Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила и устройство для его осуществления



Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила и устройство для его осуществления
Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила и устройство для его осуществления
Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2528399:

Федеральное государственное унитарное предприятие "ГОРНО-ХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" (RU)

Изобретение относится к технологии кристаллизационного выделения и очистки продуктов. Заявленный способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила включает непрерывную кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила, разделение кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора, промывку кристаллов, сбор и выгрузку промытых кристаллов. При этом завершение процесса кристаллизации и переход кристаллов гексагидрата нитрата уранила в зону промывки осуществляют в изотермических условиях, промытые кристаллы направляют в емкость-сборник, заполненную промывным раствором, вытесняемым кристаллами в зону промывки, после заполнения емкости-сборника кристаллами производят поверхностное оплавление кристаллов на внутренних поверхностях емкости-сборника и запорной арматуры и выгрузку промытых кристаллов. Устройство для кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила содержит вертикальный кристаллизатор и колонну противоточной промывки кристаллов гексагидрата нитрата уранила, причем кристаллизатор и промывная колонна выполнены в виде единой трубы, к нижней части которой присоединен многопозиционный полнопроходный кран, поочередно соединяющий трубу с емкостями-сборниками промытых кристаллов. Техническим результатом является повышение прямого операционного выхода продукта, повышение производительности процесса и достижение требуемых показателей по очистке. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к массообменным процессам в системах с жидкой и твердой фазами и с наибольшим эффектом может быть использовано в гидрометаллургических технологиях ядерного топливного цикла на стадиях аффинажа природного или регенерированного урана.

Известны способы кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила (ГНУ) из азотнокислых растворов [Заявка Японии №10167730, G21C 19/46; Патент США №4759878, G21C 19/46], согласно которым процесс кристаллизационного выделения и очистки ГНУ проводится в периодическом режиме с дискретными порциями исходного материала и дискретными порциями выделяемых из него кристаллов ГНУ. Такой процесс является малопроизводительным, многостадийным и сопровождается образованием большого количества оборотных материалов, требующих утилизации.

Известны способ выделения и очистки ГНУ в непрерывном процессе и устройство для его осуществления [Патент РФ №2244966, G21C 19/46], согласно которому проводят непрерывную кристаллизацию ГНУ из охлаждаемого высококонцентрированного раствора (плава) нитрата уранила, шнековую разгрузку кристаллов из накопителя и противоточную промывку кристаллов в трубе шнека и в трубе накопителя. Устройство включает в себя вертикальную трубу кристаллизатора, соосную ей трубу зоны промывки и накопления кристаллов, наклонную трубу со шнеком для разгрузки, необходимые штуцеры для ввода и вывода потоков и термостатирующие рубашки.

Проведение процесса по этому способу показало нестабильность показателей по очистке из-за неравномерного контакта плотного слоя кристаллов с промывным раствором (образование каналов в слое). Кроме того, значительная адгезия кристаллов к внутренним поверхностям аппарата и когезионное нарастание прилипшего слоя приводило к полному зарастанию зоны выгрузки кристаллов и к остановке процесса.

Известен способ непрерывной очистки нитрата уранила (кристаллов ГНУ) и устройство для его осуществления [Патент РФ №2268510, G21C 19/46], выбранный в качестве прототипа.

Согласно способу-прототипу, непрерывную кристаллизацию ГНУ при охлаждении до 15-30°C плава, содержащего 800-1300 г/л урана и 0,5-3 моль/л, противоточную промывку кристаллов, расплавление кристаллов и выгрузку расплава осуществляют под действием вертикальных пульсаций (интенсивность - 1000 мм/мин, частота - 1/мин).

Устройство для осуществления способа представляет собой U-образный трубчатый аппарат, на одной стороне которого проводят подачу потока питания (плава), кристаллизацию ГНУ, промывку кристаллов восходящим потоком промывного раствора, в нижней части аппарата проводят накопление и расплавление кристаллов, получаемый расплав под действием гидростатического напора подают в обогреваемую трубу (вторая сторона U-образного аппарата) и далее самотеком он выводится из процесса. Центральная (нижняя) часть аппарата соединена с пульскамерой, что обеспечивает пульсационный режим всех процессов, протекающих в аппарате. Аппарат снабжен штуцерами для подачи и вывода необходимых потоков и термостатирующими рубашками для необходимого отвода и подвода тепла.

При проведении процесса кристаллизационного выделения и очистки ГНУ по способу-прототипу с использованием устройства, также принимаемого за прототип, исключался такой серьезный недостаток, как возможность остановки процесса по причинам, связанным с агломерацией продукта и его «намерзанием» на внутренних поверхностях аппарата. Однако в процессе последующих испытаний различного масштаба и продолжительности был выявлен ряд следующих принципиальных недостатков, как способа, так и устройства для его осуществления.

