RU2422366C1 - Method of extracting uranium from sodium fluoride sorbent - Google Patents
Method of extracting uranium from sodium fluoride sorbent Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422366C1 RU2422366C1 RU2009146460/05A RU2009146460A RU2422366C1 RU 2422366 C1 RU2422366 C1 RU 2422366C1 RU 2009146460/05 A RU2009146460/05 A RU 2009146460/05A RU 2009146460 A RU2009146460 A RU 2009146460A RU 2422366 C1 RU2422366 C1 RU 2422366C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- sorbent
- sodium fluoride
- fluorination
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии урановых производств и, в частности, может быть использовано при переработке отходов, содержащих фториды урана.The invention relates to the technology of uranium production and, in particular, can be used in the processing of waste containing uranium fluorides.
В результате работы газоразделительного производства изотопов урана образуются газовые смеси, содержащие то или иное количество гексафторида урана. Известными способами извлечения гексафторида урана из технологических и сбросных газов являются сорбционные технологии с применением фторида натрия. В циклах сорбции-десорбции гексафторида урана на фториде натрия в последнем постепенно накапливается уран (V) в результате частичного термического разложения комплексной соли и восстановления урана:As a result of the gas separation production of uranium isotopes, gas mixtures are formed containing one or another amount of uranium hexafluoride. Known methods for the extraction of uranium hexafluoride from process and waste gases are sorption technologies using sodium fluoride. In the sorption-desorption cycles of uranium hexafluoride on sodium fluoride in the latter, uranium (V) gradually accumulates as a result of partial thermal decomposition of the complex salt and reduction of uranium:
Na2UF8→Na2UF7+0,5F2 Na 2 UF 8 → Na 2 UF 7 + 0,5F 2
При длительной эксплуатации в сорбенте накапливается значительное количество пятивалентного урана от 3,5 до 10 г на 1 кг сорбента за цикл, что ведет к снижению рабочей емкости сорбента по гексафториду урана.During long-term operation, a significant amount of pentavalent uranium from 3.5 to 10 g per 1 kg of sorbent per cycle accumulates in the sorbent, which leads to a decrease in the working capacity of the sorbent for uranium hexafluoride.
Известны способы извлечения урана (V) из фторида натрия. Общеизвестные гидрометаллургические способы переработки веществ, содержащих фториды урана [Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана. - М.: Атомиздат, 1978; Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана. - М.: Изд. Дом. «Руда и металлы», 2006], неприемлемы из-за ряда серьезных недостатков: полная потеря урана в виде гексафторида, фтора, сорбента, образование больших объемов оборотных и маточных растворов и соответствующие проблемы, связанные с очисткой и утилизацией этих растворов, и др.Known methods for the extraction of uranium (V) from sodium fluoride. Well-known hydrometallurgical methods for processing substances containing uranium fluorides [Gromov B.V. Introduction to the chemical technology of uranium. - M .: Atomizdat, 1978; Turaev N.S., Zherin I.I. Chemistry and technology of uranium. - M.: Publishing. House. Ore and Metals, 2006], are unacceptable due to a number of serious drawbacks: the complete loss of uranium in the form of hexafluoride, fluorine, sorbent, the formation of large volumes of circulating and mother liquors and the corresponding problems associated with the purification and disposal of these solutions, etc.
Известен способ фторирования сорбента элементным фтором или трифторидом хлора. Однако даже при температурах 500-600°C достичь полноты десорбции урана не удается. Кроме того, при таких температурах сорбент спекается и практически теряет способность сорбировать UF6 и требует замены [Громов О.Б., Сергеев Г.С., Евсеев В.А. и др. Отчет «Анализ существующих способов извлечения недесорбируемого остатка урана из отработавшего фторида натрия». - М.: ОАО «ВНИИХТ», ТИ-2381, 2000].A known method of fluorination of the sorbent with elemental fluorine or chlorine trifluoride. However, even at temperatures of 500-600 ° C, complete desorption of uranium cannot be achieved. In addition, at such temperatures, the sorbent is sintering and practically loses its ability to absorb UF 6 and requires replacement [Gromov OB, Sergeev GS, Evseev VA et al. “Analysis of existing methods for the extraction of non-desorbable uranium residue from spent sodium fluoride”. - M.: VNIIKhT OJSC, TI-2381, 2000].
