RU2554626C2 - Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана - Google Patents
Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554626C2 RU2554626C2 RU2013138992/05A RU2013138992A RU2554626C2 RU 2554626 C2 RU2554626 C2 RU 2554626C2 RU 2013138992/05 A RU2013138992/05 A RU 2013138992/05A RU 2013138992 A RU2013138992 A RU 2013138992A RU 2554626 C2 RU2554626 C2 RU 2554626C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plutonium
- uranium
- dioxide
- solution
- mixed
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиохимической промышленности и ядерной энергетике, направлено на получение смешанного диоксида (U,Pu)O2 и может быть использовано для изготовления ядерного смешанного уран-плутониевого МОКС-топлива реакторов ВВЭР-1000 и реакторов на быстрых нейтронах (БН-600, БН-800) атомных станций. Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана включает взаимодействие нитратных комплексов урана и плутония с относительным содержанием их в растворе 95-70 и 5-30 мас.% соответственно с гидразингидратом с получением смешанного аморфного соединения урана и плутония, выдержку смешанного аморфного соединения урана и плутония в маточном растворе при температуре 80-90°C в течение не менее 3,5 часов до получения осадка мелкодисперсного порошка гомогенно смешанного гидратированного диоксида урана и плутония, отделение осадка от маточного раствора и его нагрев до температуры 280-300°C до образования целевого продукта. Изобретение обеспечивает экономически целесообразный, несложный и менее энергоемкий способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к радиохимической промышленности и ядерной энергетике, направлено на получение смешанного диоксида (U,Pu)O2 и может быть использовано для изготовления ядерного смешанного уран-плутониевого МОКС-топлива реакторов ВВЭР-1000 и реакторов на быстрых нейтронах (БН-600, БН-800) атомных станций.
Для приготовления таблетированного МОКС топлива используют механическую смесь порошков UO2 и PuO2. Наиболее апробирован для этих целей MIMAS-процесс (Франция) [«Advanced MIMAS process». Auteurs: DUCROUX R.; COUTY Y.; LEROUX J.C. Editeur SFEN. Conference: International nuclear conference on recycling, conditioning and disposal, Nice, FRA, 1998-10-25]. Он включает две основные стадии приготовления порошков:
- совместное размалывание порошкообразных оксидов урана и плутония с образованием концентрата с содержанием плутония в смеси до 25÷30%;
- сухое разбавление указанного концентрата диоксидом урана до конечного требуемого содержания плутония.
Основным недостатком MIMAS-процесса и других способов, основанных на смешивании сухих порошков оксидов урана и плутония, является сложность получения максимально однородных композиций, что приводит к уменьшению количества выгорающих фракций и неполному растворению отработавшего ядерного топлива при его повторной переработке.
Этого недостатка можно избежать, если проводить совместное осаждение урана и плутония из раствора с дальнейшим переводом полученных соединений в смешанный диоксид урана и плутония (U,Pu)O2.
Известен способ, согласно которому смеси окислов получают осаждением из растворов смесей диураната аммония и гидроокиси плутония с последующей фильтрацией, сушкой, прокаливанием и восстановлением водородом [Самойлов А.Г. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.64].
К недостаткам данного способа можно отнести следующее:
- сложность процесса;
- необходимость использования высоких температур;
- использование водорода для восстановления.
В другом способе [RU 2282590 C2, МПК C0G 43/00] предложено техническое решение, позволяющее получать смешанный диоксид урана и плутония с гомогенным распределением актинидов в гранулах порошка проведением следующих операций:
- предварительное восстановление урана до U(IV) путем введения в раствор восстановителя - ионов гидрозония [N2H5]+;
- стабилизация урана в состоянии окисления IV комплексообразователями - диэтилентетрааминопентауксусной или нитрилоуксусной кислотами, образующими комплексы также и с Pu(IV);
- совместное осаждение урана и плутония с применением специальной водно-этанольной среды, добавляя к раствору до 30 (об) % этанола, и созданием pH, равного 7,5, концентрированным аммиаком;
- сушка и прокаливание осадка при температуре более 650°C в инертной атмосфере.
К недостаткам этого способа относятся:
- сложность процесса;
- необходимость предварительного восстановления урана, т.е. наличие отдельной стадии процесса;
- применение специальной водно-этанольной среды для соосаждения;
- необходимость инертной атмосферы и использования высоких температур.
Известен способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана [RU 2446107 С1, МПК C0G 43/025]. Этот способ включает взаимодействие нитратных растворов урана и плутония с относительным содержанием их в растворе 95÷70 и 5÷30 мас. % соответственно с гидроксиламином, что приводит к восстановлению плутония до трехвалентного состояния и соосаждению урана и плутония в виде гомогенной смеси гидроксиламината уранила с гидроксидом плутония, и дальнейшее разложение полученного осадка на воздухе при 200-300°C.
Недостатками этого способа является:
- выделение из раствора промежуточных разновалентных соединений урана и плутония;
- низкая термическая стабильность получаемой смеси окислов на воздухе.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка экономически целесообразного относительно несложного и менее энергоемкого способа получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана (U, Pu)О2, пригодного для получения МОКС-топлива, за счет снижения количества стадий процесса и температуры его проведения.