Постоянное пульсационное воздействие на систему «жидкая фаза -кристаллы» приводит к тому, что кристаллический продукт «разжижается» промывным раствором до объемного соотношения Т:Ж=(1:3)÷ (1:4), при нагревании твердая фаза расплавляется в получаемой суспензии и конечным продуктом процесса, получаемым по способу-прототипу, является разбавленный по урану раствор (450-500 г/л) с большим содержанием азотной кислоты (до 5 моль/л), что затрудняет его дальнейшую переработку и приводит к образованию значительных количеств жидких урансодержащих отходов. Кроме того, возникает повышенный оборот промывных растворов и снижается прямой (операционный) выход продукта. Вывод из процесса суспензии и разделение жидкой фазы и кристаллического продукта нарушают непрерывность процесса.

Значительная скрытая теплота плавления кристаллов ГНУ (22,8 кДж/моль) требует подвода соответствующего количества тепла, но низкая теплопроводность кристаллов ГНУ исключает интенсивный (высокотемпературный) подвод тепла, так как в этом случае на поверхности кристаллов начинается пирогидролиз и разложение ГНУ. Следствием является низкая производительность процесса, лимитируемая стадией расплавления кристаллов (не выше 2-3 кг урана в минуту на 1 м2 сечения трубы кристаллизатора).

Заявленный в способе-прототипе температурный режим кристаллизации, а также значительная неопределенность в составе потока питания (в интервале температуры от 105°C до 60°C, соответствующем переходу от выпаривания уранового раствора до подачи потока питания в кристаллизатор, плотность, а следовательно и объемная концентрация любого из компонентов потока меняется на 25-30%) имеют следствием непредсказуемые и высокие потери продукта с маточным раствором.

Задача, на решение которой направлены заявляемые способ и устройство, состоит в достижении высокого прямого операционного выхода продукта, в повышении производительности процесса и достижении требуемых показателей по очистке.

Техническим результатом осуществления устройства является реализация способа кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила с получением продукта в предельно концентрированном и очищенном виде, а также стабилизация непрерывности процесса кристаллизации.

Для решения поставленной задачи способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила включает непрерывную кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила, разделение кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора, противоточную промывку кристаллов гексагидрата нитрата уранила промывным раствором, вывод маточного раствора и отработанного промывного раствора, сбор и выгрузку промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, причем составы подаваемых в процесс концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила и промывного раствора поддерживают в соответствии с соотношением [UO2(NO3)2]=78,49 - k[HNO3], где [UO2(NO3)2] и [HNO3] - концентрации нитрата уранила и азотной кислоты в жидкой фазе, мас.%, 78,49 - концентрация нитрата уранила в кристаллах гексагидрата нитрата уранила, мас.%, k - коэффициент, определяющий положение рабочей линии процесса и имеющий численное значение от 1,50 до 2,24, предпочтительно от 1,55 до 1,80, при этом концентрация нитрата уранила в концентрированном азотнокислом растворе нитрата уранила составляет не менее 60 мас.%, а в промывном растворе - ниже концентрации, соответствующей пересечению рабочей линии с изотермой кристаллизации гексагидрата нитрата уранила, вплоть до безуранового состава, завершение процесса кристаллизации гексагидрата нитрата уранила и переход кристаллов гексагидрата нитрата уранила в зону промывки осуществляют в изотермических условиях, промытые кристаллы гексагидрата нитрата уранила направляют в емкость-сборник, заполненную промывным раствором, вытесняемым кристаллами гексагидрата нитрата уранила в зону промывки, после заполнения емкости-сборника кристаллами гексагидрата нитрата уранила производят поверхностное оплавление кристаллов гексагидрата нитрата уранила на внутренних поверхностях емкости-сборника и запорной арматуры и выгрузку промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила.

В частном варианте кристаллизацию и промывку кристаллов гексагидрата нитрата уранила проводят по одной рабочей линии при равных значениях коэффициента k для каждой из операций.

В другом частном варианте температуру изотермической зоны завершения процесса кристаллизации гексагидрата нитрата уранила и перехода кристаллов в зону промывки поддерживают не выше 10°C.

В другом частном варианте маточный раствор и отработанный промывной раствор выводят из процесса раздельно, из отработанного промывного раствора удаляют избыточную азотную кислоту упариванием или реагентным разрушением, после чего раствор направляют на кристаллизацию совместно с потоком питания.

В другом частном варианте для промывки кристаллов гексагидрата нитрата уранила подают дополнительный промывной поток, состав которого соответствует рабочей линии процесса, при этом расход дополнительного промывного потока не превышает 15% расхода потока промывного раствора, вытесняемого из емкости-сборника промытыми кристаллами гексагидрата нитрата уранила.

В другом частном варианте после заполнения емкости-сборника промытыми кристаллами гексагидрата нитрата уранила осуществляют дренаж емкости-сборника и направляют отделенный от кристаллов гексагидрата нитрата уранила раствор на приготовление промывного раствора.

