Аппарат для гидролиза гексафторида урана

Авторы патента:

Багдатьев Дмитрий Николаевич (RU)

Бандурин Николай Николаевич (RU)

C01G43/06 - фториды

Владельцы патента RU 2548443:

Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" (RU)

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 химического аффинажа в цикле производства ядерного топлива и может найти применение в области получения чистых солей и окислов из гексафторида урана (ГФУ).

В предложенном аппарате проведение процесса гидролиза газообразного гексафторида урана (ГФУ) осуществляют с использованием раствора азотнокислого алюминия Аl(NO₃)₃.

Наиболее близким к предложенному аппарату является аппарат для гидролиза гексафторида урана, содержащий корпус, в верхней части которого имеются патрубки для подачи ГФУ и раствора HF и патрубок для отвода образующихся газов (HF). В нижней части корпуса имеется патрубок выгрузки продуктов реакции (RU 2465208 С1, опубликован 10.10.2011). В рабочей зоне корпуса для равномерного перемешивания исходных реагентов установлена якорная мешалка с дополнительной парой направленных вверх лопастей и рыхлитель, выполненный в виде П-образной пластины, установленной неподвижно на кольцевом выступе вала мешалки ответно просветам между лопастями якорной мешалки.

Недостатком ближайшего аналога является сложность конструкции аппарата и, как следствие, большая его материалоемкость, а также наличие большого количества вращающихся частей.

Кроме того, при гидролизе гексафторида урана раствором азотнокислого алюминия возможны следующие нежелательные последствия.

Раствор азотнокислого алюминия в таком процессе используется для связывания образующихся ионов фтора (F^-) в прочные катионные комплексы [АlF]⁺² или [AlF₂]⁺¹, что обеспечивается строгим соблюдением молярного соотношения между подаваемым в процесс алюминием и фтором величиной не более 1:2 (на практике 1:1,5 или 1:1,8).

Несоблюдение такого соотношения приводит к появлению в растворе таких соединений, как твердая фаза АlF₃, которая забивает систему орошения осадком, или высших анионных комплексов алюминия [AlF₄]^-1, [AlF₅]^-2 и [AlF⁶]^-3, которые при распаде выделяют ион фтора (F^-), разрушающий технологическое оборудование. Кроме того, все продукты перефторирования, находясь в рабочем растворе, оказывают сильное влияние на течение технологического процесса на последующих операциях, что приводит к получению бракованной продукции.

В приведенном выше известном аппарате (RU 2465208 С1) происходит реакция между ГФУ и потоком орошающего раствора - водного раствора HF - причем продуктом гидролиза является соединение UO₂F₂, которое может находиться как в твердом, так и в растворенном состоянии, поэтому пересыщение рабочего раствора в этом процессе (как общее, так и локальное) по взаимодействующим компонентам и продуктам реакции значения не имеет. Газы, отходящие от аппарата, содержат фтористоводородную кислоту, которая находится в газообразном состоянии и не образует твердых соединений.

При проведении процесса гидролиза ГФУ раствором азотнокислого алюминия пересыщение раствора по соединениям фтора, сопровождающееся образованием твердой фазы АlF₃ или высших фторидов алюминия, недопустимо, а в указанном известном аппарате локальное пересыщение в верхней части аппарата неизбежно. Кроме того, через вентиляционный трубопровод выходят остатки не прореагировавшего ГФУ, которые его забивают, образовывая твердые соединения.

Задачей предлагаемого изобретения является создание простой конструкции аппарата для гидролиза гексафторида урана, не содержащей вращающихся частей и обеспечивающей надежную работу, при которой исключается возможность локального перефторирования орошающего раствора и забивания аппарата и вентиляционного патрубка продуктами гидролиза ГФУ.

Техническим результатом изобретения является обеспечение взаимодействия всего потока ГФУ с орошающим раствором без использования подвижных перемешивающих устройств при одновременном исключении перефторирования орошающего раствора.

Технический результат достигается тем, что аппарат для гидролиза гексафторида урана содержит корпус, в верхней части которого расположены средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора, в котором расположены средства для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора и который имеет в нижней части отверстие для слива полученного раствора. При этом средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора включают расширительную воронку, установленную в верхней части корпуса с возможностью подачи газообразного гексафторида урана через ее внутреннюю часть, а орошающего раствора - по ее внешней поверхности, при этом корпус выполнен в виде колонны, а устройство для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора представляет собой неподвижное завихрительное устройство, выполненное в виде лопастей, размещенных ярусами в периферийной зоне колонны и изогнутых таким образом, что верхняя вогнутая поверхность каждой лопасти обращена к нижней выпуклой поверхности соседней лопасти, а длина лопастей в радиальном направлении увеличивается от яруса к ярусу в направлении сверху вниз.

