WO2022119472A1 - Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила - Google Patents

Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила Download PDF

Info

Publication number
WO2022119472A1
WO2022119472A1 PCT/RU2020/000774 RU2020000774W WO2022119472A1 WO 2022119472 A1 WO2022119472 A1 WO 2022119472A1 RU 2020000774 W RU2020000774 W RU 2020000774W WO 2022119472 A1 WO2022119472 A1 WO 2022119472A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
uranyl nitrate
crystallization
washing
crystals
nitrate hexahydrate
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000774
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Иванович ВОЛК
Владимир Александрович КАЩЕЕВ
Татьяна Александровна БОЙЦОВА
Original Assignee
Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
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 "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" filed Critical Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
Priority to CN202080106915.4A priority Critical patent/CN116457482A/zh
Publication of WO2022119472A1 publication Critical patent/WO2022119472A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • 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

Definitions

  • the invention relates to heat and mass transfer processes in systems with liquid and solid phases and can be used in hydrometallurgical technologies of the nuclear fuel cycle at the stages of refining natural or regenerated uranium.
  • the process is implemented in a U-shaped tubular apparatus, in one side of which the feed flow is received, HPU crystallization and washing of the crystals, in the lower part - the crystals are melted, the resulting melt under the action of hydrostatic pressure enters the second side of the apparatus and is then removed by gravity from process.
  • the central (lower) part of the apparatus is connected to a pulse chamber, which provides a pulsating mode that intensifies all processes occurring in the apparatus.
  • a known method (RF patent No. 2528399 G21C 19/00) crystallization isolation and purification of uranyl nitrate hexahydrate, including continuous crystallization of uranyl nitrate hexahydrate from a concentrated uranyl nitrate solution, separation of crystals of uranyl nitrate hexahydrate and mother liquor, countercurrent washing of uranyl nitrate hexahydrate crystals with a washing solution , the withdrawal of the mother liquor and the spent washing solution, the collection and unloading of the washed crystals of uranyl nitrate hexahydrate, while the compositions supplied to the process of concentrated uranyl nitrate nitric acid solution and the washing solution are maintained in accordance with the ratio k[N Oz], where [UO 2 (NO3) 2 ] and [HNO3] are the concentrations of uranyl nitrate and nitric acid in the liquid phase, wt.%; 78.
  • Crystallization and washing of crystals of uranyl nitrate hexahydrate is carried out along one working line with equal values of the coefficient k for each operation.
  • the temperature of the isothermal zone for the completion of the process of crystallization of uranyl nitrate hexahydrate and the transition of crystals to the washing zone is maintained not higher than 10°C.
  • the method also provides for separate withdrawal of the mother liquor and spent washing solution, as well as drainage of the collection tank.
  • a device for crystallization isolation and purification of uranyl nitrate hexahydrate contains a vertical crystallizer and a column of countercurrent washing of crystals, equipped with a paddle mixer, fittings for inputting the feed stream and additional washing flow and outputting the mother and spent washing solution and sectioned thermostatic jackets for cooling, while the crystallizer and the washing column are made in the form of a single pipe, to the lower part of which a multi-position full-bore valve is attached, which in turn connects the pipe with containers-collectors of washed crystals of uranyl nitrate hexahydrate, in an amount of at least two, each of which is equipped with a two-position full-bore valve for unloading the washed uranyl hexahydrate crystals uranyl nitrate, a heated drain fitting and thermostatic jackets for heating the shell, vertical surfaces of the structural elements of the collection tank and a two-position full bore th crane.
  • the necessary condition is to carry out the processes of crystallization and washing of crystals along a single working line.
  • the fulfillment of this condition together with the condition of isothermal completion of crystallization and the entry of crystals into the washing column, ensures the alignment of the compositions, and hence the densities of the mother and spent washing solutions, which prevents contamination of the washing column with the mother liquor.
  • Washing crystals GNU according to the prototype method is carried out under polythermal conditions, the beginning of washing at the temperature of crystallization, completion at elevated temperatures, up to ambient temperature.
  • This washing regime is intended to maintain a high operational yield of uranium into the crystalline phase (low temperature zone) and to provide the necessary washing of crystals (high temperature zone).
  • undesirable refluxing of uranium from the liquid phase into the crystalline phase occurs: when the wash solution moves upwards in the wash column, the temperature of the wash solution decreases, the uranium content in the wash solution decreases, and HHC crystallizes on the washed crystals with the dirty surface blocked by a layer of “frozen” crystalline product. .
  • the conditions for achieving a high operational yield of the product and a high purification of the product are interdependent and jointly difficult to implement.
