RU2568729C1 - Method of preparing anion-deficient uranyl nitrate solutions - Google Patents
Method of preparing anion-deficient uranyl nitrate solutions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568729C1 RU2568729C1 RU2014141350/05A RU2014141350A RU2568729C1 RU 2568729 C1 RU2568729 C1 RU 2568729C1 RU 2014141350/05 A RU2014141350/05 A RU 2014141350/05A RU 2014141350 A RU2014141350 A RU 2014141350A RU 2568729 C1 RU2568729 C1 RU 2568729C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- solution
- nitric acid
- moles
- density
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приготовлению анион-дефицитных метастабильных растворов нитрата уранила и может быть использовано в химической технологии, в частности, при импрегнировании урана в пористые графитовые заготовки с целью получения уран-графитовых тепловыделяющих элементов (твэл) или при получении микросфер золь-гель методом.The invention relates to the preparation of anion-deficient metastable solutions of uranyl nitrate and can be used in chemical technology, in particular, when impregnating uranium into porous graphite billets in order to obtain uranium-graphite fuel elements (fuel elements) or when producing microspheres using the sol-gel method.
Известен способ приготовления анион-дефицитных растворов растворением оксидов урана в водном растворе нитрата тория (патент США №3838062, МПК С01G 43/00, НКИ США 252/301.1R, опубл. 24.09.1974). Полученные подобным образом растворы при добавлении к ним уротропина и мочевины могут быть использованы для производства микросферического керамического топлива золь-гель методом. Однако этот способ пригоден лишь для приготовления смешанных растворов урана и тория при получении смешанного UO2-ThO2 - топлива.A known method of preparing anion-deficient solutions by dissolving uranium oxides in an aqueous solution of thorium nitrate (US patent No. 3838062, IPC C01G 43/00, NCI 252 / 301.1R, publ. 09.24.1974). The solutions obtained in this way with the addition of urotropine and urea can be used for the production of microspherical ceramic fuel by the sol-gel method. However, this method is only suitable for the preparation of mixed solutions of uranium and thorium in the preparation of mixed UO 2 —ThO 2 fuel.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, включающий растворение оксидов урана путем их контактирования с азотной кислотой и водой и фильтрование. В соответствии с известным способом анион-дефицитные растворы уранилнитрата готовят растворением оксидов урана ниже чем UO3 и выше чем UO2 в разбавленной азотной кислоте, количество которой определяют в расчете на получение в растворе молярного отношения нитрат-иона к урану, равного 1,5 (патент США №4051060, С01G 43/00, НКИ США 252/301.1R, опубл. 27.09.1977).The closest in technical essence to the proposed invention is a method comprising dissolving uranium oxides by contacting them with nitric acid and water and filtering. In accordance with the known method, anion-deficient solutions of uranyl nitrate are prepared by dissolving uranium oxides lower than UO 3 and higher than UO 2 in dilute nitric acid, the amount of which is calculated with the expectation of obtaining a molar ratio of nitrate ion to uranium equal to 1.5 ( US patent No. 4051060, C01G 43/00, NCI US 252 / 301.1R, publ. 09/27/1977).
Недостатком этого способа является невозможность получения метастабильного анион-дефицитного раствора с заданными характеристиками по молярному отношению нитрат-иона к урану и водородному показателю (pH). Так, например, при расчетном отношении нитрат-иона к урану, равном 1,5, полученные по этому способу растворы имеют разброс в пределах 1,4÷1,8, что значительно усложняет приготовление метастабильных растворов, так как для их приготовления требуются анион-дефицитные растворы со строго заданным значением концентрации урана и отношения к нему нитрат-иона при добавлении к нему уротропина. Кроме того, расчетное количество кислоты, которое берут на этапе растворения, оценивается приблизительно и не учитывает значение кислородного коэффициента растворяемого оксида урана.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining a metastable anion-deficient solution with predetermined characteristics in terms of the molar ratio of nitrate ion to uranium and pH (pH). So, for example, with a calculated ratio of nitrate ion to uranium equal to 1.5, the solutions obtained by this method have a range of 1.4 ÷ 1.8, which greatly complicates the preparation of metastable solutions, since their preparation requires anion scarce solutions with a strictly specified value of the concentration of uranium and the ratio of the nitrate ion to it when urotropine is added to it. In addition, the estimated amount of acid that is taken at the dissolution stage is estimated approximately and does not take into account the oxygen coefficient of the soluble uranium oxide.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение анион-дефицитных метастабильных растворов нитрата уранила с заданными характеристиками по концентрации урана, отношению к нему нитрат-иона (
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе приготовления анион-дефицитных растворов нитрата уранила, включающем растворение оксидов урана путем их контактирования с азотной кислотой и водой и фильтрование, согласно изобретению предварительно смешивают оксид урана с водой в соотношении жидкого к твердому 0,1÷0,15, а растворение осуществляют при постоянном перемешивании пульпы путем подачи в нее азотной кислоты, которую вводят по каплям при мольном отношении нитрат-иона к металлу в растворе 1,6÷4,95, при этом количество молей азотной кислоты на моль урана рассчитывают по формуле:The task and technical result are achieved by the fact that in the method of preparing anion-deficient solutions of uranyl nitrate, including dissolving uranium oxides by contacting them with nitric acid and water and filtering, according to the invention, uranium oxide is preliminarily mixed with water in a liquid to solid ratio of 0.1 ÷ 0.15, and the dissolution is carried out with constant stirring of the pulp by feeding in it nitric acid, which is introduced dropwise with a molar ratio of nitrate ion to metal in the solution of 1.6 ÷ 4.95, while lichestvo moles of nitric acid per mole of uranium calculated by the formula:
Nu - количество молей урана;N u is the number of moles of uranium;
Кo - кислородный коэффициент (O/U);To o is the oxygen coefficient (O / U);
К - мольное отношение нитрат-иона к урану,K is the molar ratio of nitrate ion to uranium,
после фильтрования полученный раствор сначала корректируют по плотности, а затем корректируют по водородному показателю при температуре не более 12°C путем добавления уротропина.after filtration, the resulting solution is first adjusted for density, and then adjusted for hydrogen at a temperature of not more than 12 ° C by adding urotropine.
