SE427105B - Sett att atervinna och ateranvenda ammoniak och koldioxid i en anleggning for framstellning av kernreaktorbrensle ur uranhexafluorid - Google Patents

Description

15 20 25 55 8100381-6 tillvarataga lösningens innehåll av karbonat- och ammoniumjoner genom att driva av dem i form av koldioxid och ammoniak. Man har också föreslagit att de avdrivna gaserna skall användas vid den inledningsvis beskrivna utfäll- ningen av ammonimnuranjrlkarbonat ur uranhexafluorid. Koldioxiden och ammo- niaken behöver då separeras och lagras var för sig i vätskeform, vilket krä- ver en komplicerad behandling och komplicerad utrustning, såsom högtrycks- kolonner, kompressorer och kylmaskiner. Vid lagringen uppstår också korro- sionsproblem, som är svåra att bemästra praktiskt. Korrosionsprcblemen vid lagring av ammoniak uppträder om ammoniaken inte blir helt fri från kol- I dioxid och vid lagring av koldioxid om koldioxiden inte blir helt fri från vatten och syre.

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att på ett i avsevärt enklare sätt återvinna och återanvända ammoniak och koldioxid från en lösning som på ovan beskrivet sätt behandlats med kalciumkarbonat. Sättet kräver ingen komplicerad utrustning och medför inga korrosionsproblem vid lagring. Det är därför driftsäkert och lätt att övervaka. Enligt uppfin- ningen åstadkommas ett sådant resultat genom att ammoniak och koldioxid .drives av från lösningen som gaser och de avdrivna gaserna tillsammans löses under bildning av en vattenlösning som innehåller minst 15 viktprocent ammoniumjoner, rälmat som NHE, och minst 20 viktprocentkarbonatjoner, räknat som C02, samt att den bildade lösningen användes för reaktionen med uran- hexafluorid för bildning av ammoniumurazzylkarbonat i anläggningen. Den av de avdrivrla gaserna bildade lösningen kan innehålla ammoniumjoner och karbonatjoner i sådana mängder att lösningen är mättad med avseende på. dessa joner.

Vid avdrivningen av ammoniak och koldioxid ur den efter behandlingen med karbonatet erhållna lösningen värmes lösningen. Dessa avdrivna gaser löses sedan företrädesvis i en redan framställd lösning innehållande ammonium- joner och karbonatjoner. Ett sådant förfarande underlättar åstadkommandet av en lösning med lämplig koncentration av ammoniumjoner och karbonatjoner.

Genom att tillföra en del av erforderlig ängd ammoniak till reaktionskärlet med uranhexafluørid i form av gas kan man på ett fördelaktigt sätt åatafi. komma en för utfällningsrealctionen gynnsam temperaturhöjning hos reaktions- blandningen. I gasform tillförd ammoniak utgör därvid lämpligen 10-40 procent °°h företrädesvis 15-55 procent av sanmanlagd mängd annnoniak i gasform och som ammoniumjoner, räknat som N33, i lösningen. 10 15 20 25 30 35 8100381-6 Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen användes lösningen inne- hållande ammoniuwnjoner och karbonatjoner för att tvätta fällningen av ammo- niumzrarxyllcarbonat. Lösningens användning för detta ändamål har visat sig möjliggöra. en effektiv borttvättning av fluorider ur fällningen utan att någon upplösning av fällningen själv förekommer.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 schematiskt visar en anläggning för framställning av urandioxid ur uranhexafluorid, i vilken sättet enligt uppfinningen att återvinna och återanvända ammoniak och koldioxid användes, och fig 2 visar en del av anläggningen enligt fig 1 mera i detalj.

I anordningen enligt fig 1 ingår ett reaktionskärl 10 för utfällning av ammonimuurazayllcarbonat. Reaktionskärlet tillföras via ledningen 11b 250 liter vatten innehållande 10 kg ammoniumjoner, räknat som IT53, 10 kg karbonatjoner, räknat som C02, och en del andra beståndsdelar såsom fram- går av den följande texten, samt via ledningen 70 180 liter vatten. Där- efter tillföres reaktionskärlet 'under samtidig dosering 350 kg uranhexa- fluorid via en ledning 12, 800 liter av en vattenlösning innehållande 22 viktprocent ammoniumjoner, rälcnat som N33, och 25 viktprocent karbonat- joner, rälcnat som C02, via en ledning 15 samt 75 kg gasformig m3 via en ledning 14. Utfällningen sker vid en temperatur av 60-65°C och under en tid av 2 timmar. Efter avslutad tillförsel av de 'nämnda produkterna till- föres reaktionskärlet via en ledning 15b 250 liter av en vattenlösning innehållande 40 kg ammoniumjoner, räknat som Nfls, och 57 kg karbonatjoner, räieaat som C02, samt hålles temperaturen vid ovan nämnda värde under 0,3 timmar. Därefter kyls reaktionsblandningen till rumstemperatur.

