RU2379775C1 - Способ переработки ураносодержащих композиций - Google Patents
Способ переработки ураносодержащих композиций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379775C1 RU2379775C1 RU2008149317A RU2008149317A RU2379775C1 RU 2379775 C1 RU2379775 C1 RU 2379775C1 RU 2008149317 A RU2008149317 A RU 2008149317A RU 2008149317 A RU2008149317 A RU 2008149317A RU 2379775 C1 RU2379775 C1 RU 2379775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- temperature
- ratio
- heat treatment
- oxide
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки топливных композиций в виде невостребованных твэлов и брака и отходов их производства с целью получения оксида урана и последующего его использования в производстве. Способ переработки ураносодержащих композиций включает смешение ураносодержащих композиций с углеграфитовым материалом в соотношении 1,0:0,1-0,3, первичную термическую обработку композиции при температуре 450-650°С в течение 0,5-2 часа, измельчение образовавшегося продукта до крупности менее 1 мм, смешение с окислителем в соотношении 1,0:0,3-0,5, повторную термическую обработку на воздухе при температуре не менее 500°С в течение не менее часа. После повторной термической обработки растворение образовавшейся закиси-окиси урана в 5-7-молярной азотной кислоте при температуре 50-75°С при соотношении твердой и жидкой фаз 1,0:1,5-2,0 и обжиг отфильтрованного продукта при температуре 850-950°С в течение 4-6 часов. Технический результат изобретения: повышение степени извлечения из композиций ураносодержащего компонента - закиси-окиси урана. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки топливных композиций в виде невостребованных твэлов и брака и отходов их производства с целью получения оксида урана и последующего его использования в производстве ядерного топлива.
Известен способ гидрометаллургической переработки, например, уран-циркониевых, уран-алюминиевых, уран-молибденовых и других композиций, заключающийся в растворении композиций в кислотах или щелочах, проведении процессов экстракции и реэкстракции с использованием органических экстрагентов и последующем рафинировании урана с помощью оксалатной или пероксидной переочистки, осаждении урана и получении закиси-окиси в качестве готовой товарной продукции (Переработка топлива энергетических реакторов. Сб. статей. М.: Атомиздат, 1972).
Недостатком известных способов переработки ураносодержащих композиций является низкая степень извлечения урана из композиций, составляющая не более 80% из-за неполного растворения оксида урана кислотами или щелочами в присутствии металлических составляющих композиции (Zr, Al, Mo и др.).
Известен способ переработки ураносодержащей композиции, например, цирконийсодержащих твэлов, заключающийся в термической обработке композиции в атмосфере водорода при температуре 850°С (гидрировании), растворении полученной смеси гидридов урана и циркония в азотной кислоте и последующей экстракции урана известными методами (Переработка ядерного горючего. М.: Атомиздат, 1964, с.98-99).
Недостатками такого способа переработки ураносодержащей композиции являются низкое извлечение урана из композиции, составляющее 63% из-за неполного растворения гидрида урана в азотной кислоте, и взрывоопасность процесса, связанная с применением водорода.
Наиболее близким к предлагаемому способу переработки ураносодержащих композиций по технической сущности и достигаемому эффекту - прототипом - является способ переработки урансодержащей композиции (уран-бериллий), заключающийся в первичной термической обработке композиции при температуре 1500-1550°С в вакууме не ниже 1·10-4 тор, повторной термической обработке урансодержащей составляющей композиции на воздухе при температуре не ниже 500°С в течение не менее 1 часа, растворении образовавшейся закиси-окиси урана в азотной кислоте при температуре кипения, ее пероксидной очистке путем переосаждения из раствора перекисью водорода, фильтрации раствора и обжиге пероксида на воздухе при 750-800°С с получением товарной закиси-окиси урана (Патент RU №2106029, кл. G01C 19/44,1966).
Недостатком этого способа переработки урансодержащих композиций является низкая степень извлечения из композиций урансодержащего компонента - закиси-окиси урана, составляющая до 80%.