Известен способ [Галкин Н.П., Зайцев В.А. и Серегин М.Б. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. - М.: Атомиздат, 1975, с.90], принятый за прототип, извлечения урана из комплексной соли Na2UF7. Способ заключается во фторировании соли элементным фтором при давлении до 1 атм и температуре 300-450°С. Недостатками способа являются спекание фторида натрия при температуре выше 400°С, и, следовательно, снижение его сорбционных характеристик [Галкин Н.П., Зайцев В.А. и Серегин М.Б. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. - М.: Атомиздат, 1975, с.121], и низкая скорость реакции фторирования при температуре 300°С и ниже, а также значительный расход фтора, равный до 40 г на 1 кг фторида натрия. Степень извлечения урана из фторида натрия не превышает 80%. Кроме того, извлечение из сорбционного аппарата спеченного сорбента является достаточно трудоемкой операцией.The known method [Galkin N.P., Zaitsev V.A. and Seregin M.B. Capturing and processing fluorine-containing gases. - M .: Atomizdat, 1975, p.90], adopted for the prototype, the extraction of uranium from the complex salt of Na 2 UF 7 . The method consists in fluorinating the salt with elemental fluorine at a pressure of up to 1 atm and a temperature of 300-450 ° C. The disadvantages of this method are the sintering of sodium fluoride at temperatures above 400 ° C, and, therefore, a decrease in its sorption characteristics [Galkin NP, Zaitsev V.A. and Seregin M.B. Capturing and processing fluorine-containing gases. - M .: Atomizdat, 1975, p. 121], and the low fluorination reaction rate at a temperature of 300 ° C and below, as well as a significant fluorine consumption equal to 40 g per 1 kg of sodium fluoride. The degree of extraction of uranium from sodium fluoride does not exceed 80%. In addition, the extraction of the sintered sorbent from the sorption apparatus is a rather time-consuming operation.
Технический результат предлагаемого способа извлечения урана из фторида натрия заключается в том, чтобы предотвратить спекание сорбента.The technical result of the proposed method for the extraction of uranium from sodium fluoride is to prevent sintering of the sorbent.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе извлечения урана в виде гексафторида урана из сорбента фторида натрия перед фторированием сорбент, содержащий уран (V), обрабатывают парами воды при температуре 100-250°С. Фторирование проводят при температуре не выше 400°С.The technical result of the invention is achieved by the fact that in the method of extracting uranium in the form of uranium hexafluoride from a sorbent of sodium fluoride before fluorination, a sorbent containing uranium (V) is treated with water vapor at a temperature of 100-250 ° C. Fluorination is carried out at a temperature not exceeding 400 ° C.
В результате проведенных нами исследований было показано, что при обработке фторида натрия, содержащего пятивалентный уран, паром воды в интервале температуры от 100 до 250°С диспропорционирование урана (V) на уран (IV) и уран (VI) протекает за сравнительно короткое время (от секунд до долей секунды), которое зависит от скорости диффузии молекул воды в частицах фторида натрия:As a result of our studies, it was shown that in the treatment of sodium fluoride containing pentavalent uranium with water vapor in the temperature range from 100 to 250 ° C, the disproportionation of uranium (V) to uranium (IV) and uranium (VI) takes a relatively short time ( from seconds to fractions of a second), which depends on the diffusion rate of water molecules in the particles of sodium fluoride:
2Na2UF7+2H2O=Nа2UF6+Na2UO2F4+4HF2Na 2 UF 7 + 2H 2 O = Na 2 UF 6 + Na 2 UO 2 F 4 + 4HF
Косвенное термодинамическое обоснование происходящих в системе процессов можно получить лишь по реакциям фторирования индивидуальных фторидов урана вследствие практического отсутствия аналогичных данных по комплексным фторидам натрия и урана. Фторирование фторидов урана в степенях окисления +4 (тетрафторид) и +6 (оксифторид) происходит с гораздо большей легкостью, нежели фторирование пентафторида урана (см. табл.1) [Чижевский С. В., Селезнев В.П. и Ягодин Г.А. «Взаимодействие урансодержащих соединений щелочных металлов с элементарным фтором», 5-й Всесоюзный симпозиум по химии неорганических фторидов. Тезисы докладов. Днепропетровск, 27-30 июня 1978 г. - М.: Наука, 1978, с.290; Морачевский А.Г., Сладков И.Б. Физико-химические свойства молекулярных неорганических соединений. - Л.: Химия, 1987].Indirect thermodynamic substantiation of the processes occurring in the system can be obtained only from the fluorination reactions of individual uranium fluorides due to the practical lack of similar data on complex sodium and uranium fluorides. Fluorination of uranium fluorides in oxidation states +4 (tetrafluoride) and +6 (oxyfluoride) occurs with much greater ease than fluorination of uranium pentafluoride (see table 1) [Chizhevsky S. V., Seleznev V. P. and Yagodin G.A. “Interaction of uranium-containing compounds of alkali metals with elemental fluorine”, 5th All-Union Symposium on the Chemistry of Inorganic Fluorides. Abstracts of reports. Dnepropetrovsk, June 27-30, 1978 - M .: Nauka, 1978, p.290; Morachevsky A.G., Sladkov I.B. Physicochemical properties of molecular inorganic compounds. - L .: Chemistry, 1987].
