RU2494479C1 - Способ получения твердых растворов оксидов актинидов - Google Patents
Способ получения твердых растворов оксидов актинидов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2494479C1 RU2494479C1 RU2012113886/07A RU2012113886A RU2494479C1 RU 2494479 C1 RU2494479 C1 RU 2494479C1 RU 2012113886/07 A RU2012113886/07 A RU 2012113886/07A RU 2012113886 A RU2012113886 A RU 2012113886A RU 2494479 C1 RU2494479 C1 RU 2494479C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixed
- formic acid
- actinides
- temperature
- solution
- 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
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам получения смешанного уран-плутониевого ядерного топлива на базе диоксидов UO2 и PuO2, получившего название МОХ (Mixed-Oxide) топлива. Азотнокислый раствор нитратов актинидов смешивается с раствором муравьиной кислоты, полученный раствор высушивается в токе воздуха или инертной атмосфере при температуре до 140°С до твердой смеси формиатов указанных элементов, и затем полученная смесь прокаливается в инертной атмосфере при температурах 400-450°С для разложения формиатов. Изобретение позволяет снизить температуры термической обработки и исключить использование водорода, что приведет к увеличению безопасности и упрощению способа получения смешанных оксидов актинидов. 3 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам получения смешанного уран-плутониевого ядерного топлива на базе диоксидов UO2 и PuO2, получившего название МОХ (Mixed-Oxide) топлива. Известно, что плутоний, особенно в смеси с ураном, представляет собой энергетически эффективный материал для реакторов ВВЭР и реакторов нового поколения (таких, как реакторы на быстрых нейтронах и т.д.). Наиболее оптимальное МОХ топливо должно представлять собой твердый раствор, то есть фазу переменного состава, в которой атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решетке.
Производство такого топлива должно основываться на простых операциях с минимальным количеством отходов. Независимо от способа получения, МОХ-топливо должно удовлетворять ряду требований, из которых основные - это высокая гомогенность твердого раствора диоксидов урана и плутония для обеспечения равномерности энерговыделения и его хорошая растворимость в азотной кислоте для перевода в раствор облученного ядерного топлива при его химической переработке.
Известны два принципиально различных метода получения МОХ-топлива.
Первый метод заключается в механическом смешивании исходных порошков диоксидов урана и плутония (МСО) для получения пресс-порошка с высокой равномерностью перемешивания диоксидов с последующим добавлением связующего агента, прессованием и прокалкой (см. например: патент JP 8166482, 1994; патент US 4020131, 1977). Второй метод состоит в соосаждении соответствующих соединений урана и плутония из нитратных растворов с последующей сушкой и прокалкой с целью получения порошкообразного твердого раствора (U, Pu)O2. Этот способ может обеспечить высокую гомогенность распределения урана и плутония в полученном продукте, уменьшить число стадий и упростить технологию производства с отказом от механических стадий перемешивания и перетирания и, соответственно, уменьшить объем радиоактивных отходов.
Известен способ получения смешанных оксидов урана и плутония путем соосаждения соответствующих комплексов указанных элементов, с использованием комплексообразователей состоящих только из углерода, азота, водорода, и кислорода с последующей прокалкой (патент US 7169370, B2, 2007). В указанном способе предлагается соосаждать в требуемой пропорции комплексы U(IV) и Pu(IV) из нитратных растворов (1 моль/л HNO3) с помощью полиаминокарбоксильных кислот и их солей, поликарбоксильных кислот и их аммониевых солей, гидроксамовых кислот, криптандов и краун-эфиров. Поскольку по данному способу используется соосаждение комплексов урана и плутония в состоянии окисления (IV), то возникает необходимость использования восстановителей (в частности, гидразин нитрата) для восстановления и дальнейшей стабилизации указанного состояния окисления элементов. Количественное осаждение смеси комплексов обеспечивалось доведением рН раствора до ~7.5 с помощью концентрированной щелочи. После отделения и промывания осадок прокаливался при 650°С и выше в течение 1 часа. Данная процедура обеспечивала получение гомогенной смеси оксидов урана и плутония в пропорции соответствующей составу исходных компонентов.