Низкая степень извлечения урана из композиций, таких как UN, UC, (UZr)CxNy, UC-ZrC и др., связана с неполнотой растворения указанных соединений урана в азотной кислоте и соответственно потерей урана при пероксидном переосаждении раствора уранилнитрата.
Целью данного изобретения является повышение степени извлечения из композиций урансодержащего компонента - закиси-окиси урана.
Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки урансодержащих композиций, включающем первичную и повторную термическую обработку композиций на воздухе при температуре не ниже 500°С в течение не мене 1 часа, растворение образовавшейся закиси-окиси урана в азотной кислоте при повышенной температуре, пероксидное переосаждение полученного раствора уранилнитрата, фильтрацию раствора и обжиг твердого остатка на воздухе, перед первичной термической обработкой композицию смешивают с углеграфитовым материалом в соотношении 1,0:0,1-0,3, первичную термическую обработку проводят при температуре 450-650°С в течение 0,5-2 часов, перед повторной термической обработкой образовавшийся продукт измельчают до крупности менее 1 мм и смешивают с окислителем (KMnO4 или K2Cr2O7) в соотношении 1,0:0,3-05, после повторной термической обработки образовавшуюся закись-окись урана растворяют в 5-7-молярной азотной кислоте при температуре 50-75°С при соотношении Т:Ж=1,0:1,5-2,0, а обжиг отфильтрованного продукта проводят при температуре 850-950°С в течение 4-6 часов.
Причинно-следственная связь между существенными признаками и техническим результатом заключается в следующем. Перед первичной термической обработкой урансодержащую композицию смешивают с углеграфитовым материалом в соотношении 1,0:0,1-0,3, первичную термическую обработку проводят при температуре 450-650°С в течение 0,5-2,0 часов. В процессе первичной термической обработки композиции, состоящей из ураносодержащего материала и углеграфитового материала, происходит охрупчивание металлических компонентов смеси за счет образования оксикарбидных фаз. Это позволяет достаточно эффективно перед повторной термической обработкой осуществить процесс измельчения продукта до крупности менее 1 мм. При соотношении урансодержащей композиции и углеграфитового материала меньше 1,0:0,1 не реализуется достаточное для карбидизации парциальное давление оксида углерода, а получаемый при этом продукт обладает достаточно высокой пластичностью, что затрудняет его измельчение. При соотношении компонентов больше 1:0,3 процесс карбидизации протекает полностью, но на выжигание избыточного углерода требуются дополнительные непроизводственные затраты, а выход целевой ураносодержащей композиции за один цикл уменьшается.
Проведение первичной термической обработки при температуре менее 450°С является неприемлемым, поскольку при этих температурах такие компоненты урансодержащей композиции, как Мо, Zr, Al, нержавеющая сталь и т.п., практически не карбидизируются. Проведение первичной термической обработки при температуре более 650°С также неприемлемо, так как в этих условиях происходит интенсивное разрушение оснастки, в которой размещается ураносодержащая композиция, и элементов нагревательной системы печи из-за локальных перегревов.
Время первичной термообработки должно составлять 0,5-2 часа. При меньшем времени термообработки образование оксикарбидных фаз происходит не в полной мере, что затрудняет последующее извлечение продукта и отрицательно влияет на выход годного при пероксидном переосаждении. Увеличение же времени первичной термообработки более 2 часов не влияет на полноту образования оксикарбидных фаз, но экономически и энергетически не оправдано.
Повторная термическая обработка проводится при температуре не менее 500°С, в течение не менее 1 часа и имеет целью перевод урансодержащего продукта в закись-окись урана. Для интенсификации процесса окисления в измельченный продукт, содержащий композицию в виде оксикарбидных фаз, вводится окислитель (KMnO4 или K2Cr2O7) при соотношении 1,0:0,3-0,5.
При соотношении урансодержащей композиции и окислителя менее 1: 0,3 не достигается полное выжигание (газификация) углерода, а соотношение более 1:0,5 является экономически нецелесообразным.
