Способ очистки гексафторида урана


 


Владельцы патента RU 2472710:

Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к технологии очистки гексафторида урана от легколетучих примесей и может быть использовано для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств. Способ очистки гексафторида урана от легколетучих примесей включает переведение гексафторида урана в жидкое состояние, выдержку жидкого гексафторида урана при температуре 80-100°С в закрытом контейнере в течение времени, достаточного для сосредоточения легколетучих примесей в поверхностном слое жидкости, формирование при этом слоя очищенного гексафторида урана и переливание после этого очищенного гексафторида урана в другой контейнер. При этом время выдержки жидкого гексафторида урана задают не менее величины 2,0563·10-3·mГФУ/DK2, где mГФУ - масса гексафторида урана в контейнере, кг, DK - диаметр контейнера, м, а массовую скорость перелива, кг/с, предотвращающую смешение очищенного гексафторида урана с поверхностным слоем, поддерживают не более величины 694,725·10-4·D2, где D - диаметр контейнера. Изобретение обеспечивает более простой способ очистки гексафторида урана и получение гексафторида урана чистотой более 99,95%. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии очистки гексафторида урана от легколетучих примесей и может быть использовано для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств.

Для газоцентрифужных разделительных производств, в технологии получения обогащенного по U235 гексафторида урана (ГФУ), существуют достаточно жесткие ограничения на содержание легких летучих примесей (компоненты воздуха, F2, HF, гексафториды молибдена и вольфрама и др.) в сырьевом и в товарном ГФУ-продукте. Суммарное содержание примесей в сырьевом ГФУ не должно превышать 0,05 мас.%. Примеси негативно сказываются на работе газоразделительного оборудования, снижая работу разделения, влияя на долговечность работы ГЦ и качество товарного продукта.

В процессе производства гексафторида урана, при возгонке гексафторида урана осуществляется очистка урана от целого ряда элементов, образующих нелетучие фториды. Совместно с ураном в газовую фазу переходят летучие примеси: некоторые элементы IV, V, VI групп периодической системы элементов Д.И.Менделеева, главным образом фториды ванадия и молибдена, т.к. эти элементы часто ассоциируют с ураном в исходном сырье и следуют за ним в целом ряде химико-технологических переделов; фторид водорода, который попадает в элементарный фтор из электролизных ванн и может образоваться в результате побочных реакций при фторировании тетерафторида до гексафторида урана; неконденсируемые газы (кислород, азот), которые могут попасть в систему за счет неплотностей аппаратуры или образоваться при фторировании азот- и кислородсодержащих соединений (В.Б.Шевченко, Б.Н.Судариков. Технология урана. М.: Госатомиздат, 1961, с.298-299).

Известен способ очистки газообразного гексафторида урана с применением газодиффузионной технологии - на очистительных каскадах, состоящих из блоков газодиффузионных машин (Обогащение урана/Под ред. С.Виллани / Пер. с англ. под ред. Кикоина. - М.: Энергоатомиздат, 1983 стр.135). По этому способу эффективность очистки ГФУ от HF незначительна из-за способности HF образовывать с ГФУ ассоциативное соединение.

Другим методом очистки ГФУ, содержащего летучие примеси, является ректификация (В.Б.Шевченко, Б.Н.Судариков. Технология урана. М.: Госатомиздат, 1961, с.299) - прототип. Очистку осуществляют в ректификационной колонне при температуре 75°С и давлении 2÷4 атм, при питании колонны жидким ГФУ. Очищенный гексафторид урана получают в кубовом остатке и собирают в транспортные баллоны или направляют непосредственно на питание разделительного завода. Примесные фракции представляют собой в основном азеотроп гексафторида урана с HF, а также азеотропы фторидов молибдена и ванадия и др. с HF. С целью повышения товарного выхода ГФУ и уменьшения количества отходов примесные фракции направляют на сорбционный узел извлечения гексафторида урана. Сложное технологическое оформление процесса и большие объемы примесных фракций ограничивают применение ректификации.

Задачей изобретения является разработка более простого способа очистки гексафторида урана, получение гексафторида урана чистотой более 99,95%.