В другом частном варианте отделенный от кристаллов гексагидрата нитрата уранила раствор подгружают к потоку отработанного промывного раствора, направляемого на удаление избыточной азотной кислоты.

Для решения поставленной задачи устройство для кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила содержит вертикальный кристаллизатор и колонну противоточной промывки кристаллов гексагидрата нитрата уранила, снабженные лопастной мешалкой, штуцерами для ввода потока питания и дополнительного промывного потока и вывода маточного и отработанного промывного раствора и секционированными термостатирующими рубашками для охлаждения, причем кристаллизатор и промывная колонна выполнены в виде единой трубы, к нижней части которой присоединен многопозиционный полнопроходный кран, поочередно соединяющий трубу с емкостями-сборниками промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, в количестве не менее двух, каждая из которых снабжена двухпозиционным полнопроходным краном для выгрузки промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, обогреваемым дренажным штуцером и термостатирующими рубашками для нагрева обечайки, вертикальных поверхностей конструктивных элементов емкости-сборника и двухпозиционного полнопроходного крана.

В частном варианте штуцеры вывода маточного раствора и отработанного промывного раствора врезаны в трубу кристаллизатора тангенциально, при этом векторы движения выводимых потоков и вектор движения лопасти мешалки противонаправлены, а угол между осями каждого из штуцеров и осью трубы кристаллизатора не превышает 45°.

В другом частном варианте ось вращения многопозиционного полнопроходного крана перпендикулярна оси единой трубы кристаллизатора и промывной колонны.

В другом частном варианте ось вращения многопозиционного полнопроходного крана совпадает с осью единой трубы кристаллизатора и промывной колонны.

На фиг.1 представлены изотермы растворимости системы UO2(NO3)2 - HNO3 - H2O, построенные частично по справочным данным [Справочник по растворимости, т.III, кН. 1, Л. «Наука», 1969, стр.268-273], частично по собственным экспериментальным данным, а также заявляемый интервал (сектор) рабочих линий процесса и, соответственно, составов потоков питания и промывных растворов. Из представленных данных следует, что проведение процесса по заявляемому способу обеспечивает достижение минимально возможного содержания урана в маточном и отработанном промывном растворах. Противоточная промывка кристаллов ГНУ неравновесным (ненасыщенным) по урану промывным раствором обеспечивает надежное удаление увлекаемого кристаллами ГНУ «грязного» маточного раствора и высокие параметры очистки, а проведение процессов кристаллизации и промывки по единой рабочей линии имеет следствием выравнивание составов, следовательно и плотностей маточного и отработанного промывного растворов, что препятствует «проваливанию» маточного раствора в зону промывки.

Изотермы растворимости системы UO2(NO3)2 - HNO3 - H2O и зона расположения рабочих линий процесса кристаллизации ГНУ. Значения k для рабочих линий 1, 2, 3, 4, 5 и 6 составляют 2,24; 1,96; 1,83; 1,6.

На фиг.2 схематически представлен вертикальный разрез устройства для осуществления кристаллизационного выделения и очистки ГНУ.

На фиг.3 изображена схема врезки штуцеров вывода маточного и отработанного промывного растворов из кристаллизатора, где 11 - обечайка колонны кристаллизатора; 12 - штуцер вывода маточного или отработанного промывного раствора; 13 - направление вращения мешалки.

Процесс кристаллизационного выделения и очистки ГНУ осуществляют следующим образом.

Через обогреваемый штуцер 1 исходный высококонцентрированный раствор (плав) очищаемого нитрата уранила дозируют в кристаллизатор 2 с работающей лопастной мешалкой, где происходит кристаллизация ГНУ. Зону кристаллизации, зону промывки и емкости-сборники предварительно заполняют промывным раствором, противоточное движение (относительно падающих кристаллов ГНУ) которого начинается с момента вхождения кристаллов ГНУ в зону промывки. Кристаллы ГНУ, последовательно перемещаясь через зону кристаллизации и зону промывки, через многопозиционный распределительный полнопроходный кран 3 поступают в одну из емкостей-сборников 4. Маточный и отработанный промывной растворы выводят через штуцеры 5 и 6 соответственно. Для исключения попадания в указанные потоки кристаллов ГНУ штуцеры врезаны в трубу кристаллизатора тангенциально, так что в месте врезки векторы движения выводимых потоков и вектора движения лопастной мешалки (и, соответственно, кристаллов ГНУ) противонаправлены (фиг.3).

В зависимости от способа утилизации маточного и отработанного промывного растворов, эти потоки выводят либо раздельно, либо совместно через один из штуцеров 5 или 6, перекрывая один из них.