Оптимальная скорость подачи азотной кислоты составляет 400÷500 мл/час.The optimal feed rate of nitric acid is 400 ÷ 500 ml / hour.
Растворение оксидов урана и фильтрацию раствора осуществляют при температуре 40÷75°C.The dissolution of uranium oxides and the filtration of the solution is carried out at a temperature of 40 ÷ 75 ° C.
Корректировку раствора по плотности осуществляют путем добавления воды по формуле:The density adjustment of the solution is carried out by adding water according to the formula:
γ - плотность раствора без добавления уротропина, г/см3.γ is the density of the solution without the addition of urotropine, g / cm 3 .
Корректировку pH полученного раствора проводят добавлением уротропина, который добавляют при температуре 5÷12°C, при этом количество молей уротропина (N) на моль урана определяют по формуле:The pH adjustment of the resulting solution is carried out by adding urotropin, which is added at a temperature of 5 ÷ 12 ° C, while the number of moles of urotropin (N) per mole of uranium is determined by the formula:
Nu - количество молей урана;N u is the number of moles of uranium;
pH* - водородный показатель раствора после растворения оксида урана и корректировки раствора по плотности добавлением воды.pH * is the pH of the solution after dissolving the uranium oxide and adjusting the density of the solution by adding water.
Оптимальный диапазон скорости подачи в пульпу азотной кислоты, который составляет 400÷500 мл/час обусловлен тем, что при большей скорости за счет большой экзотермичности реакции растворения оксида урана происходит локальный, неконтролируемый разогрев пульпы до температур 80-100°C, приводящий к частичному удалению азотной кислоты и воды, что в конечном итоге отрицательно сказывается на получении раствора с заданными характеристиками. Уменьшение скорости подачи менее 400 мл/час представляется нецелесообразным из-за снижения скорости растворения и увеличения продолжительности процесса растворения.The optimal range of the rate of nitric acid supply to the pulp, which is 400 ÷ 500 ml / h, is due to the fact that at a higher speed due to the large exothermicity of the uranium oxide dissolution reaction, a local, uncontrolled heating of the pulp to temperatures of 80-100 ° C occurs, leading to partial removal nitric acid and water, which ultimately negatively affects the receipt of a solution with specified characteristics. A decrease in the feed rate of less than 400 ml / h seems to be impractical due to a decrease in the dissolution rate and an increase in the duration of the dissolution process.
Диапазон дефицитного отношения нитрат-иона к урану в растворе (1,6÷1.95) обусловлен тем, что с увеличением дефицита азотной кислоты (
Оптимальный температурный диапазон растворения оксидов урана и фильтрации раствора, равный 40÷75°C, обусловлен тем, что с увеличением температуры выше 75°C происходит частичное удаление азотной кислоты и воды, а с уменьшением температуры ниже 40°C происходит кристаллизация образовавшегося нитрата уранила.The optimum temperature range for dissolving uranium oxides and filtering the solution, equal to 40 ÷ 75 ° C, is due to the fact that with an increase in temperature above 75 ° C, partial removal of nitric acid and water occurs, and with a decrease in temperature below 40 ° C, the formed uranyl nitrate crystallizes.
