion with atmospheric oxygen. The approximation of the end of the process of dissolution of the cores of the fuel rods indicates a decrease in temperature in the apparatus and the flow of hydrogen fluoride is stopped. As a result of dissolution of the cores, a pulp of uranium dioxide (~ 95%) and tetrafluoride (~ 5%) is formed in a solution of beryllium fluoride. Other components of fuel elements and fuels (sublayers of sodium or calcium, PD), in accordance with their chemical properties, form mainly fluorides, of which insoluble accompany solid uranium compounds, and soluble go into solution, thus partially purifying uranium from some PD. The material of the cladding of the fuel elements (steel EI, EP) during the dissolution of the cores of beryllium compositions practically does not corrode.
Образовавшуюся пульпу сливают из аппарата, отрезки оболочек твэлов промывают от остатков пульпы и удаляют. Собранную пульпу перерабатывают - твердые соединения урана, а именно диоксид урана с примесью тетрафторида и нерастворимых фторидов ПД, отделяют от раствора фторида бериллия и растворимых фторидов ПД. Осадок отмывают от раствора фторида бериллия, промывные растворы возвращают на следующую операцию растворения отрезков твэлов.The resulting pulp is drained from the apparatus, the sections of the cladding of the fuel rods are washed from the remnants of the pulp and removed. The collected pulp is processed - solid uranium compounds, namely uranium dioxide mixed with tetrafluoride and insoluble PD fluorides, are separated from a solution of beryllium fluoride and soluble PD fluorides. The precipitate is washed from a solution of beryllium fluoride, the washing solutions are returned to the next operation of dissolving the fuel elements.
Осадок твердых соединений урана загружают в реторту печи, сушат, нагревают до температуры 500-800°С, через реторту пропускают водяной пар, подвергают «пирогидролизу» примеси фторидов, при этом с паром удаляют фтор в виде фтористого водорода и получают диоксид урана, загрязненный ПД, с примесью ~1% бериллия и менее 0,1% фтора, направляемый на дальнейшую очистку известными способами, например экстракционным или газофторидным.The precipitate of solid uranium compounds is loaded into the furnace retort, dried, heated to a temperature of 500-800 ° C, water vapor is passed through the retort, the fluoride impurities are “pyrohydrolyzed”, and fluorine is removed with steam in the form of hydrogen fluoride to obtain uranium dioxide contaminated with PD with an admixture of ~ 1% beryllium and less than 0.1% fluorine, sent for further purification by known methods, for example, extraction or gas fluoride.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007129316/06A RU2357311C2 (en) | 2007-07-30 | 2007-07-30 | Method of processing spent nuclear fuel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007129316/06A RU2357311C2 (en) | 2007-07-30 | 2007-07-30 | Method of processing spent nuclear fuel |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007129316A RU2007129316A (en) | 2009-02-10 |
RU2357311C2 true RU2357311C2 (en) | 2009-05-27 |
Family
ID=40546320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007129316/06A RU2357311C2 (en) | 2007-07-30 | 2007-07-30 | Method of processing spent nuclear fuel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2357311C2 (en) |
-
2007
- 2007-07-30 RU RU2007129316/06A patent/RU2357311C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЗЕМЛЯНУХИН В.И. и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС. - М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1989, с.59. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007129316A (en) | 2009-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2706954C2 (en) | Method of treating aqueous nitrate solution obtained during dissolution of spent nuclear fuel, performed in one cycle and not requiring any operation, including reductive re-extraction of plutonium | |
KR102122163B1 (en) | Methods for decontaminating the metal surfaces of nuclear facilities | |
Chmielewski et al. | Radiation chemistry for modern nuclear energy development | |
JP4410446B2 (en) | Method for separating uranium from irradiated nuclear fuel | |
Hui et al. | An advanced purex process based on salt-free reductants | |
RU2357311C2 (en) | Method of processing spent nuclear fuel | |
US3954654A (en) | Treatment of irradiated nuclear fuel | |
JP5643745B2 (en) | Cleaning fluid suitable for continuous reprocessing of nuclear fuel and its use in the system | |
CN111020244A (en) | Method for extracting plutonium-238 from irradiated neptunium target and recovering neptunium-237 | |
RU2410774C2 (en) | Method for re-extracting plutonium from organic tributyl phosphate solution | |
Govindan et al. | Partitioning of uranium and plutonium by acetohydroxamic acid | |
US4197274A (en) | Process for reducing plutonium | |
RU2514947C2 (en) | Method for re-extraction of plutonium from organic solution of tributyl phosphate | |
JP2012198103A (en) | Processing method for radioactive waste liquid containing phosphate ester | |
RU2366012C2 (en) | Method of irradiated nuclear fuel treatment | |
US3243256A (en) | Processes for the dissolution of uranium in nitric acid | |
RU2707562C1 (en) | Method of processing fuel elements | |
RU2384902C1 (en) | Method of purifying uranium oxides from impurities | |
RU2547822C2 (en) | Method of removing nuclear fuel from research and power reactor loops | |
RU2560119C1 (en) | Waste nuclear fuel processing method | |
Lawroski et al. | Technical Cooperation Program Visit of Lawroski and Stevenson (US) to Chalk River on December 9-10, 1948 | |
Sivakumar et al. | Purification and recovery of plutonium from uranium oxide obtained in the fast reactor fuel reprocessing plant using hydroxyurea as reductant | |
Sakurai et al. | A study on the expulsion of iodine from spent-fuel solutions | |
DE3009077C2 (en) | ||
JP3088850B2 (en) | Method and apparatus for removing radioactive iodine from irradiated nuclear fuel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130731 |