RU2766610C1 - Способ удаления оксидов редкоземельных элементов при переплавке металлического урана - Google Patents

Способ удаления оксидов редкоземельных элементов при переплавке металлического урана Download PDF

Info

Publication number
RU2766610C1
RU2766610C1 RU2020128688A RU2020128688A RU2766610C1 RU 2766610 C1 RU2766610 C1 RU 2766610C1 RU 2020128688 A RU2020128688 A RU 2020128688A RU 2020128688 A RU2020128688 A RU 2020128688A RU 2766610 C1 RU2766610 C1 RU 2766610C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rare earth
earth elements
melt
oxides
metal uranium
Prior art date
Application number
RU2020128688A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Анатольевич Волкович
Андрей Валериевич Щетинский
Александр Александрович Рыжов
Александр Болеславович Иванов
Андрей Салаватович Мухамадеев
Антон Игоревич Петров
Original Assignee
Акционерное общество "Прорыв"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Прорыв" filed Critical Акционерное общество "Прорыв"
Priority to RU2020128688A priority Critical patent/RU2766610C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2766610C1 publication Critical patent/RU2766610C1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
    • C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области переработки облученного ядерного топлива, в частности пироэлектрохимической технологии переработки облученного ядерного топлива, на стадии переплава металлического урана. Предложен способ переплава металлического урана, содержащего примеси оксидов редкоземельных элементов, в котором в расплав металлического урана, содержащий примеси оксидов редкоземельных элементов, добавляют солевой флюс, выдерживают при температуре от 1200 до 1400°С в течение 3-4 часов до полного растворения оксидов редкоземельных элементов во флюсе, после чего осуществляют отделение солевой фазы от расплава металлического урана путём декантации. В качестве солевого флюса используют эквимольную смесь фторидов кальция и бария CaF2-BaF2 50-50 мол.% или смесь хлорида и фторида кальция CaCl2-CaF2 25-75 мол.%. Изобретение обеспечивает высокую степень очистки металлического урана от редкоземельных элементов за счет уменьшения содержания оксидов редкоземельных элементов в расплаве металлического урана, поступающего на электрорафинирование. 2 табл., 2 пр.

