Способ переработки твердого керамического ядерного топлива

 

(19)SU(11)1082200(13)A1(51)  МПК ⁶    _G21C19/44(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДОГО КЕРАМИЧЕСКОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к производству твердого керамического ядерного топлива для сборки тепловыделяющихся элементов (ТВЭЛ), а именно к способам получения мелкодисперсной закиси-окиси урана окислением бракованных таблеток твердого керамического топлива. Известен способ переработки твердого топлива методом окисления, осуществляемый в виброаппарате. Таблетки размещаются на вибрационных ситах. Загрузку производят сверху. Газ-окислитель подают под слой таблеток. Образующаяся закись-окись просеивается через сита, нижнее из которых пропускает порошок крупностью менее 150 мкм. Недостатком этого способа является следующее: окисляемое топливо разрушается при вибрации, при этом образуются частицы, среди которых могут быть и неокисленные; выгрузка производится в зависимости от величины частиц; возможна забивка вибрационных сит (это происходит, если частица доокисляется непосредственно в ячейке сита, и связано с увеличением объема частиц при перекристаллизации); сложность аппаратурного оформления и относительно невысокая производительность. Наиболее близким по технической сущности к данному способу является способ переработки твердого керамического ядерного топлива, заключающийся в окислении его путем подачи нагретого до температуры 430-470^оС газа-окислителя под слой топлива [2] Способ заключается в реакции окисления твердого керамического топлива, которую проводят в вертикальном аппарате кипящего слоя, заполненном инертной насадкой в виде гранул. Таблетки и гранулы насадки образуют слой. Нагретый до температуры 430-470^оС газ-окислитель подают под слой. Газ выполняет функцию окислителя, и одновременно используется и для псевдоожижения. Недостатком этого способа является низкое качество продукта, обусловленное неоднородностью химического состава получаемого продукта, так как порошок, насадка и недоокисленные таблетки выгружают совместно, при увеличении концентрации закиси-окиси в слое до свыше 30-40% смесь теряет способность к псевдоожижению, слеживается и плохо транспортируется;
неоднородностью гранулометрического состава за счет интенсификации процесса абразивного сдирания с поверхности брикетов двуокиси урана закиcи-окиси и отвода ее из зоны реакции окисления в кипящий слой. Целью изобретения является повышение качества продукта за счет обеспечения однородности его гранулометрического и химического состава. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе переработки твердого керамического ядерного топлива, заключающемся в окислении его путем подачи нагретого до температуры 430-470^оС газа-окислителя под слой топлива, газ-окислитель подают с массовой скоростью в слое, соответствующей эквивалентному критерию Рейнольдса 500-1300, причем до начала горения топлива газ-окислитель подают нагретым до температуры 500-530^оС. В цилиндрический вертикальный аппарат диаметром 50 мм загружали таблетки топлива с диаметром 8,5 мм, высотой 6 мм. Таблетки размещали слоем на решетке. Вес загрузки составлял 4 кг. Под слой таблеток топлива подавали нагретый воздух с массовой скоростью в слое, соответствующей эквивалентному критерию Рейнольдса 500-1300, причем до начала горения топлива нагретым до температуры 500-530^оС, а затем нагретым до температуры 430-470^оС. У полученной закиси-окиси определяли химический состав и классифицировали порошок по крупности. Стенка аппарата была выполнена прозрачной, что позволило наблюдать за ходом процесса. П р и м е р 1. Подавали под слой таблеток воздух, нагретый до температуры 530^оС. Массовую скорость воздуха поддерживали 2 кг/м².с (Re_э в слое 510), измеряли температуру в слое топлива. При превышении температуры в слое относительно температуры воздуха на входе на 20-30^оС, что свидетельствовал о начале горения топлива, температуру воздуха на входе устанавливали и поддерживали 430^оС до полного сгорания топлива. Кислородный коэффициент, характеризующий полноту превращения исходного топлива в закись-окись, получился 2,63 (теоре- тический 2,66). Частицы, имеющие определяющий размер менее 0,1 мм, составили 98%
П р и м е р 2. Подавали под слой таблеток воздух, нагретый до температуры 500^оС. Массовую скорость воздуха поддерживали 5,2 кг/м².с (Re_э в слое 1300). После начала горения топлива температуру воздуха на входе поддерживали 470^оС. Кислородный коэффициент при этих режимах 2,53, выход частиц с размером меньше 0,1 мм получился 93%
Для определения граничных значений Re_э и температуры также проводились опыты. При Rе_э 400 и температуре 450^оС окисление происходило в ограниченном объеме слоя таблеток. Выноса частиц не было. После извлечения из аппарата они оказались спеченными. Увеличение Re_э до 1600 существенно не повлияло на свойства полученного порошка в сравнении с примером 2, но энергозатраты возросли. Технические преимущества настоящего способа состоят в том, что он позволяет повысить качество получаемого порошка закиси-окиси урана требуемого гранулометрического и химического состава на 17-20%
За базовый объект принят способ переработки твердого керамического ядерного топлива во вращающихся печах типа ВГТП-8, ВГТ-8 и ВИД-6 с последующей переработкой, заключающейся в том, что керамическое топливо, не отвечающее установленным техническим требованиям, окисляется во вращающихся печах. После выгрузки из печи порошок просеивается через сито. Минусовая фракция порошка подается на растворение, а плюсовая возвращается в печь на дополнителную термообработку.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДОГО КЕРАМИЧЕСКОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА, заключающийся в окислении его путем подачи нагретого до температуры 430 470^oС газа-окислителя под слой топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения качества продукта за счет обеспечения однородности его гранулометрического и химического состава, газ-окислитель подают с массовой скоростью в слое, соответствующей эквивалентному критерию Рейнольдса 500 1300, причем до начала горения топлива газ-окислитель подают нагретым до температуры 500 - 530^oС.