Способ получения нитрата уранила


 


Владельцы патента RU 2563480:

Акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к технологии переработки химических концентратов природного урана. Способ получения нитрата уранила включает обработку водным раствором нитрата аммония соединений урана таких как: оксиды урана, полиуранаты натрия, полиуранаты аммония или пероксид урана, и спекание полученных смесей в интервале температур 200-350°C. Изобретение обеспечивает увеличение выхода нитрата уранила и снижение взрывоопасности процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии переработки химических концентратов природного урана, включающей выщелачивание (растворение) химических концентратов природного урана азотной кислотой, экстракционный аффинаж нитрата уранила, химическую денитрацию нитрата уранила через осаждение аммиаком полиуранатов аммония с получением маточника, содержащего нитрат аммония, термическое разложение полиуранатов аммония до триоксида урана, его восстановление, гидрофторирование до тетрафторида урана и фторирование до гексафторида урана. Химические концентраты природного урана (ХКПУ), в основном, представлены соединениями урана: UO2, U3O8, UO3, Na2U2O7, (NH4)2U2O7 и UO4.

Недостаток данной технологии состоит в том, что нитрату аммония - продукту химической денитрации нитрата уранила, из-за опасности его загрязнения ураном невозможно найти применения в гражданских отраслях промышленности.

Для проведения процесса экстракционного аффинажа ХКПУ предварительно растворяют в азотной кислоте по реакциям:

3UO2+8HNO3=3UO2(NO3)2+2NO+4H2O

UO2+4HNO3=UO2(NO3)2+2NO2+2H2O

3U3O8+20HNO3=9UO2(NO3)2+3NO+10H2O

UO3+2HNO3=UO2(NO3)2+H2O

Na2U2O7+6HNO3=2UO2(NO3)2+2NaNO3+3H2O

(NH4)2U2O7+6HNO3=2UO2(NO3)2+2NH4NO3+3H2O

UO4+2HNO3=UO2(NO3)2+H2O+1/2O2

В результате растворения уран, находящийся в ХКПУ в виде различных соединений, переходит в нитрат уранила.

После экстракционной очистки нитрата уранила проводят аммиачное осаждение полиуранатов аммония по реакции:

UO2(NO3)2+2NH4OH=0,5(NH4)2U2O7+2NH4NO3+H2O

Задача состоит в использовании нитрата аммония, появляющегося в процессе аммиачного осаждения, для нитрования химических концентратов природного урана с получением нитрата уранила.

Известен способ переработки облученного ядерного топлива [патент РФ №2366012, МПК G21F 9/28, опубл. 27.08.2009, бюл. №24], по которому UO2 обрабатывается диоксидом азота с добавлением стехиометрического (из расчета получения гексагидрата нитрата уранила) количества воды. В этом процессе U(IV) окисляется и переходит в нитрат. Достоинство способа состоит в проведении нитрования UO2 нитрующим агентом без использования азотной кислоты.

Недостаток способа состоит в том, что нет рентабельной технологии получения диоксида азота из нитрата аммония.

Известна твердофазная реакция [Meera Keskar, Vittal Rao T.V., Sali S.K. Solid state reactions of UO2, ThO2 and (U, Th)O2 with ammonium nitrate // Thermo-chimica Acta, 20 October 2010, V. 510, I. 1-2, P. 68-74] (прототип) между UO2 и нитратом аммония, в результате которой UO2 нитруется с образованием двойных солей нитрата уранила с нитратом аммония:

5UO2+22NH4NO3=5(NH4)2UO2(NO3)4+N2+12NH3

5UO2+17NH4NO3=5NH4UO2(NO3)3+N2+12NH3

Для нитрования UO2 спекали с NH4NO3 в различных соотношениях, повышая температуру до 400°C на воздухе. Конечные продукты при 400°C были определены как U3O8 и UO3. В процессе твердофазной реакции были идентифицированы промежуточные продукты в виде двойных солей (NH4)2UO2(NO3)4 и NH4UO2(NO3)3, образовавшихся при 180 и 220°C.

