Электролизер для растворения оксидов металлов



Электролизер для растворения оксидов металлов
Электролизер для растворения оксидов металлов
Электролизер для растворения оксидов металлов
Электролизер для растворения оксидов металлов
Электролизер для растворения оксидов металлов

 


Владельцы патента RU 2404130:

Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к электролизерам для растворения оксидов урана, плутония или смешанных оксидов урана и плутония в азотной кислоте с использованием двухвалентного серебра и может быть использовано для извлечения урана (плутония) из отходов различных производств ядерно-топливного цикла. Предлагается электролизер, содержащий цилиндрический корпус, днище, электролитическую ячейку, люк для загрузки растворяемых продуктов, технологические патрубки. Днище выполнено цилиндрическим. В состав электролизера дополнительно введена пульсационная камера, образованная с помощью перегородки, имеющей с днищем щелевидный проход вдоль образующей цилиндрического днища. Пульсационная камера может быть образована днищем и перегородкой или боковой стенкой корпуса, днищем и перегородкой. Применение пульсационной камеры не только упрощает электролизер при условии соблюдения ядерно-безопасных геометрических размеров самого аппарата, но и создает дополнительный технический результат: обеспечивается высокая эффективность растворения оксидов за счет полного и интенсивного перемешивания. При этом электролизер занимает меньшую производственную площадь. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к электролизерам для растворения оксидов урана, плутония и (или) смешанных оксидов урана и плутония в азотной кислоте с использованием двухвалентного серебра и может быть использовано для извлечения урана (плутония) из отходов различных производств ядерно-топливного цикла.

В заявке ФРГ № 2619148, опубликованной 10.11.1977, описывается электролизер, состоящий из прямоугольной электролитической ячейки, в днище которой расположена серия отверстий, связывающих электролитическую ячейку с продольным каналом, проходящим вдоль днища и стенки электролитической ячейки. Канал связан с пневматическим или гидравлическим пульсационным генератором. Периодическое пропускание в донной части электролитической ячейки через электролит пульсирующего потока газа приводит к перемешиванию электролита.

Основные недостатки этого устройства:

1) недостаточно полное перемешивание гетерогенных фаз в электролитической ячейке в результате неравномерности распределения импульса по поперечному сечению из-за наличия застойных зон по краям ячейки;

2) невозможность использования в устройстве порошкообразных веществ из-за возможности попадания их в окружной канал через отверстия в донной части;

3) использование инертного газа для перемешивания сред в радиохимическом производстве приводит к усложнению технологической схемы, т.к. газ, выходящий из электролизера, требует специальной очистки от радионуклидов.

Известно устройство для извлечения плутония, содержащегося в твердых отходах (US № 4749519, опубл. 07.06.1988), принятое за прототип. Устройство содержит две вертикальных трубы. Первая труба содержит анод, катод, расположенный в катодном отделении, связанном с колонной для промывки газа. В этой же трубе расположена турбина, приводимая в движение двигателем, которая обеспечивает перемешивание и циркуляцию смеси жидкое-твердое между первой и второй трубами, соединенными промежуточными патрубками. Во второй трубе содержится фильтровальная корзина вибрационного типа для удержания отходов и устройство в виде змеевика для охлаждения смеси вокруг фильтровальной корзины. Между первой и второй трубами установлен нейтронно-поглощающий экран. Конструкция является громоздкой, сложна в изготовлении, занимает большие производственные площади. Наличие механической мешалки (турбины) требует использования специальных сальниковых уплотнений в месте ввода вала в аппарат для герметизации радиоактивной среды в устройстве от внешней среды. Фильтровальная корзина вибрационного типа дополнительно усложняет конструкцию из-за наличия узла ввода механической вибрации.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке электролизера, обеспечивающего высокую эффективность растворения оксидов урана, плутония или смешанных оксидов урана и плутония в азотной кислоте с использованием двухвалентного серебра за счет полного и интенсивного перемешивания реагирующих фаз в электролитической ячейке при соблюдении ядерно-безопасных геометрических размеров самого устройства.