Realctionsblandnizzgen överföras därefter från kärlet 10 till ett filter 16, där fällningen av ammoniumuraxuylkarbonatet filtreras av. Fällningen tvättas först med vatten innehållande ammoniuxnjoner och karbonatjoner från ledningen 11a, varvid främst ammoniumfluorid tvättas bort och en mindre upplösning av ammoniumurazxylkarbonatet äger rum. Tvättvattnet ledas via ledningen 11'b till reaktionskëtclet 10 för att användas på tidigare 'beskrivet sätt. Där- efter tvättas fällningen med en lösning från ledningen 15a, som är av samma slag som lösningen i ledningen 15. Därvid tvättas ytterligare ammonium- fluoríd 'bort ur fällningen. Detta sker under försumbar upplösning av ammo- niumxirazzyllcarhonatet. (Fällningen tvättas dessutom med metanol.) Tvätt- vätskan från ledningen 15a ledes via ledningen 15b till reaktionskärlet 10 för användning på. tidigare beskrivet sätt. 10 15 20 25 30 35 8100381-6 Efter torkning överföras fällningen från filtret 16 till en virvelbäddugxx 17, där den på känt sätt överföres i urandioxid. Vid denna omsättning avges 67 kg NH5 och 130 kg C02 som avgår som gaser via ledningen 18 till en gas- tvättanläggaing 19. Gaserna löses i vatten, som tillföres via en ledning 20 med en sprayanordning. Även förlustgaser, främst ammoniak, från reak- tionskêïlet ledes via en ledning 21 till anläggningen 19, som är försedd med ett avlopp 22 för gaser som inte löses i anläggningen. Den bildade lösningen, som innehåller 4 viktprocent axnmoniumjoner, rälmat som m5, och 4 viktprocent karbonatjoner, rälmat som C02, uppsamlas via en ledning 23 i en förrådstazzk 24. En del av lösningen ledes via ledningarna 25 och 11a. till filtret och användes på tidigare beskrivet sätt. En annan del ledes via ledningen 25 genom ett filter 26 för avskiljning av eventuellt förekommande fasta partiklar, såsom partiklar av urandioxid, till en tank 27.

Det filtrat som passerar filtret 16 uppsamlas via en ledning 28 i en tank 29 och lades därifrån via en ledning 30 till en avdrivare 31 för koldioxid.

Den avdrivzma gasen, innehållande NH5 och C02, ledes via en ledning 32 till en återvinningsanläggning 33. Från avdrivaren ledes lösningen via en led- ning 34 till en anordning 35 för utfällning av uran med väteperoxid. Lös- ningen, vars uranhalt reduceras från 300 ppm till mindre än 5 ppm i anord- ningen 35, lades via ledningen 36 till en behållare 37 innehållande en bädd av korn av kalciumkarbonat eller annat jordallcalikarbonat. I denna reagerar lösningens fluoridjoner under bildning av kaleiumfluorid, som kvarhålles i behållaren. Därvid sänks lösningens halt av fluor från omkring 50-100 g/l till ombting 1 g/l. Samtidigt tillföras lösningen karbonatjoner i en mängd som stbkiometriskt motsvarar den till reaktionskärlet 10 tillförda mängden fluor i uranhexafluoriden, dvs 3 mol C02 frigöras i form av karbonat per mol till reaktionskärlet 10 tillförd mängd. uran. Lösningen går via en led- ning 38 till den tidigare nämnda tanken 27, som tjänstgör som förrådstaxzl; för lösningfar innehållande ammoníumjoner och karbonatjoner. Från denna tank ledas lösningen via en ledning 39 till återvinningsanläggxingen 351, som beskrivas i fig 2.

Lösningen i ledningen 59 (fig 2) innehåller 3-10 viktprooent ammoniumjoner, räknat som NES, 3,542 viktprocent karbonatjoner, räknat som C02, och olika föroreningar såsom kalcium-, kisel-, mangan- och aluminiumföreningar från kalciumkarbonatet i behållaren 37 (fig 1). Lösningen värmas i en värme- väaclare 4.1 innan den ledas in i övre delen av en kolonn 42. vätskan värmas till en temperatur av minst 90°C, företrädesvis till 95-100°C, på indirekt 10 15 20 25 50 35 8100381-6 väg med ånga i anordningen 75 i kolonnens botten. I kolonnen avgår ammoniak och koldioxid tillsammans som gaser samt vattenånga. Gasema passerar en ovanför den första kolonnen belägen amzan kolonn 43, där den möter en lös- ning, som tillföras via ledningen 44 och som innehåller 22 viktprocent axmnoniumjoner, rälcnat som NH? och 25 viktprocent karbonatjoner, räknat som C02. Sistnänmda lösning avger därvid ammoniak och koldioxid som gaser.