К недостаткам данного способа получения гомогенной смеси оксидов урана и плутония, приведенного в указанном патенте, можно отнести его относительную сложность и наличие ряда стадий, которые приводят к увеличению объема радиоактивных отходов (например, промывка осадка после отделения).
В качестве прототипа был выбран способ (по патенту GB 1350923 опубликованному 24.04.1974) получения индивидуальных или смешанных оксидов урана и плутония прямо из раствора соответствующего нитрата, заключающийся в том, что концентрированный водный раствор нитрата и муравьиная кислота впрыскиваются с потоком воздуха, азота или водорода в первую (горячую) зону печи нагретой до 150-300°С, а полученное вещество прокаливается во второй зоне печи нагретой до 700-750°С. Показано, что после первой стадии получается красноватый порошок UO3, свойства которого определяются условиями введения растворов: (1) поверхность порошка увеличивается с увеличением отношения кислоты к нитрату уранила и уменьшается с ростом температуры нагревания на первой стадии, и (2) качество продукта практически не зависит от наличия свободной азотной кислоты в растворе. Дальнейшая прокалка в токе водорода приводит к получению UO2 или смеси UO2 и PuO2 пригодной для дальнейшего получения МОХ топлива путем смешивания и спекания.
К недостаткам данного способа можно отнести достаточно высокие температуры прокаливания (700-750°С) и необходимость пропускания водорода на второй стадии прокаливания для восстановления урана, что делает процесс не взрывобезопасным и усложняет способ получения целевого продукта.
Предлагаемым изобретением решается задача получения индивидуальных и смешанных оксидов актинидов в условиях, позволяющих существенно снизить температуры термической обработки и исключающих использование водорода, что приведет к увеличению безопасности и упрощению способа получения смешанных оксидов актинидов.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе азотнокислый раствор нитратов актинидов (1-2 моль/л HNO3) смешивается с раствором муравьиной кислоты (мольное отношение нитрат ион: муравьиная кислота составляет интервал от 1:3 до 1:4), полученный раствор высушивается в токе воздуха или в инертной атмосфере при температуре не выше 140°С до твердой смеси формиатов указанных элементов, и затем полученная смесь прокаливается в инертной атмосфере (на примере аргона и азота) или в атмосфере выделяющихся при разложении формиатов газов при температурах 400-450°С для разложения формиатов в ходе которого происходит восстановление топливных элементов до состояния окисления III и IV, с образованием твердого раствора.
Способ осуществляется следующим образом: нитратные растворы актинидов смешивают в соответствующей пропорции с муравьиной кислотой, полученный раствор сушат при соответствующей температуре до формиатов в токе воздуха или инертной атмосфере, и затем прокаливают в инертной атмосфере или в атмосфере выделяющихся при разложении формиатов газов для получения индивидуальных или смешанных оксидов актинидов.
Пример 1. К азотнокислому раствору, содержащему 800 г/л урана, нагретому до температуры 90°С, прибавляли концентрированную муравьиную кислоту, обеспечивая мольное соотношение нитрат-ион/муравьиная кислота 1:4. Реакционную смесь сушили при температуре 120°С в течение 2 часов на воздухе. Анализ РФА методом подтвердил образование формиата уранила. Полученный формиат уранила затем прокаливали при температуре 450°С в атмосфере выделяющихся при разложении формиатов газов в течение 1 часа. Согласно РФА данным на выходе получается UO2+x, где 0≤x≤0.2.
Пример 2. К азотнокислому раствору, содержащему 200 г/л урана, нагретому до температуры 90°С, прибавляли концентрированную муравьиную кислоту, обеспечивая мольное соотношение нитрат-ион/муравьиная кислота 1:3. Раствор с потоком аргона подавали на сушку при температуре 140°С и затем высушенный продукт прокаливали при температуре 400°С в инертной атмосфере. Согласно РФА данным на выходе получается UO2+x, где 0≤х≤0.2.
Пример 3. В азотнокислый раствор содержащий 360 г/л урана и 80 г/л тория, нагретый до температуры 90°С, прибавляли концентрированную муравьиную кислоту, обеспечивая мольное соотношение нитрат-ион/муравьиная кислота 1:6. Раствор подавали с потоком азота на сушку при температуре 140°С. Затем полученный продукт прокаливали при температуре 450°С в атмосфере азота. На выходе, согласно данным электронной микроскопии, получается смешанный оксид (U, Th)O2.