  • the objective of the present invention is to implement a method for the crystallization isolation and purification of uranyl nitrate hexahydrate using a washing solution (solutions) with an independent composition, i.e. not connected by the condition of a single working line, from the composition of the feed stream and with technologically unrelated operations, ensuring the completeness of crystallization of uranyl nitrate hexahydrate and purification of the crystalline product, as well as hardware implementation of the method.
  • the technical result which the claimed method and device are aimed at, consists in simplifying the technological process and in achieving high and mutually independent performance in terms of operational yield and product purification.
  • the method of crystallization isolation and purification of uranyl nitrate hexahydrate includes crystallization of uranyl nitrate hexahydrate from a concentrated nitric acid solution of uranyl nitrate, a feed stream with a composition corresponding to the ratio HNO3] - concentrations of uranyl nitrate and nitric acid, wt.%; where 78.49 is the concentration of uranyl nitrate in crystalline uranyl nitrate hexahydrate, wt.%; k - coefficient determining the position of the working line of the crystallization process and having a numerical value from 1.50 to 2.24, preferably from 1.57 to 1.80, separation of crystals of uranyl nitrate hexahydrate and mother liquor, countercurrent washing of crystals, collection of crystals of nitrate hexahydrate uranyl into a collection container with simultaneous displacement of the wash solution from the tank
  • crystallization and washing of crystals obtained from the feed stream and additional crystallization is carried out at a temperature not lower than 20°C.
  • additional crystallization is carried out at a temperature not exceeding 5 °C.
  • a device for crystallization separation and purification of uranyl nitrate hexahydrate contains a vertical crystallizer and a column of countercurrent washing of crystals, made in the form a single pipe equipped with a paddle agitator, fittings for input and output of process streams, sectioned thermostatic jackets and a multi-position full-bore valve that alternately connects the mold pipe with collection tanks of washed crystals of uranyl nitrate hexahydrate in the amount of at least two, each of which is equipped with thermostatic control, drainage and unloading the product, while the device contains an additional crystallizer with a paddle stirrer and a thermostatic jacket mounted on the fitting for the output of the mother and washing solutions, and the axis of the additional crystallizer is parallel to the axis of the crystallizer.
  • FIG. 1 shows a diagram of the layout of the zones of crystallization and washing of crystals according to the proposed method using the proposed device.
  • FIG. 2 shows the parameters of the washing process (prototype method)
  • FIG. 3 shows the parameters of the washing process (proposed method).
  • Such an initial composition of the washing solution allows processing any feed stream with a coefficient of the working crystallization line k>1.57 without "falling through” the mother liquor into the washing zone.
  • the power flow is fed into the crystallizer 2.
  • HPU crystallization occurs, the crystalline product enters the washing zone 3, the washed crystalline product is sent through the full-bore valve 4 to alternately operating storage tanks (not shown in Fig. 1).
  • the spent washing solution together with the mother liquor of crystallization through the fitting 5, enters the additional crystallizer 6, where, at a temperature significantly lower than that of the crystallizer 2, uranyl hexahydrate crystallizes from the combined mother-wash solution.
  • the crystalline product through fitting 5 enters the washing zone 3 and then, together with the crystalline product of crystallization from the feed stream, into a container-collector of crystalline uranyl nitrate hexahydrate.
  • the proposed method eliminates the previously noted disadvantages of the prototype method.
  • Prototype method crystallization temperature 0°C, washing temperature from 25°C (beginning of washing) to 0°C (end of washing).
  • Proposed method crystallization temperature 25 °C, washing temperature of crystals obtained from the feed stream and additional crystallization 25 °C, additional crystallization temperature 0 °C.
  • Comparable wash process parameters are shown in FIG. 2 (prototype method) and in FIG. 3 (proposed method).
  • the length of the washing zone pipe - from the beginning to the end of the washing process.
  • the temperature, uranyl nitrate content, in the washing solution, wt.%, the effective diameter of the crystalline particle, and the volume fraction of the solid phase were compared.
  • the simulation results presented in Fig. 2 and FIG. 3 show that the polythermal washing process (prototype method) is expectedly accompanied by a reflux transfer of uranyl nitrate from the liquid phase to the crystalline phase, with an increase in the size of the crystalline particle by 7.7%, and the volume of the particle increases by 24.8%.
  • the listed indicators are a consequence of the "freezing" of the solid phase on the washed surface of the crystals, which negatively affects the quality of washing and reduces the level of product purification.
  • the operational yield of the crystalline phase is higher than that of the prototype method (the volume fraction of the solid phase is 12.3%, and in the prototype method the volume fraction of the solid phase is 9.1%), which is achieved by technologically independent additional crystallization.
  • the washing parameters according to the proposed method are stable, which indicates the absence of product reflux transfer and blocking of the washed surface.

