Способ получения твердого раствора диоксидов урана и плутония
Изобретение относится к способам получения твердого раствора диоксида урана и плутония и позволяет повысить выход конечного продукта и сократить длительность процесса. Механическую смесь диоксидов урана и плутония смешивают с эвтектической смесью фторидов лития и натрия, содержащей 25-35 мол,% фторида алюминия. Полученную шихту помещают в никелевый тигель, нагревают в атмосфере аргона до 750-800°С и перемешивают солевой расплав в течение 40-60 мин. Затем плав переносят на металлокерамический фильтр и отдепрют основную массу солевого расплава от оксидного осадка. Выход твердого раствора U02-Pu02 составляет 97,9-98,4%. 1 з.п ф-лы, 1 табл., 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s С 01 G 56/00, 43/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
2 (21) 4696336/26 (22) 29,05.89 (46) 15.10.91. Бюл, ¹ 38 (72) B.Ô.Ãoðáóíoâ и С.А.Уланов (53) 661.879,1 (088.8) (56) Устинов О.А. и др, Получение порошков твердых растворов (U 4, с. 597. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО РАС- ТВОРА ДИОКСИДОВ УРАНА И ПЛУТОНИЯ (57) Изобретение относится к способам получения твердого раствора диоксида урана и плутония и позволяет повысить выход коИзобретение относится к способам получения твердого раствора диоксидов урана и плутония, которые могут быть использованы в качестве топливных материалов при изготовлении тепловыделяющих элементов. Цель изобретения — повышение выхода конечного продукта и сокращение длительности процесса. Il р и м е р 1, 90,7 г UOz и 22,7 г Pu0z смешивают с 47,1 r LiF, 84,7 r NagAIFg и 101,2 г А!Рз (содержание А!Рз в смеси фторидов составляет 35 моль., ). Шихту помещают в никелевый тигель, нагревают в атмосфере аргона до 800 С и перемешивают солевой расплав в течение 40 мин, Затем плав переносят на металлокерамический никелевый фильтр и отделяют фильтрацией основную массу солевого расплава от оксидного осадка. Оставшееся количество солевого расплава удаляют вакуумной возгонкой при,, О„„1б842бЗ А1 нечного продукта и сократить длительность процесса, Механическую смесь диоксидов урана и плутония смешивают с звтектической смесью фторидов лития и натрия, содержащей 25 — 35 мол.,ь фторида алюминия. Полученную шихту помещают в никелевый тигель, нагревают в атмосфере аргона до 750 — 800 С и перемешивают солевой расплав в течение 40 — 60 мин. Затем плав переносят на металлокерамический фильтр и отделяют основную массу солевого расплава от оксидного осадка. Выходтвердого раствора UOz-PuOz составляет 97,9-98,4,ь. 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил. 1000 С и остаточном давлении 0,1 мм рт.ст. В результате получено 111,2 г порошкообразного вещества черного цвета (выход 98,4 Ц. Рентгеноструктурным анализом определено, что полученное вещество представляет собой твердый раствор диоксидов урана и плутония с параметром кристаллической решетки 5,456 А и размерами кристаллов 10 — 40 мкм, Спектральный анализ показал, что суммарное содержание технологических примесей не превышает величины 8 10 мас.",ь. Пример ы 2 — 5. Осуществляют как пример 1, но при различном содержании фторида алюминия в расплаве. Условия процесса и полученные результаты сведены в таблицу. При проведении примера 5 отмечено сильное "дымление" солевой ванны за счет возгона фторида алюминия. 1684263 I8CTBO и LIFч!Е э, r ),1 ,4 ),5 ) 4 Из таблицы видно, то добавка к эвтектической смеси LIF-NaF фторида алюминия в количестве 25-35 моль.% обеспечивает повышение выхода готового продукта и уменьшает время процесса. Причем время 5 процесса зависит от содержания AIFa в солевой смеси: при большем содержании требуется меньше времени для полной перекристаллизации исходных диоксидов урана и плутония в твердый раствор (U, 10 Р и) Ог и наоборот. Укаэанные пределы температуры процесса определяются следующим. Нижний предел (750 С) определяется температурой плавления эвтектической смеси фторидов 15 лития и натрия, величина которой составляет 650 С, Поэтому, чтобы работать без риска заморозить ванну, принят нижний предел температуры процесса, равный 750 С. Увеличение температуры выше 800 С нерацио- 20 нально, TBK как выше этой температуры становится заметной возгонка фторида алюминия из солевой ванны, что может привести к ухудшению условий протекания процесса, 25 Установлено, что при образовании твердого раствора лимитирующей стадией процесса является диффузия вследствие незначительной величины коэффициента диффузии. 30 Для повышения коэффициента диффузии перекристраллизацию проводят в солевых расплавах, Повышение коэффициента достигается за счет растворимости диоксидов в солевых расплавах, Растворенные в 35 солевом расплаве частицы диоксидов урана и плутония, сталкиваясь, образуют твердый раствор, который выделяется в осадок, Поэтому чем больше растворимость диоксидов в солевом расплаве, тем быстрее 40 проходит процесс перекристаллизации и, соответственно, процесс образования твердого раствора (U, Ро)02. Растворимость диоксидов урана и плутония в расплаве эвтектической смеси фто- 45 ридов лития и натрия невелика и не превышает 0,04 мас.%, Известно, что в расплаве натриевого криолита (2NaF А!Гэ) растворимость оксидов некоторых металлов достигает значительной величины (1-35 мас.%). Относительно растворимости оксидов в литиевом криалите (ЗЕ!Г AIFg) сведений не имеется. Натриевый криолит имеет температуру плавления 1000 С, а эвтектическая смесь фторидов лития и натрия плавится при 650 С. Поэтому экспериментально нужно опреде ить, какое количество фторида алюминия необходимо добавить к эвтектической смеси LIF--NaF, чтобы существенно повысить растворимость диоксидов урана и плутония и не слишком изменить температуру плавления солевой смеси. На чертеже представлен график растворимости диоксидов урана и плутония в расплаве эвтектической смеси фторидов лития и натрия при 800 С в зависимости от добавленного количества фторида алюминия. Как видно из чертежа, при содержании фторида алюминия в смеси более 25 мол.% происходит резкое увеличение растворимости диоксидов урана и плутония, Изобретение позволяет по сравнению с прототипом повысить выход конечного продукта с 62 — 89 до 97,9 — 98,4% и сократить длительность процесса в 50 раз за счет сокращения времени растворения (с 5 — 10 ч до 40-60 мин) и выделения конечного продукта, Формула изобретения 1. Способ получения твердого раствора диоксидов урана и плутония, включающий растворение механической смеси диоксидов урана и плутония в солевом расплаве и их взаимодействие, кристаллизацию и выделение конечного продукта, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения выхода конечного продукта и сокращения длительности процесса, в качестве солевого расплава используют эвтектическую смесь фторидов лития и натрия, содержащую 25— 35 мол,% фторида алюминия. 2, Способ по и, 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что растворение ведут при 750 — 800 С в инертной атмосфере при перемешивании, 1684263 10 20 30 Со8ержанце АИ;, мол% Редактор M.Келемеш Заказ 3482 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ЮО ® <. zs ф 3. О ф 1Х Составитель В.Нечипоренко Техред M.ÌîðãåHTàë Корректор Т,Малец