Для решения поставленной задачи способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана включает взаимодействие нитратных комплексов урана и плутония с относительным содержанием их в растворе 95-70 и 5-30 мас. % соответственно с гидразингидратом при мольном отношении гидразингидрат: уран, плутоний >2 с получением смешанного аморфного соединения урана и плутония, выдержку смешанного аморфного соединения урана и плутония в маточном растворе при температуре 80-90°C в течение не менее 3,5 часов до получения осадка мелкодисперсного порошка гомогенно смешанного гидратированного диоксида урана и плутония, отделение осадка от маточного раствора и его нагрев до температуры 280-300°C до образования целевого продукта.
В частном варианте выдержку аморфного соединения урана и плутония в маточном растворе и нагрев мелкодисперсного порошка осуществляют при конвективном подводе тепла.
Присутствие плутония в матрице диоксида урана настолько стабилизирует кристаллическую структуру, что даже после нагревании на воздухе твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана до 800°C идентифицируется только одна гомогенная смесь двух диоксидов (U, Pu)O2.
Выбор относительного содержания урана и плутония в растворе обусловлен тем, что содержание плутония в МОКС-топливе составляет от 5 до 30 мас. %.
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими иллюстрациями.
На фиг. 1 показан спектр исходного раствора U(VI) и Pu(VI) в 0,1 моль/л HNO3, разбавленного в 50 раз.
На фиг. 2 показан спектр раствора смешанного соединения U и Pu, выделенного из суспензии, выдержанной при Τ=90°C в течение 3,5 час, и растворенного в смеси 6 моль/л ΗΝΟ3 и 0,01 моль/л HF.
На фиг. 3 показан спектр раствора U, полученного растворением его соединения, выделенного из суспензии, выдержанной при Τ=90°C в течение 2 сут, в смеси 6 моль/л ΗΝΟ3 с 0,1 моль/л HF.
На фиг. 4 показан спектр раствора Pu, полученного растворением его соединения, выделенного из суспензии, выдержанной при Τ=90°C в течение 3,5 час, в смеси 6 моль/л ΗΝΟ3 с 0,1 моль/л HF.
На фиг. 5 приведены данные синхронного термического анализа гидратированных диоксидов урана и плутония.
На фиг. 6 показана рентгенограмма твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана (U, Pu)О2 после его нагревания на воздухе до 800°C: UO2 (1), PuO2 (2).
Примеры осуществления способа
Пример 1
К исходному водному раствору нитратов урана и плутония в 0,1 моль/л ΗΝΟ3 (фиг. 1) добавляют гидразин гидрат Ν2Η5ΟΗ в мольном отношение N2H5OH:(U, Pu)>2. В растворе образуется аморфная суспензия желто-серого цвета. После 3,5 часов ее прогревания при температуре 90°C суспензия из объемного аморфного плохо отстаивающегося состояния переходит в быстро оседающий осадок черного цвета.
Полученный осадок урана и плутония отделяют от маточного раствора. Для установления форм нахождения урана и плутония в осадке часть осадка растворили в азотной кислоте. Как видно из данных на фиг. 2, после растворения в растворе присутствуют только ионы U(VI) и Pu(III). Их появление может быть объяснено протеканием в кислом растворе окислительно-восстановительной реакции Pu(IV)+U(IV)=Pu(III)+U(VI). Это однозначно доказывает, что в твердой фазе, образовавшейся после нагревания суспензии и перехода ее в хорошо отстаивающийся осадок черного цвета, уран и плутоний находятся в состоянии окисления 4+, так как только в этом случае при растворении в кислом растворе может протекать указанная реакция. Специально выполненные эксперименты отдельно с ураном и с плутонием показали, что в аналогичных условиях в растворах уран (фиг. 3), а также плутоний (фиг. 4) находятся в состоянии окисления 4+. Таким образом, черный осадок смешанного соединения урана и плутония представляет собой смесь их гидратированных диоксидов.
Был проведен синхронный термический анализ отделенного от маточного раствора осадка (фиг. 5). После проведения синхронного термического анализа с нагреванием образца до 800°C была снята рентгенограмма полученного продукта (фиг. 6). По данным синхронного термического анализа уменьшение веса анализируемого образца происходит в интервале температур от ~80°C до ~280°C.
Дальнейшее нагревание соединения до 800°C приводит к незначительному изменению его веса. Кривая ДТА (дифференциальный термический анализ) показывает, что кристаллизация твердого раствора диоксида урана и плутония после потери им гидратной воды происходит в два этапа с максимумами экзотермических эффектов при 175 и 225°C.
Результат рентгенофазового анализа, приведенный на фиг. 6, однозначно свидетельствует, что в образце смеси оксидов, нагретых до 800°C, идентифицируется только одна фаза диоксида актинидов - (U, Pu)О2 или гомогенная смесь двух диоксидов.