Abstract

Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила включает кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила, противоточную промывку кристаллов, сбор кристаллов гексагидрата нитрата уранила в емкость-сборник с одновременным вытеснением из емкости промывного раствора в зону промывки и выгрузку очищенного продукта. Кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из потока питания, промывку и сбор кристаллов осуществляют в изотермических условиях. Технический результат состоит в упрощении проведения технологического процесса и достижении высоких и независимых друг от друга показателей по операционному выходу и очистке продукта, который может быть использован в гидрометаллургических технологиях ядерного топливного цикла на стадиях аффинажа природного или регенерированного урана.

Description

Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к тепло- и массообменным процессам в системах с жидкой и твердой фазами и может быть использовано в гидрометаллургических технологиях ядерного топливного цикла на стадиях аффинажа природного или регенерированного урана.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ непрерывной кристаллизации гексагидрата нитрата уранила (ГНУ) и устройство для его осуществления (патент РФ № 2268510, G21C 19/46).
Согласно способу, процесс реализуется в U-образном трубчатом аппарате, в одной стороне которого производится прием потока питания, кристаллизация ГНУ и промывка кристаллов, в нижней части - расплавление кристаллов, получаемый расплав под действием гидростатического напора поступает во вторую сторону аппарата и далее самотёком выводится из процесса. Центральная (нижняя) часть аппарата соединена с пульскамерой, что обеспечивает пульсационный режим, интесифицирующий все процессы, протекающие в аппарате.
Выявленные недостатки способа: низкий операционный выход продукта и низкая производительность.
Известен способ (патент РФ №2528399 G21C 19/00) кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила, включающий непрерывную кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила, разделение кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора, противоточную промывку кристаллов гексагидрата нитрата уранила промывочным раствором, вывод маточного раствора и отработанного промывного раствора, сбор и выгрузку промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, при этом составы подаваемые в процесс концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила и промывного раствора поддерживают в соответствии с соотношением [иО2(НОз)2]=78,49-к[Н Оз], где [UO2(NO3)2] и [HNO3] - концентрации нитрата уранила и азотной кислоты в жидкой фазе, масс.%; 78,49 - концентрация нитрата уранила в кристаллах гексагидрата нитрата уранила, масс.%; к - коэффициент, определяющий положение рабочей линии процесса и имеющий численное значение от 1,50 до 2,24, предпочтительно от 1,55 до 1,80, при этом концентрация нитрата уранила в концентрированном азотнокислом растворе нитрата уранила составляет не менее 60 масс.%, а промывном растворе - ниже концентрации, соответствующей пересечению рабочей линии с изотермой кристаллизации гексагидрата нитрата уранила, вплоть до безуранового состава, завершение процесса кристаллизации гексагидрата нитрата уранила и переход кристаллов гексагидрата нитрата уранила в зону промывки осуществляют в изотермических условиях, промытые кристаллы гексагидрата нитрата уранила направляют в емкость-сборник, заполненную промывным раствором, вытесняемым кристаллами гексагидрата нитрата уранила в зону промывки, после заполнения емкости- сборника кристаллами гексагидрата нитрата уранила производят поверхностное оплавление кристаллов гексагидрата нитрата уранила на внутренних поверхностях емкости-сборника и запорной арматуры и выгрузку промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила.
Кристаллизацию и промывку кристаллов гексагидрата нитрата уранила проводят по одной рабочей линии при равных значениях коэффициента к для каждой операции.
Температуру изотермической зоны завершения процесса кристаллизации гексагидрата нитрата уранила и перехода кристаллов в зону промывки поддерживают не выше 10°С.
Способ предусматривает также раздельный вывод маточного раствора и отработанного промывного раствора, а также дренаж емкости-сборника.
Для реализации способа устройство для кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила содержит вертикальный кристаллизатор и колонну противоточной промывки кристаллов, снабженные лопастной мешалкой, штуцерами для ввода потока питания и дополнительного промывного потока и вывода маточного и отработанного промывного раствора и секционированными термостатирующими рубашками для охлаждения, при этом кристаллизатор и промывная колонна выполнены в виде единой трубы, к нижней части которой присоединен многопозиционный полнопроходной кран, поочередно соединяющий трубу с емкостями-сборниками промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, в количестве не менее двух, каждая из которых снабжена двухпозиционным полнопроходным краном для выгрузки промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, обогреваемым дренажным штуцером и термостатирующими рубашками для нагрева обечайки, вертикальных поверхностей конструктивных элементов емкости-сборника и двухпозиционного полнопроходного крана.
Штуцеры вывода маточного раствора и отработанного промывного раствора врезаны в трубу кристаллизатора тангенциально, при этом векторы движения выводимых потоков и вектор движения лопасти мешалки противонаправлены, а угол между осями каждого из штуцеров и осью трубы кристаллизатора не превышает 45°. По технической сущности этот способ и устройство наиболее близки к заявляемым и выбраны в качестве прототипа.