Поставленную задачу решают тем, что в способе очистки гексафторида урана от легколетучих примесей, включающем переведение гексафторида урана в жидкое состояние, жидкий гексафторид урана при температуре 80÷100°С выдерживают в закрытом контейнере в течение времени, достаточного для сосредоточения легколетучих примесей в поверхностном слое жидкости и формирования при этом слоя очищенного гексафторида урана, после чего очищенный гексафторид урана переливают в другой контейнер, при этом время в часах выдержки жидкого гексафторида урана при указанной температуре задают не менее величины 2,0563·10-3·mГФУ/DК2, где - mГФУ - это масса в кг гексафторида урана в контейнере, DK - диаметр контейнера в метрах, а массовую скорость перелива в кг/с, предотвращающую смешение очищенного гексафторида урана с поверхностным слоем, поддерживают не более величины 694,725·10-4·D2, где D - диаметр контейнера в метрах.

Перелив завершают при высоте слоя жидкости над уровнем заборного отверстия переливной трубки не менее 2 см.

Способ осуществляют следующим образом.

Контейнер с очищаемым ГФУ, рассчитанный на высокое давление, соединен с приемным контейнером (пустым) при помощи переливной трубки, один конец которой опущен в исходный контейнер, а другой конец трубки опущен в приемный контейнер. Трубка снабжена запорной арматурой.

ГФУ переводят в жидкое состояние. В процессе выдержки при температуре 80÷100°С жидкого гексафторида урана в закрытом контейнере (запорная арматура закрыта), давление при этом развивается до 4-5 атм (405,2÷506,5 кПа), основное количество примесей, азеотропы UF6-HF, MoF6-HF, WF6-HF и др., накапливается в поверхностном слое жидкого ГФУ за счет значительной разности плотностей самого ГФУ и его азеотропа с HF и других азеотропов (ρГФУ=3540 кг/м3, ρАЗЕОТРОПА=3140 кг/м3). При этом формируется слой очищенного гексафторида урана. Частично примеси, в том числе и компоненты воздуха, фтор, фторид водорода, переходят и в газовую фазу. Выдержку осуществляют в течение времени (в часах), достаточного для сосредоточения легколетучих примесей в поверхностном слое жидкости и формирования при этом слоя очищенного гексафторида урана, которое определяют из экспериментально полученного соотношения: tВЫД≥2,0563·10-3·mГФУ/DK2, где - mГФУ - это масса в кг гексафторида урана в контейнере, DK - диаметр контейнера в метрах, tВЫД - время выдержки в часах.

Затем осуществляют перелив очищенного ГФУ при помощи переливной трубки за счет разности давлений в исходном и приемном контейнерах. Температуру в исходном контейнере во время перелива поддерживают 80÷100°С, в приемном контейнере 20÷60°С. Давление в исходном контейнере 4÷5 атм, давление (разрежение) в приемном контейнере менее 1 мм рт.ст. (133,3 Па). Перелив осуществляют со скоростью, предотвращающей смешение очищенного и загрязненного примесями слоев, выраженной в кг/с, определяемой из соотношения G≤694,725·10-4·D2, где D - диаметр контейнера в метрах.

Скорость перелива регулируют запорной арматурой, установленной на переливной трубке.

Перелив завершают при высоте слоя жидкости над уровнем заборного отверстия переливной трубки не менее 2 см. Для выполнения этого условия рассчитывают количество жидкости, которое должно остаться в контейнере (на какой высоте закреплено заборное отверстие переливной трубки - известно для каждого контейнера), количество жидкости контролируют по весу.

После завершения перелива остатки жидкой фазы испаряют. Газовую фазу, имеющую повышенное содержание примесей, десублимируют при температуре минус 20°С и минус 196°С. Заполненные при минус 20°С контейнеры могут быть подвергнуты процедуре очистки, как описано выше; заполненные при минус 196°С контейнеры передают в узел сорбционной очистки.

Пример

Исходный контейнер имеет диаметр 1,2 м (DK) и содержит 6000 кг (mГФУ) гексафторида урана чистотой 99,95%. Заборное отверстие переливной трубки размещено на высоте 7 см от дна контейнера. Исходный контейнер устанавливают в автоклав на весы и, нагревая до температуры 80÷100°С, переводят ГФУ в жидкое состояние. Жидкий гексафторид урана выдерживают при этой температуре в течение времени tВЫД≥2,0563·10-3·mГФУ/DK2, где - mГФУ - это масса гексафторида урана в кг в контейнере, DK - диаметр контейнера в метрах.

tВЫД≥2,0563·10-3·6000/1,22≥8,57 ч.

После выдержки жидкого гексафторида урана при заданной температуре в течение 8,57 часа нижний слой (очищенный) гексафторида урана переливают в другую емкость (контейнер) с массовой скоростью в кг/с, предотвращающей перемешивание нижнего (очищенного) и верхнего (в котором сосредоточена основная часть примесей) слоев, определяемой из соотношения:

G≤694,725·10-4·D2, где D - диаметр контейнера в метрах.