Растворение диоксида (UO2) и закиси-окиси (U3O8) урана протекает по следующим уравнениям:The dissolution of dioxide (UO 2 ) and nitrous oxide (U 3 O 8 ) of uranium proceeds according to the following equations:
Количество молей азотной кислоты на моль урана, которое берут для растворения оксидов урана, зависит от кислородного коэффициента оксида (O/U) и заданного мольного отношения нитрат-иона к урану. Это количество рассчитывают по формуле (1).The number of moles of nitric acid per mole of uranium, which is taken to dissolve the uranium oxides, depends on the oxygen coefficient of the oxide (O / U) and the given molar ratio of nitrate ion to uranium. This amount is calculated by the formula (1).
Диапазон отношения твердого (оксид урана) к жидкому (вода) в пульпе (Т:Ж), равный 0,1÷1,15, обусловлен тем, что снижение воды в пульпе (Т:Ж≤0,1) приводит к увеличению вязкости и ухудшению ее перемешивания, а увеличение воды в пульпе (Т:Ж≥0,15) приводит к ее разубоживанию и уменьшению скорости растворения.The range of the ratio of solid (uranium oxide) to liquid (water) in the pulp (T: G), equal to 0.1 ÷ 1.15, due to the fact that a decrease in water in the pulp (T: W≤0.1) leads to an increase in viscosity and the deterioration of its mixing, and an increase in water in the pulp (T: W≥0.15) leads to its dilution and a decrease in the rate of dissolution.
Предложенный авторами способ был опробован при приготовлении анион-дефицитных метастабильных растворов для импрегнирования урана в пористые графитовые заготовки.The method proposed by the authors was tested in the preparation of anion-deficient metastable solutions for the impregnation of uranium into porous graphite blanks.
Пример 1.Example 1
Для приготовления раствора нитрата уранила с отношением нитрат-иона к урану (
Пример 2.Example 2
Для приготовления раствора нитрата уранила с отношением
Пример 3.Example 3
Для приготовления раствора нитрата уранила с отношением
Пример 4.Example 4
Для приготовления раствора нитрата уранила с отношением
Технические преимущества предложенного авторами способа по сравнению с прототипом (патент США №4051060, C01G 43/00, НКИ США 252/301.1R, опубл. 27.09.1977) заключаются в получении метастабильного анион-дефицитного раствора с заданными характеристиками по плотности, молярному отношению нитрат-иона к урану и водородному показателю (pH). Кроме того, сокращается и упрощается технологический процесс приготовления раствора, т.к. исключается трудоемкая операция анализа раствора на содержание урана и нитрат-иона, получаемый раствор приобретает свойство метастабильности - устойчивости при определенной (не менее 12°C) температуре. Такой раствор можно использовать при импрегнировании урана в пористые, например графитовые, заготовки при получении уран-графитовых тепловыделяющих элементов.The technical advantages of the method proposed by the authors in comparison with the prototype (US patent No. 4051060, C01G 43/00, NCI US 252 / 301.1R, publ. 09/27/1977) consist in obtaining a metastable anion-deficient solution with predetermined characteristics in density, molar ratio of nitrate ion to uranium and pH (pH). In addition, the technological process of preparing the solution is reduced and simplified, because the laborious operation of analyzing the solution for the content of uranium and nitrate ion is excluded, the resulting solution acquires the property of metastability - stability at a certain temperature (at least 12 ° C). Such a solution can be used in the impregnation of uranium into porous, for example graphite, billets upon receipt of uranium-graphite fuel elements.
Claims (5)
n=Nu(2-0,7Ко+К),
где
Nu - количество молей урана;
Ко - кислородный коэффициент (O/U);
К - мольное отношение нитрат-иона к урану,
после фильтрования полученный раствор сначала корректируют по плотности, а затем корректируют по водородному показателю при температуре не более 12°C путем добавления уротропина.1. A method of preparing anion-deficient solutions of uranyl nitrate, including dissolving uranium oxides by contacting them with nitric acid and water and filtering, characterized in that the uranium oxide is mixed with water in a ratio of liquid to solid 0.1 ÷ 0.15, dissolution carried out by feeding into the pulp with stirring nitric acid, which is introduced dropwise at a molar ratio of nitrate ion to metal in a solution of 1.6 ÷ 1.95, while the number of moles of nitric acid per mole of uranium is calculated by the formula
n = N u (2-0.7K o + K),
Where
N u is the number of moles of uranium;
To about - oxygen coefficient (O / U);
K is the molar ratio of nitrate ion to uranium,
after filtration, the resulting solution is first adjusted for density, and then adjusted for hydrogen at a temperature of not more than 12 ° C by adding urotropine.
Cu=27(γ-0,5) мас.%,
где
γ - плотность раствора без добавления уротропина, г/см3.4. The method according to p. 1, characterized in that the solution is adjusted for density by adding water, while the concentration of uranium in the solution is adjusted to the required formula
Cu = 27 (γ-0.5) wt.%,
Where
γ is the density of the solution without the addition of urotropine, g / cm 3 .