При опытной эксплуатации способа-прототипа и устройства-прототипа были выявлены их определённые недостатки.
Согласно способу-прототипу, для предотвращения проваливания грязного маточного раствора в колонну промывки необходимым условием является проведение процессов кристаллизации и промывки кристаллов по единой рабочей линии. Выполнение этого условия совместно с условием изотермичности завершения кристаллизации и вхождение кристаллов в колонну промывки обеспечивает выравнивание составов, а следовательно и плотностей маточного и отработанного промывного растворов, что предотвращает загрязнение промывной колонны маточным раствором. Это означает, что при любом изменении состава потока питания необходимо готовить промывной раствор нового состава. В условиях промышленной эксплуатации такое условие практически невыполнимо.
Промывка кристаллов ГНУ по способу-прототипу проводится в политермических условиях, начало промывки - при температуре кристаллизации, завершение - при повышенной температуре, вплоть до температуры окружающей среды. Такой режим промывки имеет целью сохранить высокий операционный выход урана в кристаллическую фазу (зона пониженной температуры) и обеспечить необходимую промывку кристаллов (зона повышенной температуры). Однако при таком режиме происходит нежелательное рефлаксирование урана из жидкой фазы в кристаллическую: при движении промывного раствора вверх в промывной колонне понижается температура промывного раствора, снижается содержание урана в промывном растворе и происходит кристаллизация ГНУ на промываемых кристаллах с блокировкой грязной поверхности слоем «намораживаемого» кристаллического продукта.
Таким образом, в способе-прототипе условия достижения высокого операционного выхода продукта и высокой очистки продукта взаимозависимы и совместно трудновыполнимы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей предлагаемого изобретения является реализация способа кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила с использованием промывного раствора (растворов) с составом, независимым, т.е. не связанным условием единой рабочей линии, от состава потока питания и с технологически не связанными операциями, обеспечивающими полноту кристаллизации гексагидрата нитрата уранила и очистку кристаллического продукта, а также аппаратурное обеспечение реализации способа.
Технический результат, на достижение которого направлены заявляемые способ и устройство, состоит в упрощении проведения технологического процесса и в достижении высоких и независимых друг от друга показателей по операционному выходу и очистки продукта.
Для достижения технического результата способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила включает кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила, потока питания с составом, отвечающим соотношению [НУ]=78,49- к[НЫОз], где [НУ] и [HNO3] - концентрации нитрата уранила и азотной кислоты, мас.%; где 78,49 - концентрация нитрата уранила в кристаллическом гексагидрате нитрата уранила, мас.%; к - коэффициент, определяющий положение рабочей линии процесса кристаллизации и имеющий численное значение от 1,50 до 2,24, предпочтительно от 1,57 до 1,80, разделение кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора, противоточную промывку кристаллов, сбор кристаллов гексагидрата нитрата уранила в емкость-сборник с одновременным вытеснением из ёмкости промывного раствора в зону промывки и выгрузку очищенного продукта, причем кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из потока питания, промывку и сбор кристаллов осуществляют в изотермических условиях, при этом исходный, в том числе и безурановый состав промывного раствора отвечает условию семейства рабочих линий 78,49= ki[HNOs], где [HNO3] - содержание азотной кислоты в промывном растворе, мас.% и ki< к, где к]- коэффициент, определяющий положение рабочей линии процесса промывки, а маточный раствор и отработанный промывной раствор единым потоком направляют на дополнительную кристаллизацию, проводимую при температуре ниже температуры кристаллизации при противоточном движении жидкой и твёрдой фазы, кристаллы гексагидрата нитрата уранила дополнительной кристаллизации промывают совместно с кристаллами, получаемыми из потока питания, а маточный раствор дополнительной кристаллизации выводят из процесса.
В частном случае кристаллизацию и промывку кристаллов, получаемых из потока питания и дополнительной кристаллизации проводят при температуре не ниже 20°С.
В другом частном случае дополнительную кристаллизацию проводят при температуре не выше 5 °C.
Для достижения технического результата устройство для кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила содержит вертикальный кристаллизатор и колонну противоточной промывки кристаллов, выполненные в виде единой трубы, снабжённой лопастной мешалкой, штуцерами для ввода и вывода технологических потоков, секционированными термостатирующими рубашками и многопозиционным полнопроходным краном, поочерёдно соединяющим трубу кристаллизатора с емкостями-сборниками промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила в количестве не менее двух, каждая из которых снабжена средствами термостатирования, дренажа и выгрузки продукта, при этом устройство содержит дополнительный кристаллизатор с лопастной мешалкой и термостатирующей рубашкой, установленный на штуцере вывода маточного и промывного растворов, а ось дополнительного кристаллизатора параллельна оси кристаллизатора.