Для решения поставленной задачи предлагается электролизер для растворения оксидов урана, плутония или смешанных оксидов урана и плутония в азотной кислоте с использованием двухвалентного серебра, содержащий цилиндрический корпус, крышку и цилиндрическое днище. Размещенная внутри корпуса электролитическая ячейка содержит расположенные коаксиально корпусу трубчатый катод, пористую трубчатую мембрану и анод, на наружной поверхности которого расположены радиальные ребра. При этом в состав электролизера дополнительно введена пульсационная камера, образованная с помощью перегородки, имеющей с днищем щелевидный проход вдоль образующей цилиндрического днища. Пульсационная камера может быть образована днищем и перегородкой или боковой стенкой корпуса, днищем и перегородкой.

На фиг.1 показан продольный разрез электролизера, на фиг.2 - поперечное сечение А-А электролизера на фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б донной части электролизера на фиг.1, на фиг.4 - вид В сбоку на цилиндрическое днище на фиг.1, на фиг.5 - вариант исполнения электролизера.

Электролизер содержит цилиндрический корпус 1 (см. фиг.1) с крышкой 2 и цилиндрическим днищем 3, которое представляет собой часть цилиндрической обечайки, которая ограничивает обечайку корпуса 1 того же диаметра при сопряжении их друг с другом под прямым углом. Внутри корпуса размещена электролитическая ячейка 4, содержащая расположенные коаксиально корпусу трубчатый катод 5, трубчатую пористую мембрану 6 и анод 7. На наружной поверхности анода 7 расположены радиальные ребра 8 (см. фиг.2). Для регулирования температуры раствора в корпусе размещен U-образный холодильник 9 и сифон 10, предназначенный для выдачи раствора из электролизера. Пульсационная камера 11, расположенная в нижней части корпуса 1, образована цилиндрическим днищем 3 и перегородкой 12, установленной так, что перегородка 12 образует с днищем 3 щелевидный проход 13 вдоль образующей цилиндрического днища 3 (см. фиг.3). Посредством пульсопровода 14, соединенного с пульсационной камерой 11, подается пневматический (или гидравлический) импульс давления от пульсатора (не показан) в пульсационную камеру 11. Корпус 1 имеет в своей верхней части патрубок 15, предназначенный для подачи исходной кислоты и корректировки кислотности раствора. В крышке 2 смонтирован патрубок 16, через который производится загрузка растворяемых оксидов.

Аппарат работает следующим образом. В электролизер через патрубок 15 заливают раствор азотной кислоты, вводят серебро в виде металла или нитрата, через патрубок 16 засыпают диоксид плутония (урана) либо продукты, содержащие их оксиды. На анод 7 и катод 5 подают электрический ток, а в пульсационную камеру 11 подают импульсы. Процесс ведут либо до пропускания расчетного количества тока, либо до заданной концентрации плутония в растворе. Периодически, по мере изменения концентраций реагирующих компонентов в электролизере, добавляют оксид плутония (урана), а также азотную кислоту для корректировки кислотности раствора. После завершения растворения суспензию, содержащую растворенные уран и плутоний, выводят из электролизера посредством вакуума, создаваемого в сифоне 10. Контролируют температуру раствора и при необходимости подают охлаждающую воду в холодильник 9.

Во время электролиза у поверхности катода 5 образуется коллоидное серебро, которое в виде крупных или мелких частиц находится во взвешенном состоянии в катодной части раствора. В случае если в объеме раствора значительно уменьшено количество растворяемого оксида, то двухвалентное серебро диффундирует к катоду и там восстанавливается. Это приводит к резкому снижению выхода по току. Чтобы получить выход по току, близкий к 100%, необходимо, чтобы на скорость растворения не влияли никакие другие факторы, кроме процесса генерации двухвалентного серебра. При этом условии важным фактором, влияющим на процесс растворения, является интенсивность перемешивания. Для этого в пульсационную камеру 11 электролизера подают импульс с заданной частотой. Образующиеся восходящие вихревые потоки раствора поднимают осевшие на дно нерастворенные частицы твердой фазы в раствор и поддерживают их в электролитической ячейке 4 между радиальными ребрами 8 во взвешенном состоянии. Щелевидный проход 13 вдоль образующей цилиндрического днища 3 обеспечивает полный подъем твердых частиц во взвешенное состояние без образования застойных зон.