Kolonnen 45 hållas vid en temperatur av minst 8000, företrädesvis vid 85-92°C. Lösningen som lämnar bottnen på kolonnen 42 via en ledning 45 innehåller alla via ledningen 59 inkommande föroreningar, restfluor från behållaren 57 samt därtill stökiometrisk mängd ammoniumjoner. Lösningen är i övrigt fri från karbonatjoner och ammonimnjoner. Lösningen ledes med pumpen 46 genom värmeväxlaren 41 för uppvärmning av lösningen i ledningen 39 till ett avlopp, eventuellt efter att ha under-kastats ytterligare en rening för att sänka fluorhalten. (ledningen 45 är även utmärkt i fig 1.) Ammoniaken och koldioxiden går från toppen av kolonnen 45 via en ledning 47 till nedre delen av en kolonn 48. Ledningen 52 (även i fig 1) är ansluten till ledningen 47. Gasen i ledningen 52 innehåller 15-50 viktprooent ammo- niumjoner, räknat som NH5, och 14-28 viktprocent karbonatjoner, räknat som 002. I övre delen av kolonnen 48 ledes en vattenlösning in från en ledning 49 och strilas ner över kolonnens fyllkroppar. Denna lösning, som lcyls i en kylare 50, innehåller något lägre koncentrationer ammonium- och karbonat- joner än den färdiga lösningen i kolonnens 48- bottendel, eftersom lösning med lägre koncentration tillföras från kolonnen 56 via ledningen 49. Lös- ningen tar i kolonnen 48 upp den i dess botten inledde. 'blandningen av ammoniak och koldioxid och ger den i återvinningsanläggxaingen återvunna färdiga produkten i form av en vattenlösning innehållande 22 viktprocent ammoniumjoner, rälmat som N53, och 25 viktprocent karbonatjoner, räknat som C02. Den färdiga produkten ledes ut via ledningen 51 med pumpen 52 och uppsamlas i en förrådstëmlš 53 (fig 1). En del av den färdiga produkten ledes som tidigare nämnts via ledningen 44 till övre delen av kolonnen 45.

Huwzudflödet från pumpen 52 går via ledningen 54 till ledningen 49 med vämeväxlaren 50 och tillbaka till kolonnen 48.

Små mängder ammoniak och koldioxid avgår från toppen av kolonnen 48 och ledes via en ledning 55 in i nedre delen av en kolonn 56. över denna kolonn är en annan kolonn 57 anordnad. I övre delen av denna ledes kallt avjoniserat vatten in via en ledning 58, som löser eventuell ammoniak och koldioxid, som passerat kolonnen 56. Vattnet rinner ned i kolonnen 56. Överskottet av lösningen i bottnen av denna kolonn ledes via ledningen

Claims (4)

s ß i 10 8100381-6 49 med pumpen 59 till övre delen av kolonnen 48 medan huvuddelen återföres via en ledning 60 med en kylare 61 till övre delen av kolonnen 56, där den strilas ner över kolonnens fyllkroppar. I övre' delen av kolonnen 57 finns * ett avlopp 72 (fig 2) för gas, som är praktiskt taget fri från ammoniak och koldioxid. Samtliga kolonner 42, 45, 48, 56 och 57 har fyllkroppar av rostfritt stål. Siffrorna 62-69 betecknar ventiler. Ventilerna. 66, 68 och 69 regleras automatiskt och håller konstant nivå. i bottnen på kolonnerna 56, 48 resp 42. Förluster av koldioxid i anläggningen kan kompenseras genom tillförsel av koldioxid vie en ledning 71 nu reartionskärlet 1o (fig 1). Det är också möjligt att utföra processen så. att en del av den för reaktionen med uran- hexafluoriden erforderliga mängden koldioxid tillföres som gas via led- ningen 71. PATENTKRAV

1. Sätt att återvinna och återanvända ammoniak och koldioxid i en anlägg- ning för framställning av kärnrealctorbränsle, i vilken en lösning, som er- hålles efter avfiltrering av en ur uranhexafluorid, ammoniak och koldioxid erhåller. fällning av ammonimnuranylkarbonat, behandlas med kalciumkarbonat eller annat jordalkalikarbonat för utfällning av i lösningen förekommande fluorider, samt ammoniak och koldioxid avdrives som gaser ur den efter behandlingen med karbonatet erhållna lösningen och användes för reaktion med uranhexafluorid, k ä. n n e t e c k n a t därav, att avdrivzua gaser av ammoniak och koldioxid löses tillsammans under bildning av en vatten- lösning, sominnehåller minst 15 víktprocent ammoniumjoner, räknat som , och minst 20 viktprocent karbonatjoner, räknat som 002,' samt att den så bildade lösningen användes för reaktion med uranhexafluoríd för bildning av auxmoniumuenylkarbonat i anläggningen.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att upplös- ningen av avdrivna gaser av ammoniak och koldioxid ur den efter behandlingen med karbonatet erhållna lösningen, utföres under användning av lösning av redan av dessa gaser i anläggningen framställd lösning innehållande ammo- niumjoner och karbonatjoner. u -, :\,\ 0-. - 8100381-6

3. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, k ä. n n e t e c k n a t därav, att förutom lösningen innehållande ammoniumjoner och karbonatjoner användes för reaktion med uranhexafluoricl gasformig ammoniak i. en mängå av 10-40 procent av sammanlagd mängd annnoniak i gasform och som anmonimnjoner, räknat som N35, i lösningen.

4. Sätt enligt något av patentkraven 1-5, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att lösningen innehållande ammoniumjoner och karbonatjoner användes för att tvätta fällningen av anmoníumuranylkarbona. .