После заполнения первой емкости-сборника поток кристаллов ГНУ переключением положения крана 3 направляют во вторую емкость-сборник. После переключения через дренажную проходку 7 и штуцер 8 осуществляют дренаж первой емкости-сборника, дренажный раствор используют для приготовления новой порции промывного раствора.

Далее в обогревающие рубашки емкости-сборника, дренажной проходки и полнопроходного крана 9 подают теплоноситель с температурой, превышающей температуру плавления кристаллов ГНУ. После непродолжительной (2-3 минуты) выдержки, необходимой для образования жидкой пленки расплава между обогреваемыми внутренними поверхностями емкости-сборника и кристаллами ГНУ, открывают полнопроходный кран 9 и очищенный кристаллический продукт (влажные кристаллы ГНУ), «скользя» по пленке расплава под действием силы тяжести покидает емкость-сборник. После выгрузки емкость-сборник охлаждают и заполняют свежей порцией промывного раствора.

Далее такие же операции проводят со второй емкостью-сборником, в результате реализуется непрерывный процесс кристаллизационного выделения и очистки ГНУ с попеременно-циклическим сбором и выгрузкой продукта.

Дренаж емкостей-сборников является операцией, проводимой или не проводимой в зависимости от требований к влажности кристаллов, т.е. к содержанию урана в продукте.

Примеры выполнения изобретения.

Эксперименты проводились на макетном кристаллизаторе с высотой зоны кристаллизации 1,5 метра и высотой зоны промывки 1,5 метра. Внутренний диаметр трубы кристаллизатора 3 см (свободное проходное сечение 6,16 см2). Объем емкостей сборников 1,8 л.

Пример 1.

Исходный (очищаемый) плав содержит 64 мас.% нитрата уранила, 8,57 мас.% азотной кислоты и (по разности) 27,43 мас.% воды. В качестве примесей плав содержит стабильные изотопы элементов, являющихся продуктами деления в отработавшем ядерном топливе: цезий - 150 мг/кг U, стронций 340 мг/кг U, европий - 715 мг/кг U, цирконий -530 мг/кг U, а также плутоний - 250 мкг/кг U.

Температура центрального участка трубы кристаллизатора (зона завершения процесса кристаллизации и начала процесса промывки) составляет 0°C, температура емкостей-сборников 20°C.

Состав промывного раствора: нитрат уранила 5,82 мас.%, азотная кислота 43 мас.% и (по разности) вода 51,18 мас.%, т.е. составы потока питания и промывного раствора отвечают единой рабочей линии [НУ]=78,49 - 1,69[HNO3].

Расход потока питания составил 2,01 кг/ч (0,82 л/ч при температуре потока питания 65°C), время заполнения каждой из емкостей-сборников - 1 час 40 минут (±2 минуты), дренаж каждой емкости-сборника - 7-10 минут, обогрев емкости-сборника и двухпозиционного полнопроходного крана для выгрузки продукта после дренажа - 3-5 минут, время выгрузки - менее 1 минуты. Таким образом, время заполнения каждой емкости-сборника превышает совокупное время всех последующих операций в шесть раз, что обеспечивает непрерывность процесса кристаллизации и промывки кристаллов ГНУ при высокой производительности процесса, составляющей более 21 кг урана в минуту на 1 м проходного сечения трубы кристаллизатора.

В таблице 1 представлены усредненные данные по величинам и составам потоков кристаллизационного цикла - материальный баланс кристаллизационного цикла (заполнение и выгрузка одной из емкостей-сборников).

Таблица 1
Поступление в процесс Выход из процесса
Поток Расход, кг Состав потока, мас. % Поток Расход, кг Состав потока, мас. %
Поток питания 4,16 НУ - 64,0 HNO3 - 8,57 H2O - 27,43 (1,61 кг U) Маточный раствор 0,87 НУ - 10,89
HNO3 - 40,0 H2O - 49,11 (0,057 кг U)
Промывной раствор (исходный) 2,32 НУ - 5,82
HNO3 - 43,0 H2O - 51,18 (0,08 кг U)
Отработанный промывной раствор 1,53 Идентичен маточному раствору (0,087 кг U)
Дренажный раствор 0,69 НУ - 30,4 HNO3 - 28,7 H2O - 40,9 (0,127 кг U)
Продукт (влажные кристаллы) 3,33 НУ - 70,51
HNO3 - 4,74 H2O - 24,75 (1,42 кг U)

Как видно из полученных данных, состав дренажного раствора также практически отвечает рабочей линии процесса кристаллизации - промывки кристаллов ГНУ, а состав отработанного промывного раствора идентичен составу маточного раствора, что обеспечивает высокие параметры очистки.

Усредненные (за 8 циклов работы емкостей-сборников) коэффициенты очистки от отделяемых примесей составили: Cs - (0,87±0,1)·103; Sr - (0,92±0,1)·103; Eu - (1,5±0,15)·103; Zr - (1,80±0,15)·103 и Pu - (0,37±0,05)·103.