В частных случаях реализации изобретения возможны следующие варианты его выполнения:

- в нижней части колонны расположен вентиляционный патрубок, выполненный в виде полочного скруббера для улавливания остатков гексафторида урана;

- вокруг верхней части расширительной воронки образована распределительная чаша для орошающего раствора с отверстием в дне, образующем с расширительной воронкой кольцевой зазор для подачи орошающего раствора на ее внешнюю поверхность.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется с помощью чертежей.

На фиг. 1 изображено продольное сечение предложенного аппарата.

На фиг. 2 - ярус завихрительного устройства, вид сверху.

На фиг. 3 - сечение по А-А на фиг. 2.

На фиг. 4 - фрагмент сечения по Б-Б на фиг. 2.

Аппарат для гидролиза гексафторида урана выполнен в виде колонны 1, в верхней части которой расположены средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора, включающие патрубки 2 и 3, соответственно, а в нижней части - отверстие 4 для слива водного раствора азотнокислого уранила, полученного в результате перемешивания и реакции указанных выше компонентов. Средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора также включают установленную в верхней части колонны 1 расширительную воронку 5 в форме усеченного конуса, расширяющегося в сторону нижней части колонны 1. Внутренняя часть воронки 5 соединена с патрубком 2 для подачи газообразного ГФУ, а вокруг верхней части расширительной воронки 5 образована распределительная чаша 6, соединенная с патрубком 3 для подачи орошающего раствора, при этом в дне такой чаши 6 выполнено отверстие, образующее с расширительной воронкой 5 кольцевой зазор 7, через который орошающий раствор поступает на внешнюю поверхность воронки 5.

По высоте колонны 1 установлено устройство для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора в виде неподвижного завихрительного устройства 8, выполненного с возможностью формирования направленного вниз конуса 9 потока орошающего раствора, перемешивающегося с ГФУ.

Завихрительное устройство 8 представляет собой установленную в колонне 1 шестиярусную кассету, каждый ярус которой примыкает к стенке колонны 1 и выполнен в виде цилиндрической обечайки 10, на которой закреплены несколько лопастей 11 (на фиг. 2 - шесть), так что они расположены в периферийной зоне колонны 1. Каждая лопасть 11 эллиптически изогнута в вертикальном сечении (проходящем через хорду поперечного сечения колонны 1) таким образом, что ее верхний край расположен ближе к колонне 1, а нижний - ближе к ее центральной оси. При этом верхняя вогнутая поверхность каждой лопасти 11 обращена к нижней выпуклой поверхности соседней лопасти. Длина лопастей 11 в радиальном направлении увеличивается от яруса к ярусу в направлении сверху вниз таким образом, что размеры свободного пространства между лопастями 11 в центральной части колонны 1 уменьшаются в направлении сверху вниз, что обеспечивает обратный конус потока орошающего раствора.

Каждая лопасть 11 снабжена отбойником 12, препятствующим срыву струи орошающего раствора к центру обечайки 10, и разделительными выступами 13, разделяющими орошающий раствор на отдельные струи для того, чтобы увеличить площадь массобмена. Отбойник 12 образован отгибом вверх края лопасти 11, обращенного к центральной оси колонны 1, под углом 90 градусов. Разделительные выступы 13 образованы с боковой стороны каждой лопасти 11 также отгибом вверх под углом 90 градусов. Таким образом, поток орошающего раствора завихряется, перемещаясь по верхним поверхностям лопастей 11, а увеличение длины лопастей 11 по высоте колонны 1 образует уменьшающееся сверху вниз свободное пространство в центре колонны 1, обеспечивая формирование обратного конуса потока орошающего раствора в объеме колонны 1.

Объем изобретения не ограничивается описанной конструкцией завихрительного устройства. Оно может иметь и иное выполнение и расположение завихрителей, обеспечивающих сужение свободного пространства внутри колонны 1.

В нижней части колонны 1, где ГФУ в отходящих газах ничтожно мало, имеется вентиляционный патрубок в виде полочного скруббера 10, в которой подают незначительное количество орошающего раствора для улавливания остатков ГФУ. Таким образом, полностью улавливаются все остатки ГФУ в отходящих газах и предотвращается забивание трубопровода.

Аппарат работает следующим образом.