Достоинство способа, взятого за прототип, состоит в использовании нитрата аммония в качестве нитрующего агента при нитровании диоксида урана для получения нитрата уранила в виде двойной соли.

Недостаток данного способа состоит во взрывоопасности реагента - безводной соли нитрата аммония и низком выходе UO2 в нитрат уранила.

Задачей изобретения является снижение взрывоопасности процесса и увеличение выхода нитрата уранила.

Поставленную задачу решают тем, что в способе получения нитрата уранила, включающем нитрование соединений урана нитрующим агентом, соединения урана, такие как: оксиды урана, полиуранаты натрия, полиуранаты аммония или пероксид урана переводят в нитрат уранила обработкой водным раствором нитрата аммония и спеканием полученных смесей в интервале температур 200-350°C.

Используют водный раствор нитрата аммония концентрацией 2-9 моль/л.

Полученную смесь оксидов урана и нитрата уранила растворяют в азотной кислоте или в азотнокислых рафинатах от экстракционного аффинажа урана.

Известно, что «…влажная соль, содержащая более 3% воды, не взрывается даже при взрыве детонатора…» [Позин М.Е., Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот). Л.: Химия, 1974, ч. 2, с. 1183]. Однако неизвестно, как пойдет нитрование ХКПУ, если парогазовая фаза кроме продуктов термического разложения будет содержать пары воды.

На фигуре 1 представлена зависимость выхода U3O8 в UO2(NO3)2 от агрегатного состояния нитрата аммония.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1.

Известно, что октаоксид триурана в химических реакциях ведет себя как смесь оксидов UO2 и UO3 [Технология урана: учебное пособие / А.А. Маслов, Г.В. Каляцкая, Г.Н. Амелина, А.Ю. Водянкин, Н.Б. Егоров - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2007. - С. 17]. Поэтому для интегральной оценки результатов реакции с нитратом аммония сразу UO2 и UO3 в качестве исходного оксида был взят U3O8.

К U3O8 добавляли NH4NO3 в стехиометрическом соотношении, рассчитанном из уравнения нитрования:

U3O8+6,4NH4NO3+3,2H2O=3UO2(NO3)2+0,2N2+6,4NH4OH.

Было поставлено две серии опытов. В первой серии NH4NO3 вводили в виде соли (как в прототипе), во второй серии NH4NO3 вводили в виде водного раствора с [NH4NO3]=8 моль/л.

Смеси выдерживали при заданной температуре. Охлажденные спеки полностью растворяли в 3,0 М HNO3 с расходом 1,0 л на 0,2 кг U3O8.

По содержанию азотной кислоты в полученных растворах рассчитывали выход урана в нитрат уранила. Полученные результаты представлены на фиг.1.

Из зависимости на фиг.1 видно, что нитрование U3O8 прошло в обеих сериях. UO2(NO3)2 начинает появляться, начиная с температуры спекания 200°C. Выход U3O8 в UO2(NO3)2 достигает максимума при температуре 300°C и при дальнейшем увеличении температуры снижается.

Из сравнения результатов нитрования двух серий видно, что выход U3O8 в UO2(NO3)2 выше во второй серии, в которой нитрат аммония использовался в виде 8M раствора.

Таким образом, результаты нитрования U3O8 показали, что замена соли на раствор увеличивает выход U3O8 в UO2(NO3)2. Кроме того, раствор является взрывобезопасным.

Пример 2.

Провели нитрование разных соединений урана, входящих в состав химических концентратов природного урана, растворяемых в процессе аффинажа урана: триоксида урана, полиуранатов аммония и натрия, пероксида урана.

Нитрование провели 8M раствором NH4NO3. Расход соответствовал стехиометрическому: на 1 моль урана вводили 2 моля NH4NO3.

Результаты нитрования сведены в таблицу 1.

Таблица 1
ХКПУ Температура спекания, °C
22 150 200 250 300 350
Выход урана в UO2(NO3)2
UO3 0 - 42 32 79 73
(NH4)2U2O7 0 50 66 66 70 41
Na2U2O7 0 0 5,3 16 36 47
UO4·2H2O 0 0 7,8 18 68 18

Из таблицы 1 видно, что ХКПУ нитруются 8M раствором NH4NO3, при этом нитрование ХКПУ начинается со 150-200°C. Максимальный выход урана в UO2(NO3)2 наблюдается при температуре 300°C.