G≤694,725·10-4·1,22≤0,1 кг/с.

Скорость перелива ≤0,1 кг/с. Перелив завершают при высоте слоя жидкости над уровнем заборного отверстия переливной трубки не менее 2 см, т.е. не менее 7+2=9 см =0,09 м (Н) от дна контейнера. В контейнере должно остаться жидкости, не менее:

В контейнере осталось 360 кг.

В процессе эксперимента перелито 5640 кг очищенного гексафторида урана. Чистота ГФУ составила 99,985 мас.%.

Остатки жидкой фазы после перелива, имеющие повышенное содержание легколетучих примесей, испаряют. Содержимое контейнера десублимируют в другие контейнеры при температуре минус 20°С (70% остатков) и минус 196°С (30% остатков). Заполненные при минус 20°С контейнеры могут быть подвергнуты процедуре очистки, как описано выше; заполненные при минус 196°С контейнеры передают в узел сорбционной переработки.

1. Способ очистки гексафторида урана от легколетучих примесей, включающий переведение гексафторида урана в жидкое состояние, отличающийся тем, что жидкий гексафторид урана при температуре 80÷100°С выдерживают в закрытом контейнере в течение времени, достаточного для сосредоточения легколетучих примесей в поверхностном слое жидкости и формирования при этом слоя очищенного гексафторида урана, после чего очищенный гексафторид урана переливают в другой контейнер, при этом время в часах выдержки жидкого гексафторида урана при указанной температуре задают не менее величины 2,0563·10-3·mГФУ/DK2, где mГФУ - это масса в кг гексафторида урана в контейнере, DK - диаметр контейнера в метрах, а массовую скорость перелива в кг/с, предотвращающую смешение очищенного гексафторида урана с поверхностным слоем, поддерживают не более величины 694,725·10-4·D2, где D - это диаметр контейнера в метрах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перелив завершают при высоте слоя жидкости над уровнем заборного отверстия переливной трубки не менее 2 см.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для проведения низкотемпературного порционного гидролиза твердого гексафторида урана в водном растворе фтороводорода и может быть использовано при переработке обедненного (отвального) гексафторида урана до порошкообразного диоксодифторида урана и безводного фтороводорода.
Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано для получения тетрафторида урана. .

Изобретение относится к технологии фторирования порошкообразного сырья, а именно к способу и реактору для получения гексафторида урана. .

Изобретение относится к области экологии и направлено на предупреждение загрязнения окружающей среды и отравления радиоактивными веществами. .
Изобретение относится к технологии урановых производств и, в частности, может быть использовано при переработке отходов, содержащих фториды урана. .
Изобретение относится к технологии получения сорбентов для очистки гексафторида урана, получаемого из облученного ядерного топлива (ОЯТ), от гексафторида плутония.
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 технологии получения разбавителя для переработки гексафторида оружейного высокообогащенного урана (ВОУ) в гексафторид низкообогащенного урана (НОУ)
Изобретение относится к технологии рециклирования ядерных энергетических материалов, а именно к способам очистки гексафторида урана от фторидов рутения, и может быть использовано для возврата урана, выделенного из отработавшего ядерного топлива, в топливный цикл легководных реакторов

Изобретение относится к способам получения тетрафторида урана, а именно к способам получения тетрафторида урана на переделе гидрофторирования диоксида урана, и может быть использовано в производстве гексафторида урана или металлического урана
Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано при переработке обедненного гексафторида урана

Изобретение относится к способам переработки уран-фторсодержащих растворов, полученных от растворения огарков фторирования в производстве гексафторида урана. Способ включает растворение огарков в растворе азотной кислоты, извлечение урана из фторсодержащего азотнокислого раствора путем восстановления его гидразином на платиновом катализаторе, при постоянной очистке поверхности катализатора от осадка тетрафторида урана, отделение катализатора от азотнокислого раствора и осадка тетрафторида урана, обеспечение эквимолярного отношения фторид-ионов к урану (IV) в полученном растворе и разделение осадка тетрафторида урана и азотнокислотного раствора, при этом азотнокислотный раствор повторно используют для растворения огарков фторирования, предварительно доукрепив по азотной кислоте. Изобретение обеспечивает высокую степень восстановления урана и уменьшение количества нитрат-фторсодержащих отходов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к технологии получения соединений урана и, в частности к очистке тетрафторида урана от соединений углерода, фосфора, азота и других примесей. Способ очистки тетрафторида урана от примесей летучих фторидов заключается в термообработке тетрафторида урана при температуре от 350 до 520°С газообразным фторидом водорода, который получают терморазложением бифторида щелочного металла, в смеси с осушенным воздухом, взятых в соотношении от 1:7 до 1:2, после чего газовую смесь направляют в аппарат, в котором осуществляют термическое разложение бифторида щелочного металла. Изобретение обеспечивает повышение качества тетрафторида урана, снижение расхода фторида водорода. 1 з.п. ф-лы, 4 пр., 2 табл.