ГФУ подается в колонну 1 через внутреннюю часть расширительной воронки 5, а весь объем орошающего раствора поступает через кольцевой зазор из распределительной чаши 6 на внешнюю поверхность расширительной воронки 5 и далее на завихрительные устройства 8, создающие направленный вершиной вниз конус потока орошающего раствора, который постепенно и с постоянным перемешиванием поглощает расположенный внутри конуса поток ГФУ. Так как весь объем орошающего раствора вступает в реакцию с незначительным количеством ГФУ, локальное перефторирование его невозможно, что позволяет насытить раствор, ориентируясь на максимальную концентрацию насыщения по фтору. Такая концентрация фтора в растворе позволяет экономить до 20% алюминия.

1. Аппарат для гидролиза гексафторида урана, содержащий корпус, в верхней части которого расположены средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора, в котором расположено устройство для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора и который имеет в нижней части отверстие для слива полученного раствора, отличающийся тем, что средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора включают расширительную воронку, установленную в верхней части корпуса с возможностью подачи газообразного гексафторида урана через ее внутреннюю часть, а орошающего раствора - по ее внешней поверхности, при этом корпус выполнен в виде колонны, а устройство для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора представляет собой неподвижное завихрительное устройство, выполненное в виде лопастей, размещенных ярусами в периферийной зоне колонны и изогнутых таким образом, что верхняя вогнутая поверхность каждой лопасти обращена к нижней выпуклой поверхности соседней лопасти, а длина лопастей в радиальном направлении увеличивается от яруса к ярусу в направлении сверху вниз.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части колонны расположен вентиляционный патрубок, выполненный в виде полочного скруббера для улавливания остатков гексафторида урана.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что вокруг верхней части расширительной воронки образована распределительная чаша для орошающего раствора с отверстием в дне, образующим с расширительной воронкой кольцевой зазор для подачи орошающего раствора на ее внешнюю поверхность.

Изобретение относится к технологии получения соединений урана и, в частности к очистке тетрафторида урана от соединений углерода, фосфора, азота и других примесей.

Способ переработки огарков фторирования // 2537581

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.

Способ переработки гексафторида урана // 2489357

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано при переработке обедненного гексафторида урана. .

Способ получения тетрафторида урана // 2484020

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.

Способ очистки гексафторида урана от фторидов рутения // 2479490

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.

Способ получения разбавителя для переработки оружейного высокообогащенного урана в низкообогащенный уран // 2479489

Изобретение относится к ядерному топливному циклу, а именно к технологии получения разбавителя для переработки гексафторида оружейного высокообогащенного урана (ВОУ) в гексафторид низкообогащенного урана (НОУ).

Способ очистки гексафторида урана // 2472710

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

Аппарат для гидролиза гексафторида урана // 2465208

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.

Способ получения тетрафторида урана // 2456243

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано для получения тетрафторида урана. .

Способ получения гексафторида урана и реактор для осуществления способа // 2456242

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

Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран // 2562288

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.

Способ получения порошка диоксида урана из гексафторида урана и установка для его осуществления // 2567633

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.

Способ получения тетрафторида урана // 2569399

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.

Способ очистки металлических поверхностей от отложений урана // 2579055

Изобретение относится к технологии урана, применительно к эксплуатации производств по разделению изотопов урана, и может быть использовано для очистки различных металлических поверхностей, работающих в среде гексафторида урана, от нелетучих отложений урана. Способ очистки металлических поверхностей от отложений урана включает обработку поверхностей газообразными фторирующими реагентами, содержащими ClF3 и F2 в массовом соотношении (1,7÷3,6):1, в условиях динамического течения процесса, путем циркуляции газов через отложения урана и слой фторида натрия, нагретого до 185-225°C. Изобретение обеспечивает интенсификацию процесса фторирования, селективное извлечение из газа гексафторида урана и исключение образования коррозионно-активных и легкоконденсирующихся продуктов реакций. 1 пр., 1 табл.

Способ динамической газификации отложений урана // 2588241

Изобретение относится к ядерной технике и химической промышленности и может быть использовано для очистки и восстановления металлических поверхностей установок, предназначенных для разделения изотопов урана. Способ включает последовательную циркуляцию газовой смеси, содержащей ClF3 и F2 в массовом соотношении (1,5÷3,5):1, через отложения урана и слой фторида натрия, нагретого до 190-220°C. Изобретение позволяет увеличить эффективность процесса фторирования, снизить расход ClF3, увеличить степень возврата UF6 в разделительный каскад и сократить период возврата UF6 в разделительный процесс. 3 ил., 1 табл.

