Сорбент на основе уранилфторида и способ его получения


 


Владельцы патента RU 2422199:

Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" (RU)

Изобретение относится к технологии получения сорбентов для очистки гексафторида урана, получаемого из облученного ядерного топлива (ОЯТ), от гексафторида плутония. Сорбент содержит уранилфторид и добавку, увеличивающую пористость сорбента, выбранную из фторидов кальция, магния, стронция, бария в количестве 5-25 мас.%. Сорбент получают путем смешивания уранилфторида и добавки, полученную массу формуют, сушат при 20-25°С, в режиме ступенчатого нагрева при температурах 75, 120 и 150°С. Способ позволяет получать прочные гранулы сорбента с высокой пористостью 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии получения сорбентов для очистки гексафторида урана, получаемого из облученного ядерного топлива (ОЯТ), от гексафторида плутония, в частности к технологии синтеза фтористого сорбента на основе уранилфторида.

Одной из важных технологических операций при переработке ОЯТ по газофторидной технологии является удаление РuF6 из технологических газов после стадии фторирования.

Специалистами фирмы «Hitachi» (Япония), которые разрабатывают газофторидную технологию переработки ОЯТ - процесс «FLUOREX» -показано, что РuF6 из газов может быть эффективно выделен с помощью смешанного сорбента уранилфторида и фтористого лития [Заявка США №2006/0057042, А1, 2006, заявка США №2006/0057043, А1, 2006 г].

Уранилфторид для операции удаления гексафторида плутония используется в виде порошка, который синтезируется путем гидролиза гексафторида урана. В патенте [Патент Великобритании №1260562, 1969 г.] описано получение уранилфторида путем гидролиза гексафторида урана с получением частиц размером от -60 до +100 меш. В патенте [Патент Великобритании №1075233, 1965 г.] описывается получение частиц уранилфторида с поверхностью 6,1 см2/г и 9,2 см2/г. Задачей изобретений являлось получение порошкообразного уранилфторида.

Способ улавливания фторида плутония на порошкообразном сорбенте, содержащем уранилфторид [заявка США №2006/0057043, А1, 2006 г.], принятый нами за прототип, имеет серьезные недостатки, в том числе:

- большое гидравлическое сопротивление слоя порошка;

- значительный пылеунос применяемых мелкодисперсных частиц UO2F2;

- неравномерное прохождение газов через слой порошка, пристеночный эффект прохождения газов.

В настоящем изобретении предлагается осуществлять процесс очистки гексафторида урана от гексафторида плутония с помощью гранулированного сорбента на основе уранилфторида с использованием в качестве связующих добавок фторидов щелочноземельных металлов, которые инертны по отношению к гексафториду урана (СаF2, MgF2, SrF2, BaF2).

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении прочных гранул уранилфторида с высокой пористостью, для чего используется связующая добавка фторида щелочноземельного металла.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что сорбент для очистки гексафторида урана от гексафторида плутония, содержащий уранилфторид, дополнительно содержит добавку, увеличивающую пористость сорбента, выбранную из фторидов кальция, магния, стронция или бария в количестве 5-25 мас.%. Сорбент получают путем смешивания уранилфторида, добавки, выбранной из фторидов кальция, магния, стронция или бария. После смешения полученную массу формуют, сушат при 20-25°С и приготовленные гранулы сушат в режиме ступенчатого нагрева, ступенчатый нагрев проводят при 75, 120 и 150°С соответственно.

Сорбент на основе UO2F2 можно приготавливать в широком диапазоне соотношений UO2F2 и фторидов кальция, магния, стронция или бария (5-25 мас.% фторида щелочноземельного металла). При более низком содержании фторидов кальция, магния, стронция или бария (менее 5 мас.%.) значительно уменьшается показатель сорбента по пористости, которые играют важную роль при избирательной сорбции, а при более высоком содержании фторидов кальция, магния, стронция или бария (25 мас.%.) уменьшается прочность сорбента, что может привести к его разрушению, а также содержание основного вещества (UO2F2), что может привести к ухудшению процесса сорбции РuF6.

Согласно предлагаемому изобретению приготовление сорбента на основе уранилфторида осуществляют следующим образом.

Исходные порошки уранилфторида и фторидов кальция, магния, стронция или бария тщательно смешивают, увлажняют смесь водой для получения гелеобразной пасты, из пасты формуют гранулы, которые затем сушат и прокаливают.