Также пульсационная камера 11 может быть образована боковой стенкой корпуса 1, днищем 3 и перегородкой 12 (см. фиг.5). Работа электролизера в этом случае аналогична работе электролизера, пульсационная камера которого образована днищем и перегородкой.

Применение пульсационной камеры не только упрощает электролизер при условии соблюдения ядерно-безопасных геометрических размеров самого аппарата, но и создает дополнительный технический результат: обеспечивается высокая эффективность растворения оксидов за счет полного и интенсивного перемешивания. При этом электролизер занимает меньшую производственную площадь.

1. Электролизер для растворения оксидов урана, плутония или смешанных оксидов урана и плутония в азотной кислоте с использованием двухвалентного серебра, содержащий цилиндрический корпус, днище, электролитическую ячейку, технологические патрубки, отличающийся тем, что электролизер содержит крышку и цилиндрическое днище, размещенная внутри корпуса электролитическая ячейка содержит расположенные коаксиально корпусу трубчатый катод, пористую трубчатую мембрану и анод, на наружной поверхности которого расположены радиальные ребра, при этом в состав электролизера дополнительно введена пульсационная камера, образованная с помощью перегородки, имеющей с днищем щелевидный проход вдоль образующей цилиндрического днища.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что пульсационная камера образована цилиндрическим днищем и перегородкой.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что пульсационная камера образована боковой стенкой корпуса, днищем и перегородкой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области получения металлов электролитическим способом из расплавов, а именно к конструкциям электролизеров, и может найти применение для получения легких, тугоплавких металлов и кремния с высокой степенью чистоты.

Изобретение относится к металлургии индия и может быть использовано в технологии переработки отходов и рафинирования индия электролизом в расплаве. .

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способу получения магния и хлора и технологической линии для его осуществления. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности способу создания анодных и катодных узлов магниевых и алюминиевых электролизеров. .

Изобретение относится к области разработки металлоплакирующих присадок к смазочным композициям, содержащим твердофазные ультрадисперсные добавки металлов, и предназначено для получения нанокластеров меди, свинца, цинка, никеля с размерами частиц 15-50 нм.

Изобретение относится к алюминиевой промышленности, в частности к области получения алюминия путем электролиза криолит-глиноземного расплава, а именно к алюминиевому электроду сравнения.

Изобретение относится к устройствам для получения металлов электролитическим способом и может быть использовано при получении хрома электролизом водного раствора его кислот и солей.
Изобретение относится к металлургии благородных металлов и может быть использовано на предприятиях вторичной металлургии по переработке радиоэлектронного лома и при извлечении золота или серебра из отходов электронной и электрохимической промышленности, в частности к способу извлечения благородных металлов из отходов радиоэлектронной промышленности.

Изобретение относится к конструкциям диафрагменных ячеек для электролитического извлечения никеля из водных растворов, в частности к анодной ячейке. .

Изобретение относится к конструкциям диафрагменных ячеек для электролитического извлечения никеля из водных растворов, в частности к анодной ячейке. .

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано при получении плутония высокой степени чистоты. .

Изобретение относится к устройствам для разделения и глубокой очистки радиоактивных элементов, обладающих различной способностью к образованию амальгам, и может найти применение в радиохимической промышленности для выделения радиоактивных изотопов, используемых в медицине, в аналитической химии для выделения анализируемого элемента.
Изобретение относится к области химической и радиохимической промышленности и может быть использовано для получения нитридного ядерного топлива (мононитрида урана и смеси мононитридов урана и плутония).
Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в аналитической химии. .

Изобретение относится к способу совместного осаждения актиноидов со степенью окисления (IV), в котором селективный органический комплексообразователь, состоящий из атомов кислорода, углерода, азота, водорода или из карбоновой кислоты, добавляют в водные растворы, содержащие актиноиды в степени окисления (IV), проводят одновременное осаждение по крайней мере двух комплексных соединений актиноидов, затем осадок прокаливают.

Изобретение относится к способам стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии в азотнокислых растворах. .

Изобретение относится к области получения плутония и его соединений. .
Изобретение относится к переработке и утилизации твердых радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности. .

Изобретение относится к технологии вскрытия концентратов редкоземельных элементов из природных фосфорсодержащих концентратов. .
Наверх