Description

Настоящее изобретение относится к области создания неводных методов переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ), наиболее перспективными из которых являются пироэлектрохимические процессы, проводимые в расплавленных смесях галоидных солей. После операции восстановления оксидов урана, плутония и некоторых ПД и минорных актинидов до металлического состояния технологическая схема предусматривает переплав металла с целью его компактизации для последующего изготовления анодов для операции электрорафинирования.
Анализ уровня техники в данной области свидетельствует о возможности применения разных солевых составов флюсов в процессе переплава урана. В частности, подтверждена возможность увеличения выхода урана в слиток и снижения содержания неметаллических примесей, главным образом кислорода, в уране при плавке под флюсом при температуре 1200°С. (Lewis Jr. P.S., Agee W.A., Bullock IV J.S., Condon J.B. «Process for electroslag refining of uranium and uranium alloys», US Patent 3895935, 22.07.1975). При переплаве добавляются щёлочноземельные металлы к галогенидным флюсам состава CaF2+Самет. Добавка кальция к флюсу составляет 4-8 %. Существенный недостаток данного метода состоит в том, что присутствие металлического кальция может привести к восстановлению оксидов редкоземельных металлов до металлов при рабочих температурах.
Проблема, решаемая изобретением, заключается в выборе солевого флюса, позволяющего в результате переплава в течение 3-4 часов получать слитки урана более высокого качества, а также проводить очистку от оксидов редкоземельных металлов, которые в процессе плавки будут растворяться в солевом флюсе (шлаке).
Указанная проблема решается тем что, в процессе пирохимической переработки отработавшего ядерного топлива используется способ удаления оксидов редкоземельных элементов при переплавке металлического урана, характеризующийся тем, в расплав металлического урана, содержащий примеси оксидов редкоземельных элементов, добавляют солевой флюс, выдерживают при температуре от 1200 до 1400 градусов цельсия в течение 3-4 часов до полного растворения оксидов редкоземельных элементов во флюсе, после чего осуществляют отделение солевой фазы от расплава металлического урана путём декантации.
При этом в качестве солевого флюса могут использовать эквимольную смесь фторидов кальция и бария CaF2-BaF2 (50-50 мол. %), а также смесь хлорида и фторида кальция CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %).
В заявленном способе оксиды редкоземельных элементов из объёма расплавленного урана выделяются на поверхность и контактируют с жидким расплавом фторидного или фторидно-хлоридного флюса, при этом переходят в объём флюса с образованием фтористых соединений (фторидов и оксифторидов) редкоземельных элементов, а флюс отделяется от расплава декантацией.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение содержания примесей, таких как оксиды редкоземельных элементов, в расплаве металлического урана, поступающего на электрорафинирование.
Пример 1.
Взят металлический уран, добавлен оксид неодима, обладающий максимальным выходом среди всех редкоземельных продуктов деления, и добавлен флюс состава CaF2-BaF2 (50 мол. %). Температуру переплава варьировали от 1200 до 1400°С. При этом отмечено, что по мере увеличения температуры растёт растворимость оксида неодима в солевом флюсе. Также отмечено, что добавление оксида неодима приводит к снижению температуры плавления для системы CaF2-BaF2 (50-50 мол. %) на 4,5°С. В таблице 1 приведены результаты проведенных экспериментов по определению растворимости оксида неодима в расплаве CaF2-BaF2 (50-50 мол. %) при разных температурах. Растворимость оксидов редкоземельных металлов в расплаве CaF2-BaF2 (50-50 мол. %) при 1200-1400°С составляет 10-30 г/кг соли.
Для исследованной системы получено уравнение температурной зависимости концентрации неодима (в мольных %) в насыщенном расплаве от обратной абсолютной температуры (К-1) в температурном диапазоне 1373-1673 К:
lg[Nd] = 3,1009 - 4640/T (1)
Таблица 1. Результаты экспериментов по определению растворимости оксида неодима в расплаве на основе CaF2-BaF2 (50 мол. %)
расплав (мол. %) Т, °С Концентрация в насыщенном расплаве
Nd, мас. % Nd2O3, мас. %
CaF2-BaF2
(50-50)		 1200 0,87 1,01
1300 1,69 1,97
1400 2,47 2,88
Пример 2.
Взят металлический уран, добавлен оксид неодима, обладающий максимальным выходом среди всех редкоземельных продуктов деления, и добавлен флюс состава CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %). Температуру переплава варьировали от 1200 до 1400°С. При этом отмечено, что по мере увеличения температуры растёт растворимость оксида неодима в солевом флюсе. Отмечено, что добавление оксида неодима приводит к снижению температуры плавления для системы CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %) на 134,11°С. В таблице 2 приведены результаты проведенных экспериментов по определению растворимости оксида неодима в расплаве CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %) при разных температурах.
Для исследованной системы получено уравнение температурной зависимости концентрации неодима (в мольных %) в насыщенном расплаве от обратной абсолютной температуры (К-1) в температурном диапазоне 1373-1673 К:
lg[Nd] = 6,5968 - 9651/T (2)
Таблица 2. Результаты экспериментов по определению растворимости оксида неодима в расплаве на основе CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %)
расплав
(мол. %)		 Т, °С Концентрация в насыщенном расплаве
Nd, мас. % Nd2O3, мас. %
CaCl2-CaF2
(25-75)		 1200 2,70 3,15
1300 5,57 4,50
1400 8,36 9,75
Для оценки растворимости диоксида урана в хлоридно-фторидном расплаве была проведена выдержка расплава CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %) в контакте с UO2 при 1094°С. Анализ солевой фазы после четырёхчасовой выдержки показал, что содержание урана в расплаве составляло 0,021±0,003 мас. %, что соответствует содержанию диоксида урана
0,023±0,003 мас. % или растворимости UO2 0,023 г/кг расплава. Таким образом, диоксид урана имеет низкую растворимость в расплаве на основе смеси CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %).
Растворимость оксидов редкоземельных металлов в расплаве CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %) при 1200-1400°С составляет 30-100 г/кг соли.
Таким образом, как видно из приведенных примеров, существует принципиальная возможность удаления оксидов редкоземельных элементов путём добавления флюсов состава CaF2-BaF2 (50-50 мол. %) и CaCl2-CaF2 (25-75 мол. %) при переплавке металлического урана, тем самым обеспечивая высокую степень очистки металлического урана от редкоземельных элементов. Полученный флюс, содержащий фторидные соединения редкоземельных металлов, отделяется от расплава жидкого урана путём декантации.