Прямой выход урана в очищенный продукт составил 88%, а с учетом отбора дренажного раствора - 96%.

Пример 2.

Очистке подлежал урановый регенерат, полученный при переработке отработавшего ядерного топлива, но требовавший дополнительной очистки от нуклидов тория-228 и технеция-99, содержавшихся в регенерате в количествах 1,4-103 Бк/г U (228Th) и 1,22-103 нг/г U (99Tc). Подготовленный к переработке плав содержал 70 мас.% нитрата уранила, 5,4 мас.% азотной кислоты и (по разности) 24,6 мас.% воды, что соответствует рабочей линии процесса [НУ]=78,49 -1,57[HNO3].

Условия проведения процесса практически повторяли условия, приведенные в описании примера 1. Отличия состояли в следующем:

- температура емкостей-сборников понижена до 15°C;

- промывной раствор был безурановым и, в соответствии с единой рабочей линией процессов кристаллизации и промывки кристаллов, имел состав: [HNO3]=50 мас.% и [H2O]=50 мас.%;

- дренаж емкости-сборника не проводился, разгрузке подлежал кристаллический продукт совместно с равновесной жидкой фазой.

Материальный баланс усредненного кристаллизационного цикла (величины и составы потоков) представлен в таблице 2. Состав продукта, как и в примере 1, определялся анализом весовой аликвоты, отбираемой после расплавления выгруженной и взвешенной партии продукта.

Коэффициент очистки от отделяемых примесей составил 4-102 (от 228Th) и 1,8-103 (от 99Tc), что позволяет получить продукт, соответствующий требованиям ASTM 787-03.

Прямой выход урана в очищаемый продукт составил 93%.

Таблица 2
Поступление в процесс Выход из процесса
Поток Расход, кг Состав потока, мас. % Поток Расход, кг Состав потока, мас. %
Поток питания 3,78 НУ - 70,0 HNO3 - 5,4 H2O - 24,6 (l,59 кг U) Маточный раствор 0,48 НУ - 11,0
HNO3 - 43.0
H2O - 46,0 (0,03 кг U)
Промывной раствор (исходный) 2,36 HNO3 - 50,0 H2O - 50,0 Отработанный промывной раствор 1,53 Идентичен маточному раствору (0,10 кг U)
Продукт (влажные кристаллы) 3,98 НУ - 62,15
HNO3 - 10.4
H2O - 27,45 (1,48 кг U)

Из приведенных данных видно, что проведение процесса кристаллизационного выделения и очистки ГНУ по предлагаемому способу с использованием предлагаемого устройства для его осуществления позволяет реализовать высокопроизводительный процесс с прогнозированными параметрами всех стадий процесса и достижением стабильно высоких показателей по очистке и выходу продукта.

1. Способ кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила, включающий непрерывную кристаллизацию гексагидрата нитрата уранила из концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила, разделение кристаллов гексагидрата нитрата уранила и маточного раствора, противоточную промывку кристаллов гексагидрата нитрата уранила промывным раствором, вывод маточного раствора и отработанного промывного раствора, сбор и выгрузку промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, отличающийся тем, что составы подаваемых в процесс концентрированного азотнокислого раствора нитрата уранила и промывного раствора поддерживают в соответствии с соотношением [UO2(NO3)2]=78,49 - k[HNO3], где [UO2(NO3)2] и [HNO3] - концентрации нитрата уранила и азотной кислоты в жидкой фазе, мас.%, 78,49 - концентрация нитрата уранила в кристаллах гексагидрата нитрата уранила, мас.%, k - коэффициент, определяющий положение рабочей линии процесса и имеющий численное значение от 1,50 до 2,24, предпочтительно от 1,55 до 1,80, при этом концентрация нитрата уранила в концентрированном азотнокислом растворе нитрата уранила составляет не менее 60 мас.%, а в промывном растворе - ниже концентрации, соответствующей пересечению рабочей линии с изотермой кристаллизации гексагидрата нитрата уранила, вплоть до безуранового состава, завершение процесса кристаллизации гексагидрата нитрата уранила и переход кристаллов гексагидрата нитрата уранила в зону промывки осуществляют в изотермических условиях, промытые кристаллы гексагидрата нитрата уранила направляют в емкость-сборник, заполненную промывным раствором, вытесняемым кристаллами гексагидрата нитрата уранила в зону промывки, после заполнения емкости-сборника кристаллами гексагидрата нитрата уранила производят поверхностное оплавление кристаллов гексагидрата нитрата уранила на внутренних поверхностях емкости-сборника и запорной арматуры и выгрузку промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию и промывку кристаллов гексагидрата нитрата уранила проводят по одной рабочей линии при равных значениях коэффициента k для каждой из операций.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру изотермической зоны завершения процесса кристаллизации гексагидрата нитрата уранила и перехода кристаллов в зону промывки поддерживают не выше 10°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что маточный раствор и отработанный промывной раствор выводят из процесса раздельно, из отработанного промывного раствора удаляют избыточную азотную кислоту упариванием или реагентным разрушением, после чего раствор направляют на кристаллизацию совместно с потоком питания.