Способ испарения гексафторида урана из баллона // 2594009

Изобретение относится к переработке гексафторида урана (ГФУ) и может быть использовано для извлечения гексафторида урана из баллонов различной вместимости. Способ испарения гексафторида урана из баллона, включающий нагрев баллона двухсекционным индуктором, подачу азота в баллон в импульсном режиме. В конце процесса баллон вакуумируют через коллектор газообразного гексафторида урана до давления 50 кПа. В баллон через отсосную трубку подают нагретый азот при давлении, превышающем давление газа в баллоне на 30-50 кПа, причем подачу азота осуществляют в импульсном режиме при температуре боковой стенки 60-80°С и температуре днища 60-150°С и давлении образующейся газовой смеси 100-150 кПа, причем нагрев баллона дополнительно осуществляют путем включения донного нагревателя мощностью 4-8 кВт, при достижении верхней зоны индуктора 60°С, а нижней 65°С. Изобретение позволяет увеличить производительность баллона по газообразному гексафториду урана, полностью извлекать неиспарившийся остаток ГФУ из баллона, в 3-4 раза снизить удельное энергопотребление на единицу испаряемого сырья, стабилизировать расход азота, обеспечить высокое качество получаемых порошков диоксида урана. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

Способ конверсии гексафторида урана до тетрафторида урана и безводного фторида водорода // 2594012

Изобретение относится к области разработки технологии конверсии обедненного гексафторида урана с получением тетрафторида урана и, далее, металлического урана для военных целей или оксидов урана для длительного хранения или использования в быстрых реакторах, а также безводного HF. Способ конверсии гексафторида урана включает нагревание гексафторида урана до температуры 100°С, смешивание его с сухим азотом до концентрации 25-30 об.% и контактирование полученной газообразной смеси с атомарным водородом, в качестве источника которого используют метанол в газовой фазе при температурах 350-650°С, при этом дополнительно тетрафторид урана превращают в диоксид урана и безводный фторид водорода. Изобретение обеспечивает эффективное получение химически активного тетрафторида урана, не загрязненного конструкционными материалами, и оксидов урана, не загрязненных фтором. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 пр.

Способ получения тетрафторида урана // 2601477

Изобретение относится к атомной промышленности и химической технологии неорганических веществ и может быть использовано для получения тетрафторида урана сухим методом в производстве гексафторида урана или металлического урана. Способ получения тетрафторида урана заключается в том, что смешивают диоксид урана с бифторидом аммония и карбамидом, проводят термообработку полученной смеси при температуре выше точки кипения карбамида, но ниже температуры точки кипения бифторида аммония с последующей выдержкой при этой температуре до образования двойной соли, и затем осуществляют термообработку при температуре 500-600°C с выдержкой при этой температуре в вакууме или в инертной атмосфере до получения тетрафторида урана. Изобретение обеспечивает получение кондиционного тетрафторида урана с выходом не менее 98%, а также упрощение процесса его получения. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Способ очистки загрязненного сырья для разделительного производства // 2613157

Изобретение относится к способам очистки загрязненного вредными изотопами сырья для использования его в дальнейшем для получении восстановленного урана для ядерного топлива. Способ очистки загрязненного сырья для разделительного производства от вредных изотопов заключается в снижении концентрации изотопов 232U, 234U, 236U путем переработки гексафторида урана загрязненного сырья в двойном каскаде газовых центрифуг. Гексафторид урана загрязненного сырья перерабатывают в двойном каскаде газовых центрифуг, предназначенных для получения низкообогащенного гексафторида 235U из чистого гексафторида урана, подаваемого на основное питание первого каскада, загрязненное сырье подают на дополнительное питание первого каскада. Очищенное сырье отбирают из первого или второго каскада. Изобретение позволяет получить качественное сырье с допустимым содержанием лимитирующих вредных изотопов. 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 табл., 4 пр.

Способ получения тетрафторида урана // 2625871

Изобретение относится к атомной промышленности и химической технологии неорганических веществ, а именно к способу получения тетрафторида урана сухим методом в производстве гексафторида урана или металлического урана. Способ заключается в том, что смешивают диоксид урана с бифторидом аммония, размещают смесь порошков в замкнутой емкости с ограниченным доступом воздуха, устанавливают замкнутую емкость в другую емкость с зазором, который заполняют засыпкой из углеграфитового материала в виде гранул таким образом, чтобы гранулы полностью укрывали замкнутую емкость, далее осуществляют термообработку полученной смеси на стадии образования двойной соли урана в воздушной атмосфере при температуре выше точки плавления бифторида аммония, но ниже точки его кипения и термообработку двойной соли на стадии ее разложения до тетрафторида урана при температуре выше начала окисления углеграфитового материала, но ниже температуры плавления тетрафторида урана. Изобретение обеспечивает получение кондиционного тетрафторида урана с низким содержанием кислорода, высокой насыпной плотностью и выходом более 99%, а также упрощение процесса. 9 з.п. ф-лы, 2 табл.