Дополнительными исследованиями было установлено, что плотности отработанных, т.е. равновесных по содержанию нитрата уранила с кристаллической фазой гексагидрата нитрата уранила, промывных растворов, при любой темпбературе сопряжённого процесса «кристаллизация-промывка» выше плотности маточного раствора при условии ki< к и ниже при условии ki> к.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В качестве примера некоторые экспериментальные данные представлены в таблице.
Таблица. Плотности отработанного промывного раствора при температуре процесса «кристаллизация-промывка» 20°С, к=1,69 и р= 1,604 г/см3
Figure imgf000006_0001
На Фиг. 1 представлена схема компоновки зон кристаллизации и промывки кристаллов по предлагаемому способу с использованием предлагаемого устройства.
На Фиг. 2 представлены параметры процесса промывки (способ-прототип)
На Фиг. 3 представлены параметры процесса промывки (предлагаемый способ).
Процесс кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила осуществляют следующим образом.
Рабочий объем устройства заполняют промывным раствором (раствор азотной кислоты с концентрацией 50 52 масс.%, что соответствует значению ki= 1,57^-1,52).
Такой исходный состав промывного раствора позволяет перерабатывать любой поток питания с коэффициентом рабочей линии кристаллизации к>1,57 без «проваливания» маточного раствора в зону промывки.
Далее через штуцер 1 подают поток питания в кристаллизатор 2. В кристаллизаторе 2 происходит кристаллизация ГНУ, кристаллический продукт поступает в зону промывки 3, промытый кристаллический продукт через полнопроходной кран 4 направляется в попеременно работающие емкости-сборники (на Фиг. 1 не показаны).
Отработанный промывной раствор совместно с маточным раствором кристаллизации через штуцер 5 поступает в дополнительный кристаллизатор 6, где при температуре существенно более низкой, чем кристаллизаторе 2, происходит кристаллизация гексагидрата уранила из объединённого маточно-промывного раствора.
Кристаллический продукт через штуцер 5 поступает в зону промывкиЗ и далее, совместно с кристаллическим продуктом кристаллизации из потока питания, в емкость- сборник кристаллического гексагидрата нитрата уранила.
Как следует из описания процесса, в предлагаемом способе устраняются ранее отмеченные недостатки способа-прототипа.
Промывной раствор стартового состава [Н?Юз]=5О-н52масс.% пригоден для переработки потоков питания с широким интервалом состава, к = 1,57-4,80, без проваливания маточного раствора в зону промывки.
Операции, обеспечивающие высокий операционный выход кристаллического продукта (дополнительная кристаллизация ГНУ из маточно-промывного раствора при пониженной температуре) и очистку продукта (изотермический процесс кристаллизации и промывки кристаллов, получаемых из потока питания и дополнительной кристаллизации при повышенной температуре) технологически независимы и исключают явление «намораживания» кристаллической фазы в зоне промывки.
С использованием ранее разработанной математической модели процесса кристаллизации ГНУ (С.Н. Веселов, В.И. Волк, В.А. Кащеев и др. Инженерно-физический журнал, 2017 г., т.90, в. 1, с. 148-158) была смоделирована ситуация в промывной зоне процесса кристаллизации при проведении процесса по способу-прототипу и предлагаемому способу.
Заданные условия: поток питания [НУ] =64 масс.%, [HNO3] =8,57 масс%, (к=1,69); промывной раствор [HNO3] =50 масс.%, (к-1,57); длина зоны промывки Зм, внутренний диаметр трубы зоны промывки 3 см, расход потока питания 2 кг/час.
Температурные режимы:
Способ-прототип: температура кристаллизации 0°С, температура промывки от 25 °C (начало промывки) до 0 °C (завершение промывки).
Предлагаемый способ: температура кристаллизации 25 °C, температура промывки кристаллов, полученных из потока питания, и дополнительной кристаллизации 25 °C, температура дополнительной кристаллизации 0 °C.
Сопоставимые параметры процесса промывки представлены на Фиг. 2 (способ- прототип) и на Фиг. 3 (предлагаемый способ). Длина трубы зоны промывки - от начала и до завершения процесса промывки.
Сопоставлялись температура , содержание нитрата уранила , в промывном растворе, масс.%, эффективный диаметр кристаллической частицы , и объёмная доля твёрдой фазы .
Результаты моделирования, представленные на Фиг. 2 и Фиг. 3 показывают, что политермический процесс промывки (способ-прототип) ожидаемо сопровождается рефлаксным переносом нитрата уранила из жидкой фазы в кристаллическую, при этом происходит увеличение размера кристаллической частицы на 7,7 %, объём частицы возрастает на 24,8 %. Перечисленные показатели являются следствием «намораживания» твёрдой фазы на отмываемую поверхность кристаллов, что негативно влияет на качество промывки и снижает уровень очистки продукта.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
При проведении процесса по предлагаемому способу операционный выход кристаллической фазы выше, чем у способа прототипа (объемная доля твердой фазы 12,3%, а в способе прототипе объемная доля твердой фазы 9,1%), что достигается технологически независимой дополнительной кристаллизацией.
Параметры промывки по предлагаемому способу (температура, содержание нитрата уранила в промывном растворе, размер кристаллической частицы) стабильны, что свидетельствует об отсутствии рефлаксного переноса продукта и блокировки отмываемой поверхности.
Таким образом совокупность вышеуказанных сопоставляемых параметров доказывает преимущества предлагаемого способа.