Сорбент, содержащий U5+, обрабатывали при 120°С парами воды, содержание которых в газе составляло 2,3-47,0 об.%. После этого NaF фторировали фтором при 400°С и давлении 120 мм рт.ст. в течение 0,5-4 ч. В табл.2 представлены результаты обработки NaF, содержащего U5+, после гидролиза и фторирования. Исходное содержание урана (V) в сорбенте составляло 0,92-3,08 мас.%.The sorbent containing U 5+ was treated at 120 ° C with water vapor, the content of which in the gas was 2.3-47.0 vol.%. After that, NaF was fluorinated with fluorine at 400 ° C and a pressure of 120 mm Hg. within 0.5-4 hours. Table 2 shows the results of processing NaF containing U 5+ after hydrolysis and fluorination. The initial content of uranium (V) in the sorbent was 0.92-3.08 wt.%.
Степень извлечения урана составляла не более 93%.The degree of uranium recovery was not more than 93%.
Недостаточная степень десорбции урана после гидролиза и последующего фторирования обуславливается протеканием противоположных процессов - десорбция UF6 и восстановление урана. Поэтому система вновь содержит уран в восстановленной форме, а сорбент, содержащий не менее 0,13 мас.% урана, продолжает квалифицироваться радиационным материалом. Для достижения требуемой величины содержания урана в сорбенте, равной не более 0,1 мас.%, потребовалось провести повторный цикл гидролиза при температуре 220°C и фторирования сорбента при 400°C (см. табл.3).An insufficient degree of desorption of uranium after hydrolysis and subsequent fluorination is caused by the occurrence of opposite processes — desorption of UF 6 and reduction of uranium. Therefore, the system again contains uranium in reduced form, and the sorbent containing at least 0.13 wt.% Uranium continues to be qualified by radiation material. To achieve the required value of the uranium content in the sorbent equal to not more than 0.1 wt.%, It was necessary to carry out a repeated hydrolysis cycle at a temperature of 220 ° C and fluorination of the sorbent at 400 ° C (see Table 3).
Как следует из данных табл.1 и 2, суммарная степень извлечения урана из NaF после двукратного цикла «гидролиз-фторирование» достигает 97,3%, при этом содержание урана в сорбенте находится на уровне не более 0,1 мас.%.As follows from the data in Tables 1 and 2, the total degree of uranium extraction from NaF after a double cycle of “hydrolysis-fluorination” reaches 97.3%, while the uranium content in the sorbent is at the level of not more than 0.1 wt.%.
Необходимо отметить, что после проведения указанных выше операций сорбент фторид натрия не снизил свои сорбционные характеристики по отношению к гексафториду урана.It should be noted that after carrying out the above operations, the sodium fluoride sorbent did not reduce its sorption characteristics with respect to uranium hexafluoride.
Обработка комплексной соли, содержащей пятивалентный уран, при температуре ниже 100°C ведет к существенному уменьшению скорости реакции диспропорционирования и вероятной конденсации воды в порах сорбента, что может привести к взрыву при последующем фторировании. При обработке при температуре выше 250°C будет наблюдаться процесс пирогидролиза UF4 до UO2 и, как следствие этого, будут увеличиваться расходные характеристики фторирующего реагента.Treatment of a complex salt containing pentavalent uranium at temperatures below 100 ° C leads to a significant decrease in the rate of disproportionation reaction and the possible condensation of water in the pores of the sorbent, which can lead to an explosion during subsequent fluorination. When processing at temperatures above 250 ° C, the process of pyrohydrolysis of UF 4 to UO 2 will be observed and, as a result of this, the flow characteristics of the fluorinating reagent will increase.