Пример 4. В раствор, содержащий U и Pu (5 г по сумме металлов с соотношением U:Pu=19:1) в азотной кислоте (4 моль/л) и нагретый до 40°С, добавляли концентрированную муравьиную кислоту, обеспечивая соотношение нитрат-ион/муравьиная кислота 1:4. Реакционную смесь сушили при температуре 110°С на воздухе. Анализ РФА методом подтвердил образование смеси формиатов уранила и плутония. Полученную смесь формиатов затем прокаливали при 400°С в атмосфере выделяющихся при разложении формиатов газов. Согласно РФА данным на выходе получается смешанный оксид (U, Pu)O2.
Пример 5. В раствор, содержащий U и Pu (5 г по сумме металлов с соотношением U:Pu=4:1) в азотной кислоте (4 моль/л) и нагретый до 40°С, прибавляли концентрированную муравьиную кислоту, обеспечивая соотношение нитрат-ион/муравьиная кислота 1:3,5. Раствор с потоком аргона подали на сушку при температуре 140°С и затем высушенный продукт прокаливали при температуре 450°С в инертной атмосфере. Согласно РФА данным на выходе получается (U, Pu)O2.
Claims (4)
1. Способ получения твердых растворов оксидов актинидов, включающий смешение нитратных растворов актинидов с муравьиной кислотой, сушку и прокаливание, отличающийся тем, что сушку смешанного раствора осуществляют при температуре не выше 140°С, а образовавшуюся смесь формиатов прокаливают при температуре 400-450°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрированный раствор нитратов актинидов смешивают с муравьиной кислотой при мольном отношении нитрат ион:муравьиная кислота (1:3) - (1:4).
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешанный раствор высушивают в токе воздуха или в инертной атмосфере.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокаливание полученной смеси формиатов осуществляют в инертной атмосфере или в атмосфере выделяющихся при разложении формиатов газов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012113886/07A RU2494479C1 (ru) | 2012-04-09 | 2012-04-09 | Способ получения твердых растворов оксидов актинидов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012113886/07A RU2494479C1 (ru) | 2012-04-09 | 2012-04-09 | Способ получения твердых растворов оксидов актинидов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2494479C1 true RU2494479C1 (ru) | 2013-09-27 |
Family
ID=49254169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012113886/07A RU2494479C1 (ru) | 2012-04-09 | 2012-04-09 | Способ получения твердых растворов оксидов актинидов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2494479C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107610796A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-19 | 中核四0四有限公司 | Mox制备过程不合格粉末回收方法 |
RU2662526C2 (ru) * | 2013-10-22 | 2018-07-26 | Коммиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Способ получения порошка, включающего твердый раствор диоксида урана и диоксида по меньшей мере одного другого актинида и/или лантанида |
RU2702095C1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-10-04 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Способ получения монофазных солей актинидов и устройство для их получения |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1350923A (en) * | 1970-05-25 | 1974-04-24 | Commissariat Energie Atomique | Method for preparing oxides of fissile materials |
RU2249267C2 (ru) * | 2003-04-09 | 2005-03-27 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Способ переработки облученного ядерного топлива (варианты) |
RU2282590C2 (ru) * | 2000-10-05 | 2006-08-27 | Коммиссариат А Л`Энержи Атомик | Способ соосаждения актиноидов и способ получения смешанных оксидов актиноидов |
-
2012
- 2012-04-09 RU RU2012113886/07A patent/RU2494479C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1350923A (en) * | 1970-05-25 | 1974-04-24 | Commissariat Energie Atomique | Method for preparing oxides of fissile materials |
RU2282590C2 (ru) * | 2000-10-05 | 2006-08-27 | Коммиссариат А Л`Энержи Атомик | Способ соосаждения актиноидов и способ получения смешанных оксидов актиноидов |