Claims

Формула изобретения
1. Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила, включающий кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила, потока питания с составом, отвечающим соотношению [НУ]=78,49- к[НМОз], где [НУ] и [HNO3] - концентрации нитрата уранила и азотной кислоты, мас.%; где 78,49 - концентрация нитрата уранила в кристаллическом гексагидрате нитрата уранила, мас.%; к - коэффициент, определяющий положение рабочей линии процесса кристаллизации и имеющий численное значение от 1,50 до 2,24, предпочтительно от 1,57 до 1,80, разделение кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора, противоточную промывку кристаллов, сбор кристаллов гексагидрата нитрата уранила в емкость-сборник с одновременным вытеснением из ёмкости промывного раствора в зону промывки и выгрузку очищенного продукта, отличающийся тем, что кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из потока питания, промывку и сбор кристаллов осуществляют в изотермических условиях, при этом исходный, в том числе и безурановый состав промывного раствора отвечает условию семейства рабочих линий 78,49= к1[НЫОз], где [HNO3] - содержание азотной кислоты в промывном растворе, мас.% и ki< к, где ki- коэффициент, определяющий положение рабочей линии процесса промывки, а маточный раствор и отработанный промывной раствор единым потоком направляют на дополнительную кристаллизацию, проводимую при температуре ниже температуры кристаллизации при противоточном движении жидкой и твёрдой фазы, при этом кристаллы гексагидрата нитрата уранила дополнительной кристаллизации промывают совместно с кристаллами, получаемыми из потока питания, а маточный раствор дополнительной кристаллизации выводят из процесса.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию и промывку кристаллов, получаемых из потока питания и дополнительной кристаллизации проводят при температуре не ниже 20°С.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительную кристаллизацию проводят при температуре не выше 5°С.
4. Устройство для кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила, содержащее вертикальный кристаллизатор и колонну противоточной промывки кристаллов, выполненные в виде единой трубы, снабжённой лопастной мешалкой, штуцерами для ввода и вывода технологических потоков, секционированными термостатирующими рубашками и многопозиционным полнопроходным краном, поочерёдно соединяющим трубу кристаллизатора с емкостями-сборниками промытых
8 кристаллов гексагидрата нитрата уранила в количестве не менее двух, каждая из которых снабжена средствами термостатирования, дренажа и выгрузки продукта, отличающееся тем, что устройство содержит дополнительный кристаллизатор с лопастной мешалкой и термостатирующей рубашкой, установленный на штуцере вывода маточного и промывного растворов, при этом ось дополнительного кристаллизатора параллельна оси кристаллизатора.
9
PCT/RU2020/000774 2020-12-04 2020-12-29 Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила WO2022119472A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202080106915.4A CN116457482A (zh) 2020-12-04 2020-12-29 一种硝酸铀酰六水合物结晶分离和提纯方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139949A RU2755474C1 (ru) 2020-12-04 2020-12-04 Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила и устройство для его осуществления
RU2020139949 2020-12-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022119472A1 true WO2022119472A1 (ru) 2022-06-09