5. Способ по пп.1, 4 отличающийся тем, что для промывки кристаллов гексагидрата нитрата уранила подают дополнительный промывной поток, состав которого соответствует рабочей линии процесса, при этом расход дополнительного промывного потока не превышает 15% расхода потока промывного раствора, вытесняемого из емкости-сборника промытыми кристаллами гексагидрата нитрата уранила.

6. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что после заполнения емкости-сборника промытыми кристаллами гексагидрата нитрата уранила осуществляют дренаж емкости-сборника и направляют отделенный от кристаллов гексагидрата нитрата уранила раствор на приготовление промывного раствора.

7. Способ по пп.1, 2, 4, отличающийся тем, что отделенный от кристаллов гексагидрата нитрата уранила раствор подгружают к потоку отработанного промывного раствора, направляемого на удаление избыточной азотной кислоты.

8. Устройство для кристаллизационного выделения и очистки гексагидрата нитрата уранила, содержащее вертикальный кристаллизатор и колонну противоточной промывки кристаллов гексагидрата нитрата уранила, снабженные лопастной мешалкой, штуцерами для ввода потока питания и дополнительного промывного потока и вывода маточного и отработанного промывного раствора и секционированными термостатирующими рубашками для охлаждения, отличающееся тем, что кристаллизатор и промывная колонна выполнены в виде единой трубы, к нижней части которой присоединен многопозиционный полнопроходный кран, поочередно соединяющий трубу с емкостями-сборниками промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, в количестве не менее двух, каждая из которых снабжена двухпозиционным полнопроходным краном для выгрузки промытых кристаллов гексагидрата нитрата уранила, обогреваемым дренажным штуцером и термостатирующими рубашками для нагрева обечайки, вертикальных поверхностей конструктивных элементов емкости-сборника и двухпозиционного полнопроходного крана.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что штуцеры вывода маточного раствора и отработанного промывного раствора врезаны в трубу кристаллизатора тангенциально, при этом векторы движения выводимых потоков и вектор движения лопасти мешалки противонаправлены, а угол между осями каждого из штуцеров и осью трубы кристаллизатора не превышает 45°.

10. Устройство по пп.8, 9, отличающееся тем, что ось вращения многопозиционного полнопроходного крана перпендикулярна оси единой трубы кристаллизатора и промывной колонны.

11. Устройство по пп.8, 9, отличающееся тем, что ось вращения многопозиционного полнопроходного крана совпадает с осью единой трубы кристаллизатора и промывной колонны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к устройствам для хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), и может быть использовано в «сухом» хранилище, а также в защитных камерах хранилищ ОЯТ и АЭС.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке ампул с пучками отработавших тепловыделяющих элементов (твэлов) реактора РБМК-1000 в пеналы, и предназначено для использования в камере комплектации пеналов (ККП) сухого хранилища или на АЭС в качестве аварийного инструмента.

Изобретения относятся к ядерной технике, в частности к транспортированию и перегрузке облученных твэлов дисперсионных в алюминиевой оболочке высокообогащенных типа ДАВ-90 (далее «блоков ОДАВ») в транспортный упаковочный контейнер (ТУК).

Изобретение относится преимущественно к канальным реакторам АЭС типа РБМК с графитовой кладкой активной зоны. Способ включает снижение температуры облучения графита путем уменьшения аксиальной неравномерности термического сопротивления газового зазора технологического канала графитового ядерного канального реактора за счет заполнения газового зазора гелием с содержанием газовых примесей не выше 2%.

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано в устройствах для резки чехла с отработавшим ядерным топливом в ячейке хранилища. Устройство содержит вертикально-сверлильный станок, который установлен на платформе, расположенной с возможностью поворота относительно вертикальной оси на опорной кольцевой плите.

Изобретение относится с средствам манипуляции тепловыделяющими сборками (TBC) в ядерном реакторе. Машина (2) для загрузки TBC включает в себя направляющую мачту (10) и телескопически опускаемые из направляющей мачты (10) и снова поднимаемые телескопические элементы в виде центроискателя (12), грейфера (14) тепловыделяющего элемента и грейфера (16) элемента управления.

Изобретение относится к подъемным устройствам, которые могут быть использованы в атомной технике, и предназначено для использования в реакторах с жидкометаллическим теплоносителем при установке или снятии герметизирующей защитной пробки в крышке реактора.