Растворение закиси-окиси урана, содержащейся в композиции, проводится путем обработки в 5-7-молярной азотной кислоте при температуре 50-75°С при соотношении твердой и жидкой фаз 1,0:(1,5-2,0).
Применение азотной кислоты молярностью менее 5,0 является мало эффективным в связи с низкой скоростью растворения закиси-окиси урана. В случае использования кислоты с молярностью более 7,0 увеличивается скорость растворения металлических оксикарбидных фаз, что приводит к увеличению концентрации примесей в урановом растворе. По аналогичным соображениям определен оптимальный температурный интервал кислотной обработки 50-75°С: при темперутуре менее 50°С мала скорость всех химических процессов в композиции, при температуре более 75°С - резко увеличивается концентрация примесных элементов в растворе. Соотношение твердой и жидкой фаз менее 1:1,5 приводит к недостатку реагента, т.е. азотной кислоты, а при соотношении более 1:2,0 экономически мало эффективно. Заключительный обжиг отфильтрованного продукта при 850-950°С в течение 4-6 часов осуществляют для перевода уранилнитрата в закись-окись урана. Если обжиг проводить при температуре менее 850°С, то он растянется во времени, а сам продукт может содержать избыточное количество азота. При температурах обжига более 950°С происходит частичное спекание продукта, что недопустимо техническими требованиями. Интервал обжига во времени (4-6 часов) снизу обоснован требованиями на получаемый продукт по содержанию примесей, а сверху ограничен производственной практикой и цикличностью обслуживания оборудования.
Пример
Урансодержащие топливные композиции (UC - ZrC в оболочке из нержавеющей стали, UN, UC) в виде фрагментов тепловыделяющих элементов в количестве 300 г смешивали в соотношении 1,0:0,1-0,3 с углеграфитовым материалом - порошком графита типа 30ПГ фракции около 100 мкм и подвергали первичной термической обработке при температуре 450-650°С в течение 0,5-2 часов.
После первичной термической обработки урансодержащую гетерогенную смесь образовавшихся оксикарбидных фаз измельчали в щековой дробилке до крупности менее 1,0 мм.
Смешение порошка урансодержащего материала с окислителем (KMnO4) в соотношении 1,0:0,3-0,5 осуществляли в вибросмесителе.
Повторную термическую обработку смеси осуществляли при температуре 600°С в течение 2,0 часов.
Растворение твердого остатка после повторной термической обработки осуществляли в емкости из нержавеющей стали 5-7-молярной азотной кислотой (600 мл) при соотношении твердой и жидкой фаз 1,0:1,5-2,0 при температуре 50-75°С в течение 4-6 часов
Степень извлечения из композиции урансодержащего компонента - закиси-окиси урана при этом составила 87-93%.
В таблице приведены варианты осуществления предложенного способа переработки урансодержащих композиций на граничные и промежуточные значения параметров, а также на параметры процесса, выходящие за заявленные пределы в сопоставлении с известным способом.
Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный способ переработки урансодержащих композиций (п.1-3) в сравнении с известным способом (п.6) обеспечивает повышение степени извлечения из композиции ураносодержащего компонента - закиси-окиси урана.
При осуществлении способа переработки урансодержащих композиций за заявленными пределами параметров процесса (п.4-5) степень извлечения из композиции ураносодержащего компонента (закись-окись урана) снижается.