Family

ID=77745511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000774 WO2022119472A1 (ru) 2020-12-04 2020-12-29 Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN116457482A (ru)
RU (1) RU2755474C1 (ru)
WO (1) WO2022119472A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2004105647A (ru) * 2004-02-24 2005-08-10 Российска Федераци в лице Министерства Российской Федерации по атомной энергии (RU) Способ очистки нитрата уранила от продуктов деления и устройство для его осуществления
US7011798B2 (en) * 2002-01-17 2006-03-14 Japan Nuclear Cycle Development Institute Process for reprocessing spent nuclear fuels by utilizing phenomenon of cocrystallization
RU2528399C2 (ru) * 2013-01-23 2014-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила и устройство для его осуществления

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7011798B2 (en) * 2002-01-17 2006-03-14 Japan Nuclear Cycle Development Institute Process for reprocessing spent nuclear fuels by utilizing phenomenon of cocrystallization
RU2004105647A (ru) * 2004-02-24 2005-08-10 Российска Федераци в лице Министерства Российской Федерации по атомной энергии (RU) Способ очистки нитрата уранила от продуктов деления и устройство для его осуществления
RU2528399C2 (ru) * 2013-01-23 2014-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила и устройство для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
RU2755474C1 (ru) 2021-09-16
CN116457482A (zh) 2023-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE32241E (en) Fractional crystallization process
US4735781A (en) Apparatus for concentrating a suspension
US3549695A (en) Method for downflow leaching
EP0105524A2 (en) Countercurrent, cooling crystallization and purification method for multi-component molten mixture
US3305320A (en) Purification of aluminum nitrate by alternate melting and crystallization
CN104787783B (zh) 重结晶法制备工业硝酸钾的方法
US4557741A (en) Gradient column freeze concentration system
WO2022119472A1 (ru) Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила
US5127921A (en) Multistage recrystallization for superpurifying crystallizable substances
US4406679A (en) Apparatus for and method of preparing crystals for washing
TW201240913A (en) Process for the purification of phosphoric acid
CN108905265A (zh) 钒酸钠连续冷却结晶设备及其生产方法
JP2843631B2 (ja) 結晶化可能な物質を超浄化するための多段分別凍結
US5240467A (en) Multistage countercurrent recrystallization process and apparatus for performing same
US2787521A (en) Method of continuously conducting a liquid-gas exothermic reaction
JP4188085B2 (ja) 高濃縮過酸化水素を製造するための連続的方法、高濃縮過酸化水素およびその使用
RU2528399C2 (ru) Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила и устройство для его осуществления
US3096369A (en) Three step crystallization of adipic acid
Kim et al. Melt crystallization with direct contact cooling techniques
Veselov et al. Mathematical simulation of the crystallization process in a continuous linear crystallizer
US2750262A (en) Process for separating components of a fusible material
RU2750578C1 (ru) Способ очистки термолабильных жидкостей
CN217367229U (zh) 一种层式整体结晶提纯硝酸银的装置
EP0576718B1 (en) Multistage recrystallization for superpurifying crystallizable substances
CN114797157B (zh) 一种层式整体结晶提纯硝酸银的方法和装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20964400

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202080106915.4

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20964400

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1