Изобретение относится к устройству (40), применяемому для запрессовки и выпрессовки под давлением зажимного штифта (2), содержащему первое гнездо (52), противоположно которому расположена головка (56) для запрессовки, установленная подвижно на корпусе (42) устройства; второе гнездо (76), противоположно которому расположена головка (78) для выпрессовки, установленная также подвижно на корпусе (42); и средство (100) для создания давления, выполненное поворотным в корпусе (42), с возможностью перестановки из положения запрессовки, в котором оно может оказать давление на головку для запрессовки, в положение выпрессовки, в котором оно может оказать давление на головку для выпрессовки, и наоборот.

Изобретение относится к технике эксплуатации ядерных реакторов, в частности касается средств восстановления работоспособности температурного компенсатора тракта технологического канала (ТК) ядерного уран-графитового реактора, и может быть использовано при проведении капитальных ремонтов на реакторе.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам обеспечения безопасности при перегрузке ОТВС реактора ВВЭР-1000 из транспортных чехлов в чехлы хранилища, и предназначено для использования в водонаполненных хранилищах отработавшего ядерного топлива. Контейнер для хранения просыпей таблеток ОЯТ содержит корпус шестигранного сечения, идентичного шестигранному сечению ОТВС. В верхней части к корпусу присоединено донышко с горловиной, а к нижней части - коническое днище. На горловину установлена фиксируемая на ней крышка, верхняя часть которой по внешнему контуру идентична головке ОТВС, а расстояние между торцами нижней части вставки и верхней части крышки равно высоте ОТВС. Внутри корпуса установлена верхняя часть полой цилиндрической вставки с заглушенным верхним торцом и с отверстиями, исключающими попадание таблеток в полость вставки, на которую установлена сетка. Крышка снабжена лабиринтным уплотнением. Фиксирование крышки на горловине осуществляется с помощью байонетного соединения. Технический результат - возможность хранения просыпи таблеток как в мокром, так и в сухом хранилище без их перегрузки при применении штатных средств. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано преимущественно для перегрузки тепловыделяющих сборок (ТВС) в ядерных реакторах с жидкометаллическим теплоносителем. Захватное устройство содержит удлиненный массивный корпус с продольным каналом, в котором размещена подвижная штанга, запирающий узел на верхнем конце корпуса, фиксирующий положение штанги в корпусе, и узел захвата ТВС на нижнем конце захвата. Штанга выполнена с продольным каналом по оси штанги для чехла системы управления и защиты. Узел захвата содержит принимающий конус на нижнем конце штанги для ориентации узла захвата относительно ответного элемента на грузе; захватные рычаги, шарнирно закрепленные на нижнем конце штанги, и механизм управления положением захватных рычагов. Технический результат - расширение технологических возможностей захватного устройства, повышение надежности работы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к конструкции ядерных реакторов и систем с внешними источниками нуклонов, предназначенных для сжигания трансурановых химических элементов. Ядерный реактор для сжигания трансурановых химических элементов содержит подкритическую активную зону, содержащую элементы, подлежащие сжиганию, и внешний источник нуклонов высокой энергии. Активная зона состоит из микротопливных частиц, диспергированных в жидкометаллический теплоноситель, циркулирующий по замкнутому контуру, на верхний слой которого направлен пучок нуклонов высокой энергии. В качестве нуклонов используют протоны с энергией выше 800 МэВ, пучок которых проходит через блок развертки, на выходе которого угол пучка составляет более 45°. Технический результат - упрощение конструкции, повышение производительности реактора. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для фрагментации длинномерных радиоактивных изделий. Установка содержит подъемный механизм с кареткой, перемещающей изделие из шахты, механизм фиксации изделия, режущий механизм, контейнер для приема фрагментов изделия. Каретка подъемного механизма размещена в шахте под изделием, а над шахтой расположен механизм фиксации, снабженный синхронно выдвигающимися штоками, обжимающими боковую поверхность изделия во время резки. Режущий механизм расположен над механизмом фиксации, а над ним установлен поворотный механизм с захватом отделяемого фрагмента изделия, который обеспечивает удержание фрагмента при резке и его последующее перемещение в контейнер. Режущий механизм снабжен сабельной пилой с узким ножовочным полотном и приводом круговой подачи пилы, которые обеспечивают одновременное возвратно-поступательное и круговое движение полотна. При этом на приводе круговой подачи пилы установлен ролик для подпружинивания свободного края полотна, а также пластинчатая заслонка, расположенная в плоскости реза с зазором вдоль полотна по всей его длине. Технический результат - возможность обрабатывать сложные многокомпонентные длинномерные изделия с повышенными поперечными размерами, возможность сортировать фрагменты по компонентам и их раздельно контейнировать. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к управлению реактором деления на бегущей волне. Способ управления включает стадию определения формы фронта горения бегущей волны нейтронного деления и стадию, на которой определяют перемещение в активной зоне нескольких выбранных тепловыделяющих сборок в зависимости от требуемой формы фронта. Реализация способа обеспечивается электрическими схемами, предназначенными для определения требуемой формы фронта горения и для определения перемещения тепловыделяющих сборок в ядерном реакторе. Работа системы обеспечивается программируемыми аппаратными средствами. Технический результат - повышение глубины выгорания топлива и длительности кампании реактора. 3 н. и 103 з.п. ф-лы, 61 ил.