N=1,5 Nu-0,35pH*,
где
Nu - количество молей урана;
pH* - водородный показатель раствора после растворения оксида урана и корректировки раствора по плотности добавлением воды. 5. The method according to p. 1, characterized in that urotropin is added at a temperature of 5 ÷ 12 ° C, while the number of moles of urotropin per mole of uranium is determined by the formula
N = 1.5 N u -0.35pH *,
Where
N u is the number of moles of uranium;
pH * is the pH of the solution after dissolving the uranium oxide and adjusting the density of the solution by adding water.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014141350/05A RU2568729C1 (en) | 2014-10-15 | 2014-10-15 | Method of preparing anion-deficient uranyl nitrate solutions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014141350/05A RU2568729C1 (en) | 2014-10-15 | 2014-10-15 | Method of preparing anion-deficient uranyl nitrate solutions |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2568729C1 true RU2568729C1 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=54598122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014141350/05A RU2568729C1 (en) | 2014-10-15 | 2014-10-15 | Method of preparing anion-deficient uranyl nitrate solutions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2568729C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3838062A (en) * | 1971-01-15 | 1974-09-24 | Reactor Centrum Nederland | Method for the preparation of concentrated anion-deficient salt solutions |
US4051060A (en) * | 1970-01-16 | 1977-09-27 | Reactor Centrum Nederland | Method for the preparation of concentrated nitrate-deficient salt solutions |
RU2446493C2 (en) * | 2009-08-31 | 2012-03-27 | Российская Федерация в лице Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" (госзаказчик) | Method of producing actinide nitrates |
RU2503732C1 (en) * | 2012-07-10 | 2014-01-10 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" | Method of processing natural-origin uranium-bearing ore |
-
2014
- 2014-10-15 RU RU2014141350/05A patent/RU2568729C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4051060A (en) * | 1970-01-16 | 1977-09-27 | Reactor Centrum Nederland | Method for the preparation of concentrated nitrate-deficient salt solutions |
US3838062A (en) * | 1971-01-15 | 1974-09-24 | Reactor Centrum Nederland | Method for the preparation of concentrated anion-deficient salt solutions |
RU2446493C2 (en) * | 2009-08-31 | 2012-03-27 | Российская Федерация в лице Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" (госзаказчик) | Method of producing actinide nitrates |
RU2503732C1 (en) * | 2012-07-10 | 2014-01-10 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" | Method of processing natural-origin uranium-bearing ore |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10252340B2 (en) | Method for preparing metal powder | |
DE4115172C2 (en) | Process for the preparation of powder from stabilized zirconium oxide and use of the process | |
JP2019511633A (en) | Preparation method in silver powder production using micro-nano bubble as seed crystal induction | |
CN102139869B (en) | Method for preparing spherical iron phosphate by combining sedimentation method and hydrothermal method | |
EP2160358A1 (en) | Method for the production of spherical combustible or fertile material particles | |
CN103466701A (en) | Method for preparing bismuth trioxide nanowires by using solid-phase chemical reaction | |
CN104003715A (en) | ZrC-ZrO2 composite ceramic microsphere and preparation method thereof | |
CN104419378A (en) | Fluorine doping method of cerium-based rare earth polishing powder | |
CN106513706B (en) | A kind of preparation method for being used for Nano Silver nucleus in ball shape silver powder production technology | |
RU2568729C1 (en) | Method of preparing anion-deficient uranyl nitrate solutions | |
CN104517663A (en) | Method for removing nitric acid and nitrates from high-level radioactive liquid waste | |
CN102633291B (en) | Preparation method for basic copper nitrate | |
CN106732534B (en) | A kind of infrared ray excited bismuth tungstate photocatalyst and preparation method thereof | |
EP3842144A1 (en) | Method of producing ammoxidation catalyst and method of producing acrylonitrile | |
RU2015157473A (en) | METHOD FOR PRODUCING MIXED URANIUM AND PLUTONIUM OXIDES | |
RU2494479C1 (en) | Method for obtaining solid solutions of oxides of actinides | |
EP2316794A2 (en) | A process for the preparation of uranium dioxide with spherical and irregular grains | |
RU2626763C1 (en) | Method of dissolving voloxidated irradiated nuclear fuel | |
JP2023552605A (en) | RDX flow synthesis | |
EP3245194A1 (en) | Facile method for preparation of sodium 5-nitrotetrazolate using a flow system | |
CN105236484A (en) | Preparation method of ammonium polyvanadate | |
US8795623B2 (en) | Method for preparing cerium carbonate | |
CN104557693B (en) | A kind of synthetic method of 3,5-Dimethyl-4-nitropyridine-N-oxide | |
US4184976A (en) | Method of making metallic oxide or carbide particles | |
CN110482619A (en) | A kind of synthetic method of platinum nitrate solution |