Изобретение может быть использовано при получении чистых солей и окислов из гексафторида урана (ГФУ). Аппарат для гидролиза гексафторида урана содержит корпус, в верхней части которого установлены средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора. В корпусе расположено устройство для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора. В нижней части корпуса имеется отверстие 4 для слива полученного раствора. Средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора включают расширительную воронку 5, установленную в верхней части корпуса с возможностью подачи газообразного гексафторида урана через ее внутреннюю часть, а орошающего раствора - по ее внешней поверхности. Корпус выполнен в виде колонны 1. Устройство для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора представляет собой неподвижное завихрительное устройство 8, выполненное в виде лопастей, размещенных ярусами в периферийной зоне колонны. Лопасти изогнуты таким образом, что верхняя вогнутая поверхность каждой лопасти обращена к нижней выпуклой поверхности соседней лопасти. Длина лопастей в радиальном направлении увеличивается от яруса к ярусу в направлении сверху вниз. В аппарате процесс гидролиза газообразного гексафторида урана осуществляют с использованием раствора азотнокислого алюминия. Изобретение позволяет упростить конструкцию аппарата путем исключения вращающихся элементов, повысить надежность аппарата за счет исключения возможности локального перефторирования орошающего раствора и забивания аппарата и вентиляционного патрубка продуктами гидролиза ГФУ. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области экологии и направлено на предупреждение возможности загрязнения окружающей среды и отравления населения радиоактивными веществами. Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран включает взаимодействие гексафторида урана с металлическим натрием, при этом исходные компоненты подают в реактор в стехиометрическом соотношении в виде газообразного гексафторида урана и жидкого металлического натрия, распыленного через форсунки, температуру поддерживают от 1133°С до 1705°С. Изобретение обеспечивает эффективную конверсию гексафторида урана. 1 пр.

Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к способу получению порошка диоксида урана методом пирогидролиза и к установке для его осуществления. Способ включает подачу в предварительно разогретую первую реакционную зону реакционной камеры гексафторида урана и водяного пара, которые вступают в реакцию с образованием уранилфторида, подачу во вторую реакционную зону реакционной камеры смеси водяного пара и водорода для восстановления в ней полученного в первой реакционной зоне уранилфторида до диоксида урана. При этом подачу смеси водяного пара и водорода во вторую реакционную зону осуществляют через сопла, расположенные в ее конической части, в вертикальные трубы, расположенные соосно соплам, для создания в трубах восходящих прямоточных двухфазных потоков, которые преобразуются в криволинейные потоки дефлекторами в сепарационной зоне, для предварительного разделения твердой и газообразной фаз. После чего во вторую реакционную зону оседают отделенные в сепарационной зоне частицы, образуя циркулирующий слой смеси порошков уранилфторида и диоксида урана. После постепенного накопления объема смеси порошков диоксида урана и уранилфторида процесс подачи водяного пара и гексафторида урана прекращают, а вместо этого начинают подавать водород. Далее происходит процесс довосстановления уранилфторида в диоксид урана и затем выгрузка товарного порошка диоксида урана. Изобретение обеспечивает получение порошка диоксида урана с улучшенным качеством и повышение производительности. 2 н. и 2 з. п. ф - лы, 2 ил.

Изобретение относится к неорганической химии урана, в частности к технологии получения тетрафторида урана. Способ получения тетрафторида урана заключается в осаждении его из растворов, содержащих хлоридно-фторидный комплекс U+4, фтористоводородной кислотой, при температуре процесса 70-80°C, при этом используют фтористоводородную кислоту, содержащую четырехвалентный уран в количестве, не превышающем его растворимость. Изобретение обеспечивает получение крупнокристаллического, хорошо фильтрующегося осадка тетрафторида урана и исключение образования локальных перенасыщений. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.
Наверх