Claims (1)
- Способ переработки урансодержащих композиций, включающий первичную и повторную термическую обработку композиции на воздухе при температуре не менее 500°С в течение не менее часа, растворение образовавшейся закиси-окиси урана в азотной кислоте при повышенной температуре, пероксидное переосаждение полученного раствора уранилнитрата, фильтрацию раствора и обжиг твердого остатка на воздухе, отличающийся тем, что перед первичной термической обработкой урансодержащую композицию смешивают с углеграфитовым материалом в соотношении 1,0:0,1-0,3, первичную термическую обработку проводят при температуре 450-650°С в течение 0,5-2 ч, перед повторной термической обработкой образовавшийся продукт измельчают до крупности менее 1 мм и смешивают с окислителем в соотношении 1,0:0,3-0,5, после повторной термической обработки образовавшуюся закись-окись урана растворяют в 5-7-молярной азотной кислоте при температуре 50-75°С при соотношении твердой и жидкой фаз 1,0:1,5-2,0, а обжиг отфильтрованного продукта проводят при температуре 850-950°С в течение 4-6 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008149317A RU2379775C1 (ru) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Способ переработки ураносодержащих композиций |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008149317A RU2379775C1 (ru) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Способ переработки ураносодержащих композиций |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2379775C1 true RU2379775C1 (ru) | 2010-01-20 |
Family
ID=42120978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008149317A RU2379775C1 (ru) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Способ переработки ураносодержащих композиций |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2379775C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140171724A1 (en) * | 2011-07-26 | 2014-06-19 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method for chemically stabilizing uranium carbide compounds, and device implementing the method |
-
2008
- 2008-12-15 RU RU2008149317A patent/RU2379775C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140171724A1 (en) * | 2011-07-26 | 2014-06-19 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method for chemically stabilizing uranium carbide compounds, and device implementing the method |
US9837175B2 (en) * | 2011-07-26 | 2017-12-05 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method for chemically stabilizing uranium carbide compounds, and device implementing the method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106587046B (zh) | 一种人造金刚石的提纯方法 | |
JP6886046B2 (ja) | 多段・高度還元による高融点金属粉末の製造方法 | |
KR20140102725A (ko) | 희토류 및 산화 지르코늄 물질의 재활용 방법 | |
FR2535305A1 (fr) | Procede d'extraction d'uranium a partir de tetrafluorure d'uranium | |
CN1275532A (zh) | 铀金属合金转化成uo2粉末和芯块的生产方法 | |
RU2379775C1 (ru) | Способ переработки ураносодержащих композиций | |
KR20150027259A (ko) | 특정 용융염을 함유하는 매질의 사용을 포함하는, 적어도 하나의 제2 화학원소 e2로부터 적어도 하나의 제1 화학원소 e1을 분리하는 방법 | |
Sarsfield et al. | The separation of 241Am from aged plutonium dioxide for use in radioisotope power systems | |
Pee et al. | Extraction factor of tungsten sources from tungsten scraps by zinc decomposition process | |
US9428401B1 (en) | Separation of the rare-earth fission product poisons from spent nuclear fuel | |
US6241800B1 (en) | Acid fluxes for metal reclamation from contaminated solids | |
JP3839431B2 (ja) | 白金族金属の回収方法 | |
CH649978A5 (fr) | Procede de conversion conjointe d'une solution aqueuse contenant des nitrates de metaux lourds. | |
Berhe et al. | Green extraction of niobium and tantalum from Kenticha tantalite ore using 1-ethyl-3-methyl imidazolium chloride ionic liquid | |
RU2743383C1 (ru) | Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов | |
CN109897971B (zh) | 一种从放射性玻璃固化体中提取铂族金属的添加剂及方法 | |
RU2343119C1 (ru) | Способ переработки урансодержащей композиции | |
JP4019180B2 (ja) | 酸化プルトニウムを含む規格外燃料および/または廃棄物からのプルトニウム回収方法 | |
JPH10114526A (ja) | ウラン合金を燃料プレカーサに転化する方法及びそのための装置 | |
CN110643832A (zh) | 一种粉煤灰中提取锂方法 | |
US3228748A (en) | Process for the preparation of a uranium compound in powder form | |
CN111690824A (zh) | 含钛钨原料酸解提钛提钨及含钛原料酸解提钛的方法 | |
Bray et al. | Development of the CEPOD process for dissolving plutonium oxide and leaching plutonium from scrap or wastes | |
US3948637A (en) | Process for class IV-B metals ore reduction | |
Mousa et al. | Study on Vanadium Recovery from Spent Catalyst Used in the Manufacture of Sulfuric Acid |