Пример 1Example 1
Содержание урана в порошкообразном фториде натрия, проработавшего в течение 2,5 лет в циклах сорбции-десорбции гексафторида урана в процессе переработки газовых смесей, содержащих трифторид хлора, составляло 20,9 мас.%. Весь уран находился в пятивалентном состоянии.The uranium content in the powdered sodium fluoride, which worked for 2.5 years in the sorption-desorption cycles of uranium hexafluoride in the process of processing gas mixtures containing chlorine trifluoride, was 20.9 wt.%. All uranium was in a pentavalent state.
Навеску соли массой 15,0 г помещали в реактор, нагревали до 120°C и обрабатывали парами воды с расходом 1 мл/см2·с в течение трех минут. После этого производили вакуумную откачку реактора и производили фторирование соли при 380°C элементным фтором в течение двух часов. После химического анализа содержание урана в сорбенте оказалось равным 0,29 мас.%.A portion of salt weighing 15.0 g was placed in a reactor, heated to 120 ° C and treated with water vapor at a flow rate of 1 ml / cm 2 · s for three minutes. After that, the reactor was evacuated and salt was fluorinated at 380 ° C with elemental fluorine for two hours. After chemical analysis, the uranium content in the sorbent was equal to 0.29 wt.%.
Операцию гидролиза и фторирования сорбента при 220°C и тех же прочих условиях повторили. Содержание урана в сорбенте стало равным 0,09 мас.%.The operation of hydrolysis and fluorination of the sorbent at 220 ° C and the same other conditions were repeated. The uranium content in the sorbent became equal to 0.09 wt.%.
Сорбент после фторирования обработали газом, содержащим UF6. Была достигнута емкость фторида натрия, равная 4,4 г UF6/г NaF.After fluorination, the sorbent was treated with a gas containing UF 6 . A sodium fluoride capacity of 4.4 g UF 6 / g NaF was achieved.
Пример 2Example 2
20 кг фторида натрия, который проработал 45 циклов сорбции-десорбции, содержащий 42,4 мас.% урана (V), был обработан в течение 5 мин паром воды при температуре 230±20°C. Затем соль фторировали в течение одного часа при температуре 380°С и давлении фтора 300±20 мм рт.ст. Масса сконденсированного UF6 при температуре - 60°C составила 12,5 кг (выход 99,6%). Остаточное содержание урана в сорбенте оказалось равным 0,21 мас.%. При повторной обработке содержание урана снизилось до 0,11 мас.%.20 kg of sodium fluoride, which worked 45 sorption-desorption cycles containing 42.4 wt.% Uranium (V), was treated for 5 min with water vapor at a temperature of 230 ± 20 ° C. Then, the salt was fluorinated for one hour at a temperature of 380 ° C and a fluorine pressure of 300 ± 20 mm Hg. The mass of condensed UF 6 at a temperature of -60 ° C was 12.5 kg (yield 99.6%). The residual uranium content in the sorbent turned out to be 0.21 wt.%. During reprocessing, the uranium content decreased to 0.11 wt.%.
Пример 3Example 3
Сорбент по примеру 2, но без операции гидролиза. Остаточное содержание урана в сорбенте составило 7,8 мас.% после фторирования элементным фтором при давлении 740 мм рт.ст.The sorbent of example 2, but without hydrolysis. The residual uranium content in the sorbent was 7.8 wt.% After fluorination with elemental fluorine at a pressure of 740 mm Hg.
Пример 4Example 4
В табл.4 представлены условия и результаты извлечения недесорбируемого остатка урана из гранулированного фторида натрия, используемого на сорбционной установке на Заводе разделения изотопов ОАО «Сибирский химический комбинат».Table 4 presents the conditions and results of the extraction of the non-desorbable uranium residue from the granular sodium fluoride used at the sorption plant at the Isotope Separation Plant of Siberian Chemical Combine OJSC.
Необходимость проведения двукратной паровоздушной обработки отработавшего NaF обуславливается, прежде всего, тем, что при гидролизе связанного пентафторида урана имеет место явления закупоривания пор сорбента продуктами гидролиза, которые препятствуют проникновению внутрь гранул паров воды.The need for a double vapor-air treatment of spent NaF is primarily due to the fact that during the hydrolysis of bound uranium pentafluoride, clogging of the pores of the sorbent with hydrolysis products that prevent the penetration of water vapor into the granules takes place.
