Солевой расплав для растворения щелочных металлов (его варианты).

 

СОЛЕВОЙ РАСПЛАВ ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ 1ЦЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, содержащий нитрат и/или нитрит натрия, о т л ичающийся тем, что, с целью повишения безопасности процесса растворения , в него введена смесь хлоридов натрия и цезия при следующем соотношении ингредиентов (мас.%): Натрия нитрат 15...20 и/или натрия нитрит Натрия хлорид 14... 16 Цезия хлорид 64...70 2. Солевой расплав для растворения щелочных металлов, содержащий нитрат и/или нитрит натрия, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения безопасности процесса растворения , в него введена смесь хлоридов натрия и кальция при следующем соотношении ингредиентов (мас.%): Натрия нитрат 16... 18 и/или натрия нитрит ...25 Натрия хлорид 23, 58...60 Кальция хлорид

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1136656 (51)5 G 21 F 9 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ, " 1

23...25

58...60

Me + MeNO > — Ме,ф + NO<, 33 5

34„5

32,0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

f (21) 3663274/25 (22) 16. 11.83 (46) 15.08.9 1. Бюл. Ь"- 30 (72) В.С. Наумов, С.В. Волков и В.Ф. Багрецов (53) 621.034.7 (088.8) (56) Патент СИА P- 3984345, кл. 252301.1, G 21 F 9/04, 1976.

Патент СНА У 3984345 кл. С 21 Г 9/04, Р 252-301. (54)(57) СОЕВОЙ РАСПЛАВ ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, содержащий нитрат и/или нитрит натрия, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения безопасности процесса растворения, в него введена смесь хлоридов натрия и цезия при следующем соотношении ингредиентов (мас.%):

Изобретение относится к ядерной технике, преимущественно к средствам для растворения щелочных металлических теплоносителей ядерных энергетических установок.

Известны составы солевых расплаВ0В предназначенные для удаления пленки щелочных металлов с оборудования. Состав этих расплавов (мас ° %)

Первый расплав:

Натрия нитрат 6,0

Калия нитрат 52,0

Натрия нитрит 42,0

Второй расплав:

Натрия карбонат

Калия карбонат

Лития карбонат

Третий расплав:

Натрия хлорид 21, 7

Натрия нитрат и/или натрия нитрит.

Натрия хлорид 14...16

Цезия хлорид 64 ° ..70

2. Солевой расплав для растворения щелочных металлов, содержащий нитрат и/или нитрит натрия, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения безопасности процесса растворения, в него введена смесь хлоридов натрия и кальция при следующем соотношении ингредиентов (мас.%):

Натрия нитрат 16...18 и/или натрия нитрит

Натрия хлорид

Кальция .хлорид

Калия,-хлорид 27,8

Цинка хлорид 50 5

Взаимодействие расплавов нитратов со щелочными металлами протекает по реакции: то есть один моль нитратов способен связать один моль щелочного металла.

В расплавах композиции карбонатов

IIpH температуре выше 400 С щелочные металлы, по-видимому, растворяются по механизму -внедрения, поэтому при охлаждении системы щелочной металл может выделиться из солевого расплава в отдельную фазу. При переработке отходов водой может произойти образование гремучей смеси водорода с воздухом и взрыв.

1136656

Использование расплава хлоридов цинка и щелочных элементов основано на реакции:

Ne + NeN0> — Ме О + NO<

Целью изобретения является повышение безопасности процесса раство рения больших количеств щелочного металла.

Образующийся цинк взаимодействует с натрием, увеличивая вязкость системы, что может. привести к неполному .растворению щелочного металла. В дальнейшем, при окончательном удалении отходов, например, растворением в воде, может произойти образование гремучей смеси и взрыв.

Поэтому безопасность работы с использованием указанных расплавов сохраняется только при растворении незначительных ° (грамм) количеств щелочного металла.