RU2249267C2 (ru) * | 2003-04-09 | 2005-03-27 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Способ переработки облученного ядерного топлива (варианты) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2662526C2 (ru) * | 2013-10-22 | 2018-07-26 | Коммиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Способ получения порошка, включающего твердый раствор диоксида урана и диоксида по меньшей мере одного другого актинида и/или лантанида |
CN107610796A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-19 | 中核四0四有限公司 | Mox制备过程不合格粉末回收方法 |
CN107610796B (zh) * | 2017-08-29 | 2019-08-13 | 中核四0四有限公司 | Mox制备过程不合格粉末回收方法 |
RU2702095C1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-10-04 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Способ получения монофазных солей актинидов и устройство для их получения |
WO2020139168A1 (ru) | 2018-12-25 | 2020-07-02 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Способ получения монофазных солей актинидов и устройство для их получения |
CN113056795A (zh) * | 2018-12-25 | 2021-06-29 | 赫洛平镭研究所股份公司 | 一种制备单相锕系元素盐的方法及其制备装置 |
US20210261490A1 (en) * | 2018-12-25 | 2021-08-26 | Joint-Stock Company «Khlopin Radium Institute» | Method for Producing Monophase Salts of Actinides and Device for Producing Same |
KR20210108872A (ko) | 2018-12-25 | 2021-09-03 | 조인트-스톡 컴패니 <<클로핀 라디움 인스티튜트>> | 단상 악티나이드 염의 제조 방법 및 그를 위한 제조 장치 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2004510726A (ja) | アクチニドの共沈降方法、及び混合アクチニド酸化物の調製方法 | |
RU2662526C2 (ru) | Способ получения порошка, включающего твердый раствор диоксида урана и диоксида по меньшей мере одного другого актинида и/или лантанида | |
CA1121146A (en) | Method for the manufacture of (u,pu)o.sub.2 mixed crystals | |
RU2494479C1 (ru) | Способ получения твердых растворов оксидов актинидов | |
JPS60200830A (ja) | 金属硝酸塩の水溶液又は固体混合物から微粉状金属酸化物を製造する方法 | |
CN111655623B (zh) | 使用特定有机配体混合物制备基于包括铀和钚的氧化物的粉末的方法以及使用该粉末制造基于铀和钚的燃料 | |
RU2543086C1 (ru) | Способ получения индивидуальных и смешанных оксидов металлов | |
GB978615A (en) | Improvements in or relating to the production of fuel materials for nuclear reactors | |
Brykala et al. | Carbonization of solid uranyl-ascorbate gel as an indirect step of uranium carbide synthesis | |
Kulyako et al. | Use of microwave radiation for preparing uranium oxides from its compounds | |
Kutty et al. | Characterization of ThO2–UO2 pellets made by co-precipitation process | |
RU2598943C1 (ru) | Способ получения твёрдого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана | |
JP2559819B2 (ja) | プルトン酸ウラン酸アンモニウム、その製造方法および混合酸化物(U,Pu)O▲下2▼を製造するためのその使用 | |
Kanno et al. | Preparation of thorium-uranium mixed oxide pellets | |
RU2176115C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ КОМПОЗИЦИИ BaPuO3 ДЛЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ | |
CN112687415B (zh) | 一种uco微球的制备方法 | |
Altaş et al. | Preparation of homogeneous (Th0. 8U0. 2) O2 powders by mechanical blending of Th (C2O4) 2· 6H2O and U (C2O4) 2· 6H2O powders | |
RU2554626C2 (ru) | Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана | |
Farid et al. | Preparation and Characterization of Carbide and Nitride Simulated Fuel for Generation IV Reactors | |
İnan et al. | PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF URANIUM OXIDE MICROSPHERES BY INTERNAL SOL-GEL PROCESS | |
Kincaid et al. | COPRECAL: co-conversion of Pu, U mixed nitrate to mixed oxide | |
Deptuła et al. | Fabrication of uranium dioxide microspheres by classic and novel sol-gel processes | |
Brykala et al. | Structural, compositional and morphological characterization of Nd3+-substituted UO2 microspheres obtained by ICHTJ sol–gel technique | |
Wen et al. | Study on UC Phase Control of UC Ceramic Microspheres Prepared by Sol-Gel Method | |
Daumas et al. | Nitride targets elaborated by sol-gel processing for actinide incineration |