Claims (1)

  1. Способ переплава металлического урана, содержащего примеси оксидов редкоземельных элементов, характеризующийся тем, что в расплав металлического урана, содержащий примеси оксидов редкоземельных элементов, добавляют солевой флюс, выдерживают при температуре от 1200 до 1400°С в течение 3-4 часов до полного растворения оксидов редкоземельных элементов во флюсе, после чего осуществляют отделение солевой фазы от расплава металлического урана путём декантации, причем в качестве солевого флюса используют эквимольную смесь фторидов кальция и бария CaF2-BaF2 50-50 мол.% или смесь хлорида и фторида кальция CaCl2-CaF2 25-75 мол.%.
RU2020128688A 2020-08-29 2020-08-29 Способ удаления оксидов редкоземельных элементов при переплавке металлического урана RU2766610C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128688A RU2766610C1 (ru) 2020-08-29 2020-08-29 Способ удаления оксидов редкоземельных элементов при переплавке металлического урана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128688A RU2766610C1 (ru) 2020-08-29 2020-08-29 Способ удаления оксидов редкоземельных элементов при переплавке металлического урана

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766610C1 true RU2766610C1 (ru) 2022-03-15

Family

ID=80736553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128688A RU2766610C1 (ru) 2020-08-29 2020-08-29 Способ удаления оксидов редкоземельных элементов при переплавке металлического урана

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766610C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3895935A (en) * 1974-12-16 1975-07-22 Us Energy Process for electroslag refining of uranium and uranium alloys
SU871221A1 (ru) * 1980-06-05 1981-10-07 Предприятие П/Я Р-6575 Способ переработки отходов фторировани дерного топлива
US4591382A (en) * 1980-03-22 1986-05-27 Elliott Guy R B Process and apparatus for recovering and purifying uranium scrap
US4636250A (en) * 1985-03-15 1987-01-13 Elliott Guy R B Recovery of uranium alloy
RU2122250C1 (ru) * 1994-11-15 1998-11-20 Товарищество с ограниченной ответственностью Инновационно-технологический центр "ЭЛЛОЙ" Способ обработки содержащих радионуклиды урана и тория металлических материалов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3895935A (en) * 1974-12-16 1975-07-22 Us Energy Process for electroslag refining of uranium and uranium alloys
US4591382A (en) * 1980-03-22 1986-05-27 Elliott Guy R B Process and apparatus for recovering and purifying uranium scrap
SU871221A1 (ru) * 1980-06-05 1981-10-07 Предприятие П/Я Р-6575 Способ переработки отходов фторировани дерного топлива
US4636250A (en) * 1985-03-15 1987-01-13 Elliott Guy R B Recovery of uranium alloy
RU2122250C1 (ru) * 1994-11-15 1998-11-20 Товарищество с ограниченной ответственностью Инновационно-технологический центр "ЭЛЛОЙ" Способ обработки содержащих радионуклиды урана и тория металлических материалов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5160554B2 (ja) 高純度イッテルビウム、高純度イッテルビウムからなるスパッタリングターゲット、高純度イッテルビウムを含有する薄膜及び高純度イッテルビウムの製造方法
JP5445725B1 (ja) Ａｌ−Ｓｃ合金の製造方法
CN108138343B (zh) 利用电解还原和电解精炼工序的金属精炼方法
JP5094031B2 (ja) スカンジウム含有合金の製造方法
EP2454390B1 (fr) Procede d'extraction d'au moins un element chimique d'un milieu sel fondu
KR101878652B1 (ko) 전해환원 및 전해정련 일관공정에 의한 금속 정련 방법
RU2766610C1 (ru) Способ удаления оксидов редкоземельных элементов при переплавке металлического урана
JP2000284090A (ja) 使用済み核燃料の再処理方法
JP5017069B2 (ja) 使用済燃料の再処理方法
JP2016180184A (ja) 高純度マンガン
US3781404A (en) Americium recovery from reduction residues
Leary et al. Pyrometallurgical purification of Plutonium reactor fuels
Moser et al. Review of major plutonium pyrochemical technology
JP2019026871A (ja) 希土類フッ化物の製造方法
US4528032A (en) Lithium purification technique
RU2521035C2 (ru) Способ регенерации вторичной платины с радиоактивным заражением плутонием
RU2079909C1 (ru) Способ пирохимической регенерации ядерного топлива
Lee et al. Concentrations of CsCl and SrCl2 from a simulated LiCl salt waste generated by pyroprocessing by using czochralski method
JP2005315790A (ja) 使用済み酸化物燃料の再処理方法
KR101597900B1 (ko) 사용후핵연료 폐 피복관 처리방법
Xiao et al. New routes for the production of reactor grade zirconium
SU871221A1 (ru) Способ переработки отходов фторировани дерного топлива
JPH05188186A (ja) 使用済核燃料からの劣化ウランの分離回収方法
Navratil Plutonium and americium processing chemistry and technology
RU2171306C1 (ru) Способ переработки плутония