Наиболее близок к заявляемому ве-ществу расплав нитратов и нитритов щелочных элементов состава (мас.7)

Натрия нитрат 6,0

Калия нитрат 52,0

Натрия нитрит 42,0

Этот расплав используют при. температуре r 150 С. Один килограмм такого расплава теоретически. должен свяI зать, например, натрия;не менее

0,274 кг, т.е. расплав обладает высокой емкостью по щелочному металлу.

Нитраты и нитриты термически нео стойки и при температурах 380...400 С полностью разлагаются. При повьппенных температурах 200.. .400 С реакция этих соединений их сплавов со щелочными металлами протекает с высокой скоростью, принимая взрывной характер. Существенные осложнения процесса растворения щелочньы металлов нитрат40 ными расплавами вызываются также образующимися окислами., так как они увее личивают вязкость расплава. Это зат-. рудняет вывод продуктов взаимодействия из зоны реакции, что может при45 вести к неполноте растворения щелочного металла. Приведенные недостатки показывают, что использование нитратных и нитритных расплавов возможно только для растворения небольших коли=5

=50 честв щелочного металла, находящегося в виде пленки (толщиной 10-эм) на поверхности оборудования.

Поставленная цель постигается тем, что в расплав содержащий нитрат и/или нитрит натрия ввепена смесь хлоридов натрия и цезия. Содержание указанных компонентов в этом расплаве должно быть в следующих со1 отношениях (мас. 1):

Натрия нитрат и/или нитрит 15...20

Натрия -хлорид 14...16

Цезия хлорид 64...70

Предлагаемый расплав указанного состава позволяет повысить безопасность растворения щелочных металлов в частности, натрия.

Содержание нитратов и/или нитритов менее 207 приводит, к тому, что растворение натрия в расплаве происходит быстро, спокойно, без возгорания. При количестве нитратов и/или в расплаве более 20К происходит возгорание натрия. При содержании нитратов и/или нитритов меньше 157. удельный расход расплава для растворения единицы массы щелочного металла увеличивается, что экономически нецелесообразно.

Поставленная цель достигается тем, что в расплав, содержащий нитрат и/или нитрит натрия, введена смесь хлоридов натрия и кальция. Содержание указанных компонентов должны быть в следующих соотношениях. (мас.7):

Натрия нитрат 16...18 и/или нитрит

Натрия хлорид 23...25

Кальция .хлорид 58...60

Предлагаемый солевой расплав обла— дает такой же растворяющей способностью, как и предыдущий, но его преимущество — в меньшей стоимости используемых компонентов.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

На трия нитрат 1 57.

Натрия -хлорид 1 57.

Цезия хлорид 70К

Солевой расплав получают смешиванием предварительно обеэвоженных солей о и плавлением при температуре r 400 С в тигле из никеля или нержавеющей стали в атмосфере очищенного и осушенного аргона. Растворение щелочных металлов, например натрия проводят заполнением очищаемого и нагретого до рабочих температур оборудования предлагаемым расплавом или погружением оборудования, загрязненного натрием, в расплав или, наконец, смешением щелочного металла с солевым расплавом.

В солевом расплаве растворяется

0,05 г натрия/г расплава.

Пример 2:

Натрия нитрит 1 57.

Натрия хлорид 15% . Цезия хлорид 70

Солевой расплав готовят, как в примере 1. В нем растворяется 0,04 r натрия/г расплава.

Пример 3:

Натрия нитрат 5%

Натрия нитрит 107, Натрия хлорид 157.

Цезия .хлорид 70 .

Солевой расплав готовят, как в примере 1. В расплаве растворяется

0,04 r натрия/г расплава.

Пример4.

Натрия нитрат 177.

Натрия хлорид 247, Кальция хлорид 59% 25

Солевой расплав готовят смешиванием предварительно обезвоженных солей с последующим плавлением при тем" пературе 510 С в тигле из никеля или о нержавеющей стали в атмосфере очищенного и осушенного аргона.

В расплаве растворяется 0,047 г на . натрия/г расплава.