По сравнению со способом-прототипом данное техническое решение обладает следующими преимуществами:Compared with the prototype method, this technical solution has the following advantages:
- не происходит спекание сорбента;- sintering of the sorbent does not occur;
- сорбент можно использовать неограниченное время без замены;- the sorbent can be used unlimited time without replacement;
- существенно снижается расход энергетических и материальных ресурсов вследствие использования более низких температур, значительного сокращения продолжительности процесса;- significantly reduces the consumption of energy and material resources due to the use of lower temperatures, a significant reduction in the duration of the process;
- резко снижается расход элементного фтора.- the consumption of elemental fluorine is sharply reduced.
При внедрении изобретения в производство могут быть достигнуты следующие экономические факторы:When introducing the invention into production, the following economic factors can be achieved:
- отпадает необходимость строительства участков разгрузки и регенерации отработавшего сорбента, рекуперации урана;- there is no need to build sites for unloading and regeneration of spent sorbent, uranium recovery;
- резко сократится потребность во фториде натрия;- sharply reduced need for sodium fluoride;
- снижаются энергетические и материальные затраты на регенерацию сорбента;- reduced energy and material costs for the regeneration of the sorbent;
- исключается ручной труд при замене сорбента.- manual labor is excluded when replacing the sorbent.
При применении данного изобретения в промышленности не потребуется разработки специального оборудования и аппаратов.When applying this invention in industry, it will not be necessary to develop special equipment and apparatuses.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009146460/05A RU2422366C1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method of extracting uranium from sodium fluoride sorbent |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009146460/05A RU2422366C1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method of extracting uranium from sodium fluoride sorbent |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2422366C1 true RU2422366C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739110
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009146460/05A RU2422366C1 (en) | 2009-12-14 | 2009-12-14 | Method of extracting uranium from sodium fluoride sorbent |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2422366C1 (en) |
-
2009
- 2009-12-14 RU RU2009146460/05A patent/RU2422366C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГАЛКИН Н.П. и др. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. - М.: Атомиздат, 1975, с.90-102. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11289233B2 (en) | Method for collecting uranium by treatment process of washing waste liquid generated in uranium hexafluoride cylinder washing process | |
CN103910333A (en) | Method for recovering hydrogen fluoride in hydrofluorination process tail gas | |
CN104971609B (en) | A kind of Waste Hydrogen Fluoride Gas improvement and the method and apparatus of recycling | |
CN101375347B (en) | Sodium salt recycling system for use in wet reprocessing of used nuclear fuel | |
JP6129342B2 (en) | Method and equipment for treating carbonaceous radioactive waste | |
CN110387473B (en) | Method for separating uranium and molybdenum by fluorination with nitrogen trifluoride as fluorinating agent | |
WO2014172360A2 (en) | Advanced tritium system for separation of tritium from radioactive wastes and reactor water in light water systems | |
RU2422366C1 (en) | Method of extracting uranium from sodium fluoride sorbent | |
EP1243000B1 (en) | A method of separating uranium from irradiated nuclear fuel | |
RU2546981C1 (en) | Method of treating irradiated reactor graphite | |
KR20140037154A (en) | Use of a kmgf3 compound for trapping metals in the form of fluorides and/or oxyfluorides in a gaseous or a liquid phase | |
CN111994875A (en) | Systems and methods for producing fluorinated products | |
RU2328335C1 (en) | Method for separating fluor containing gas mixtures | |
JP4528916B2 (en) | Method for decontamination and treatment of spent alumina | |
Yakunin et al. | Purification of Gaseous Emissions by 14 C Removal During Reprocessing of Spent Uranium-Plutonium Nuclear Fuel | |
WO2014117229A1 (en) | Method and practical device composition for purification of air from gaseous tritium and concentration of tritium in a constant volume of water | |
RU2579055C1 (en) | Method of cleaning metal surfaces from uranium deposits | |
US2781303A (en) | Process of recovering uranium from solution | |
JP2005283415A (en) | Processing method and system of radioactive waste | |
JP2002255558A (en) | Method for converting fluoride into oxide | |
RU2588241C1 (en) | Method for dynamic gasification of uranium deposits | |
JP7298052B2 (en) | Method for separating cesium and technetium | |
CN111785407B (en) | Treatment method of molybdenum-containing substance | |
Gromov | Separation of a Gas Mixture Containing Uranium Hexafluoride, Hydrogen Fluoride, and Chlorine Trifluoride | |
Ying et al. | The conceptual flowsheet of effluent treatment during preparing spherical fuel elements of HTR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191215 |