Формование гранул осуществляли в перфорированных матрицах толщиной 4,0 мм с диаметром отверстий 3,5 мм. Гранулы сначала высушивали при комнатной температуре (20-25°С), а затем в режиме ступенчатого нагрева: 75, 120 и 150°С, который обеспечивал полное удаление воды. В полученных образцах гранулированных сорбентов определяли относительную пористость, прочность и другие структурно-механические свойства. Повышение температур при ступенчатом нагреве свыше указанных приводит к уменьшению пористости сорбента и снижению его сорбционных свойств.

Пример 1.

Смесь, содержащую 75 мас.%. UO2F2 и 25 мас.%. CaF2 увлажняли водой. После перемешивания получали пластичную пасту, из которой формовали гранулы. Гранулы сушили при комнатной температуре (20-25°С) в течение 24 часов, а затем проводили их температурную обработку при 75°С в течение 3 часов, 120°С в течение 1,5 часов и 150°С в течение 1,5 часов соответственно. Полученные гранулы имели цилиндрическую форму диаметром 3,5 мм и высотой 4,0 мм.

Гранулы имели следующие характеристики:

- насыпной вес 1,63 г/см2;

- прочность 85,1 кгс/см2;

- относительная пористость 46,2%;

- химический состав гранул: U-58,8%; F-21,9%, Ca-12,4%, остальное - кислород;

Другие примеры состава сорбентов и их структурно-механических показателей полученных по предлагаемому способу приведены в таблице 1. В таблице приведены наиболее важные технологические характеристики сорбентов, определяющие эффективность их использования: относительная пористость и удельная поверхность, от которых непосредственно будет зависеть емкость сорбента по РuF6, а также прочность гранул на раздавливание.

Таблица
Структурно-механические характеристики сорбентов на основе уранилфторида
Состав, мас.% Прочность, кг/см2 Пористость, %
5% CaF2 + 95% UO2F2 102,0 40,1
10% CaF2 + 90% UO2F2 88,4 45,3
10% MgF2 + 90% UO2F2 95,3 43,7
10% SrF2 + 90% UO2F2 73,4 51,2
20% CaF2 + 80% UO2F2 82,5 48,7
20% BaF2 + 80% UO2F2 63,2 53,9
25% CaF2 + 75% UO2F2 75,6 54,8

Таким образом, изобретение позволяет получать гранулированный фтористый сорбент с высокой пористостью и прочностью на основе уранилфторида. Добавка фторидов кальция, магния, стронция или бария обеспечивает хорошее формирование гранул. Указанный сорбент может быть применен для извлечения гексафторида плутония из гексафторида урана при переработке ОЯТ.

1. Сорбент для очистки гексафторида урана от гексафторида плутония, содержащий уранилфторид, отличающийся тем, что сорбент дополнительно содержит добавку, увеличивающую пористость сорбента, выбранную из фторидов кальция, магния, стронция или бария, в количестве 5-25 мас.%.

2. Способ получения сорбента по п.1, отличающийся тем, что сорбент получают путем смешивания уранилфторида и добавки, выбранной из фторидов кальция, магния, стронция или бария, полученную массу формуют, сушат при 20-25°С и приготовленные гранулы сушат в режиме ступенчатого нагрева, ступенчатый нагрев проводят при 75, 120 и 150°С соответственно.



 

Похожие патенты:

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.

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 химической технологии, конкретно - к технологии получения гексафторида урана (далее ГФУ) путем обработки соединений урана (окислы, тетрафторид урана и др.) элементным фтором.

Изобретение относится к получению тетрафторида урана (UF4), используемого в качестве материала для производства ядерного топлива, и касается способов его получения из металлического урана.
Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение в технологических процессах получения тетрафторида урана и по изготовлению металлического урана.

Изобретение относится к ядерному топливному циклу, а именно к способам переработки на каскаде газовых центрифуг загрязненного вредными изотопами 232U, 234 U, 236U уранового сырья.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам фторирования оксидов активных элементов, и может быть использовано в атомной промышленности при переработке облученного ядерного топлива, а также в технологии разделения изотопов.
Изобретение относится к технологии получения урана, а именно к способам получения гексафторида урана из оксидов. .

Изобретение относится к технологии выделения гексафторида урана из многокомпонентных газовых смесей, содержащих гексафторид урана, фтористые соединения фосфора, хрома, фтороводород и компоненты воздуха.

Изобретение относится к оборудованию для переработки сублимирующихся материалов и может быть использовано при переработке гексафторида урана. .
Изобретение относится к очистке воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения. .
Наверх