Пример 5:

Натрия нитрат 20%

Натрия .хлорид 167, Цезия хлорид 647, Солевой расплав готовят, как в при мере 1. В расплаве растворяется 40

0,055 г натрия/г расплава.

Примерб:

Натрия нитрит 20%

Натрия хлорид 16

Цезия .хлорид 64% 45

В расплаве растворяется 0,05 .r натрия/г расллава.

Пример 7:

Натрия нитрат 167

Натрия хлорид 25%

Кальция хлориц 59%

B расплаве растворяется 0,04 г натрия /r р аспл ава, Пр имер 8:

Натрия нитрат 18%, 55

Натрия .хлорид 237, Кальция хлорид 597..

В расплаве растворяется 0,05 г натрия/r расплава.

1136656

При использовании предлагаемых солевых расплавов для растворения щелочных металлов обеспечивается безопасность процесса, так как предотвращаются возгорание натрия, образование аэрозолей щелочных металлов, окислов (особенно радиоактивных) и кх укос в атмосферу. Эти расплавы пригодны для растворения больших количеств щелочного металла.

Предложенные соотношения компонентов обеспечивают не только наиболее низкую температуру солевого расплава, но и безопасность процесса растворения щелочного металла. Это иллюстрировано таблицей.

Иэ таблицы видно, что при содержании в солевом расплаве нитратов и/или нитритов от 15 до 20% растворение натрия в расплаве происходит без взрывов и возгораний, а при содержании этих компонентов свыше

207, (см.табл.„ Р 9 п.п.) во всех случаях отмечалось возгорание. Уменьшение содержания кислородсодержащих компонентов солевого расплава (нитратов и/или нитритов) меньше 15% снизило растворимость натрия до

0,03...0,035 .г натрия/г расплава, т.е, происходило увеличение удельного расхода солевого расплава для растворения единицы массы щелочного металла, что экономически нецелесообразно (см.табл, Р 10, п.п.).

Низкая вязкость позволяет использовать его для растворения и удаления щелочных металлов иэ узлов оборудования сложной конфигурации с одновременной деэактивацией оборудования. .При .горении щелочного металла из зоны реакции в атмосферу в виде аэрозолей уносятся до 1 10- % окислов натрия, Так как удельная активность радионуклидов в натриевом теплоносителе реактора достигает (1...9)-10 Ки/кг, при растворении одного килограмма натрия с аэрозолями натрия в атмосфе ру может переходить до (1...9) х10 Ки радионуклидов. При этом образуется до 1 мэ газа, то есть его удельная активность равна (1...9)х х10 9 Ки/л. Согласно нормам раяиационной безопасности (НРБ-76), допустимая концентрация загрязнения воздуха радионуклидами, находящимися в натрии, равна (3...5) ° 10 Ки/л. Следова1136656

Состав солевой композиции мас.X

Масса растворенного натрия г/г расплава

Характеристика процесса растворения

9P пп

NaC1 Cs Сl CaCl NaN0 NANO>

0,050

Растворение беэ возгораний

15

0,040

Растворение без возгораний

О, 040

Растворение беэ возгораний

70

О, 047

Растворение беэ возгораний

17, 59

0,055

Растворение без возгораний

64

О, 050

Растворение без возгораний

16 64

О, 040

Растворение без возгораний

59

Растворение беэ возгораний

0,050

23

В большинстве случаев отмечалось возгорание натрия

0,057

15 64

Без возгораний

0,035

16

Составитель

Рецактор Е. Гиринская Техред Л.Сердюкова

Корректор С. Иекмар

Заказ 3438 тираж 256 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101 тельно, установку по растворению радиоактивного теплоносителя необходиФ мо оборудовать сложной и дорогостоящей фильтрационной установкой, так как необходимый коэффициент очистки газа должен быть не менее 1 10

В качестве базового объекта для сравнения принята парогаэовая смесь, которая в настоящее время является наиболее эффективной для растворения щелочных металлов, в частности, натрия.

Предлагаемые расплавы, особенно второй вариант расплава, дают по сравнению с базовым объектом экономию средств.