Пример 2
Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана осуществляют, как в примере 1, процесс ведут при 80°C в течение 5 часов при конвективном подводе тепла до образования быстро оседающего осадка черного цвета. Осадок отделяют от маточного раствора и прокаливают на воздухе при температуре 300°C.
Таким образом, разработан простой и эффективный метод получения из азотнокислого раствора урана и плутония твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана, который может быть применен при производстве МОКС-топлива.
Claims (2)
1. Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана, включающий взаимодействие нитратных комплексов урана и плутония с относительным содержанием их в растворе 95-70 и 5-30 мас. % соответственно с гидразингидратом с получением смешанного аморфного соединения урана и плутония, выдержку смешанного аморфного соединения урана и плутония в маточном растворе при температуре 80-90°C в течение не менее 3,5 часов до получения осадка мелкодисперсного порошка гомогенно смешанного гидратированного диоксида урана и плутония, отделение осадка от маточного раствора и его нагрев до температуры 280-300°C до образования целевого продукта.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку аморфного соединения урана и плутония в маточном растворе и нагрев мелкодисперсного порошка осуществляют при конвективном подводе тепла.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013138992/05A RU2554626C2 (ru) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013138992/05A RU2554626C2 (ru) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015117910/05A Previously-Filed-Application RU2598943C1 (ru) | 2015-05-13 | 2015-05-13 | Способ получения твёрдого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013138992A RU2013138992A (ru) | 2015-03-10 |
RU2554626C2 true RU2554626C2 (ru) | 2015-06-27 |
Family
ID=53279476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013138992/05A RU2554626C2 (ru) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2554626C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2189654C2 (ru) * | 1996-08-02 | 2002-09-20 | Бритиш Нуклеа Фюэлс ПЛС | Ионные жидкости в качестве растворителей |
RU2282590C2 (ru) * | 2000-10-05 | 2006-08-27 | Коммиссариат А Л`Энержи Атомик | Способ соосаждения актиноидов и способ получения смешанных оксидов актиноидов |
RU2446107C1 (ru) * | 2010-11-10 | 2012-03-27 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана |
-
2013
- 2013-08-20 RU RU2013138992/05A patent/RU2554626C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2189654C2 (ru) * | 1996-08-02 | 2002-09-20 | Бритиш Нуклеа Фюэлс ПЛС | Ионные жидкости в качестве растворителей |
RU2282590C2 (ru) * | 2000-10-05 | 2006-08-27 | Коммиссариат А Л`Энержи Атомик | Способ соосаждения актиноидов и способ получения смешанных оксидов актиноидов |
RU2446107C1 (ru) * | 2010-11-10 | 2012-03-27 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013138992A (ru) | 2015-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4223803B2 (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 | |
JP5508676B2 (ja) | 異なる酸化状態でのアクチニドの共沈方法および混合されたアクチニド化合物の調製方法 | |
US9330795B2 (en) | Method for preparing a mixed fuel comprising uranium and at least one actinide and/or lanthanide applying a cation exchange resin | |
JP2004510726A5 (ru) | ||
CA1121146A (en) | Method for the manufacture of (u,pu)o.sub.2 mixed crystals | |
RU2662526C2 (ru) | Способ получения порошка, включающего твердый раствор диоксида урана и диоксида по меньшей мере одного другого актинида и/или лантанида | |
CN106629807B (zh) | 从草酸钍中提纯制备核纯四氟化钍的方法 | |
RU2598943C1 (ru) | Способ получения твёрдого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана | |
RU2767779C2 (ru) | Способ получения порошка, содержащего частицы октаоксида триурана и частицы диоксида плутония | |
RU2554626C2 (ru) | Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана | |
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 | |
CN109003691B (zh) | 一种球形核燃料元件生产线不合格元件球回收处理方法 | |
JPH0534286B2 (ru) | ||
Kulyako et al. | Preparation of uranium oxides in nitric acid solutions by the reaction of uranyl nitrate with hydrazine hydrate | |
RU2446107C1 (ru) | Способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана | |
Myasoedov et al. | Preparation of Np, Pu, and U dioxides in nitric acid solutions in the presence of hydrazine hydrate | |
Kulyako et al. | UO 2, NpO 2 and PuO 2 preparation in aqueous nitrate solutions in the presence of hydrazine hydrate | |
Deptula et al. | Synthesis of uranium dioxides by complex sol-gel processes (CSGP) | |
Collins et al. | Evaluation of Co-precipitation Processes for the Synthesis of Mixed-Oxide Fuel Feedstock Materials | |
WO2019115394A1 (en) | Method for preparing a powder comprising particles of triuranium octoxide and particles of plutonium dioxide | |
RU2542317C2 (ru) | Способ получения порошка диоксида урана | |
CN108557859A (zh) | 用植物沉淀剂制备氧化钐的方法 | |
Daumas et al. | Nitride targets elaborated by sol-gel processing for actinide incineration | |
RU97108410A (ru) | Способ восстановления пригодности выгоревшей в ядерном реакторе смеси изотопов урана | |
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 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190821 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20201008 |