Изобретение относится к атомной технике, в частности к способу извлечения пробки и блока выемного реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Способ извлечения пробки и блока выемного при перегрузке ядерного реактора заключается в предварительном монтаже перегрузочного оборудования, выемке пробки из реакторного моноблока, а также транспортировке и размещении пробки в шахте для пробки, выгрузке блока выемного, его транспортировке и размещении блока выемного в шахте для разборки блока выемного. Технический результат заключается в извлечении из ядерного реактора пробки и блока выемного без тепловыделяющих сборок с помощью комплекса перегрузочного оборудования в радиационно-безопасных условиях. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к транспортированию, выгрузке и размещению пучков тепловыделяющих элементов реактора РБМК-1000 в пеналах сухого хранилища. Чехол контейнера содержит установленные на нижней диафрагме центральную трубу, трубчатые элементы (гнезда) для выемных кассет, жестко соединенные между собой ребрами в несколько ярусов. В ребрах выполнены соосные отверстия с образованием ячеек для размещения ампул с пучками твэлов. На диафрагме внутри гнезд и под ячейками установлены торцевые подпружиненные элементы, снабженные внутри гнезд присоединенным к их верхней части опорным диском, а под ячейками - опорными площадками. Суммарное усилие торцевых подпружиненных элементов, установленных под выполненными в ребрах ячейками, назначается с учетом количества торцевых подпружиненных элементов и веса загруженных пучками твэлов ампул. Технический результат - обеспечение транспортирования пучков твэлов с нормальными и повышенными значениями прямолинейности и наружного диаметра, а также взаимодействие трубчатых демпферов ампул, расположенных в ячейках боковых ребер с торцевыми подпружиненными элементами независимо от их взаимного расположения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретения относится к ядерной технике, в частности к перегрузке ампул с пучками тепловыделяющих элементов реактора РБМК-1000 из транспортного чехла в пеналы сухого хранилища. Крышка для перегрузки съемных решеток пенала, загруженных ампулами и включающих присоединенные к основанию вертикальные стойки с пазами и ячейки для размещения ампул с пучками твэлов, содержит диск с центральным грибком и захватным буртом. В центральном грибке установлен замок, управляющий выдвижением замыкающих стержней с ползунами. Ползуны выполнены с верхними и нижними пластинами, расположенными по обе стороны диска и соединенными вертикальными ребрами, установленными в направляющих пазах диска. При установке диска на вертикальные стойки нижние пластины ползунов расположены на одном уровне с пазами вертикальных стоек и выполнены с возможностью вхождения в пазы. Технический результат - возможность зацепления крышкой съемной решетки, загруженной ампулами, за вертикальные стойки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно области ядерных реакторов с жидким теплоносителем, и, в частности, может быть использовано для отработки режимов перемещения пробки реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Способ определения оптимальных параметров процесса перемещения пробки ядерного реактора заключается в том, что на стенде для испытания, по меньшей мере, 5 раз перемещают в макете коробки переходной макет пробки с установленным на ней макетом приспособления для транспортировки пробки на 5 этапах при разных усилиях, имитирующих выталкивающую силу, действующую на пробку. Определяют оптимальные параметры перемещения механизмов подъема макета коробки переходной. Выталкивающую силу имитируют гидроцилиндром дискретно. При этом на каждом этапе задают значение давления в гидроцилиндре, соответствующее рассчитанному усредненному значению выталкивающей силы, действующей на пробку на соответствующем диапазоне глубин погружения. По экспериментальным данным осуществляют выбор оптимальных параметров процесса перемещения пробки ядерного реактора. Технический результат - уменьшение времени простоя в ходе проведения регламентных и ремонтных работ. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к атомной технике, а именно к устройству для установки и извлечения длинномерного оборудования из ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем, в частности натриевым. Перегрузочное устройство (ПУ) для установки и извлечения из ядерного реактора длинномерного оборудования включает мост, тележку, корзину, двухканальный контейнер с биологическими защитами, стойку с технологическим оборудованием, системы точного наведения, редуктор с приводом поворота контейнера, поворотную плиту, подвижную защиту, защитное кольцо с центрирующими элементами, переходные трубы и штанги-удлинители. При этом переходные трубы, герметично установленные на поворотные пробки реактора, снабжены устройствами управления захватами и устройством подъема подвижной защиты в виде механизмов винт-гайка. Двухканальный контейнер оборудован шиберным устройством и оснащен шариковыми захватами, перемещаемыми при помощи “толкающих” цепей. Технический результат - расширение арсенала средств перегрузки длинномерного оборудования. 10 ил.
Наверх