В дополнительных опытах было установлено, что изменение концентрации нитрата аммония в растворе в интервале 2-9 моль/л несущественно сказывается на выходе урана в UO2(NO3)2, но приводит к изменению концентрации аммиака в конденсате, который может быть рециклирован для повторного использования при химической денитрации нитрата уранила.

Кроме того, было установлено, что UO2(NO3)2 можно растворять в азотнокислых рафинатах от экстракционного аффинажа химических концентратов природного урана.

Таким образом, предложенный способ нитрования соединений урана позволяет увеличить выход оксидов урана в нитрат уранила, позволяет провести нитрование полиуранатов натрия и аммония и пероксида урана, что позволяет утилизировать нитрат аммония, появляющийся в процессе химической денитрации нитрата уранила, и использовать рафинат от экстракционного аффинажа урана. Кроме того, данный способ позволил отказаться от применения взрывоопасной соли нитрата аммония, заменив ее на взрывобезопасный водный раствор.

1. Способ получения нитрата уранила, включающий нитрование соединений урана нитрующим агентом, отличающийся тем, что соединения урана, такие как: оксиды урана, полиуранаты натрия, полиуранаты аммония или пероксид урана переводят в нитрат уранила обработкой водным раствором нитрата аммония и спеканием полученных смесей в интервале температур 200-350°C.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют водный раствор нитрата аммония концентрацией 2-9 моль/л.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что полученную смесь оксидов урана и нитрата уранила растворяют в азотной кислоте или в азотнокислых рафинатах от экстракционного аффинажа урана.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен полипептид, полученный из штамма SA-01 Thermus scotoductus, который отвечает за восстановление урана (VI) в источнике урана (VI) до урана (IV), где полипептид включает аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению порошка диоксида урана методом пирогидролиза. Реакционная камера для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана выполнена в виде емкости, имеющей фильтровальную зону, первую реакционную зону для превращения гексафторида в уранилфторил и вторую реакционную зону с газораспределительной решеткой для создания псевдоожиженного слоя для восстановления уранилфторида до диоксида урана, при этом емкость выполнена с внутренним расстоянием между двумя противоположными плоскими стенками не более 104 мм для обогащения до 5 % по U235.
Изобретение относится к способам экстракционной переработки регенерированного урана с целью очистки от технеция-99, являющегося бета-активным излучателем. .

Изобретение относится к технологии производства ядерного топлива для энергетических реакторов, в частности, к процессам получения порошков диоксида урана для изготовления сердечников твэлов.
Изобретение относится к области переработки и утилизации радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности. .
Изобретение относится к способам растворения топлива, которое представляет собой смесь оксидов урана и плутония. .

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения азотнокислых солей урана и актинидов. .

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в области переработки отработавшего ядерного топлива для непрерывной очистки нитрата уранила от продуктов деления путем осаждения.
Изобретение относится к способу экстракционной очистки регенерированного урана и может быть использовано в технологических процессах при переработке облученного ядерного топлива.
Изобретение относится к технологии переработки уранфторсодержащих отходов и может быть использовано для переработки отходов сублиматного производства. .
Изобретение может быть использовано в химической промышленности и в области производства взрывчатых веществ. Способ получения водоустойчивого нитрата аммония включает одновременное измельчение и перемешивание нитрата аммония со смесью гидрофобизаторов, содержащих оксид железа (III) в количестве не менее 0,03% и соли стеариновой кислоты не менее 0,1% от массы продукта, и сушку.
Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения азотнокислых солей урана и актинидов, и предлагает альтернативный путь преобразования исходных материалов, содержащих оксиды урана и других ядерных материалов в гидратированные нитраты, т.е.

Изобретение относится к способам растворения металлической меди и может быть использовано для переработки вторичных отходов, например электронного лома, омедненных отходов металлических циркония и гафния, отходов сверхпроводниковых материалов в медной оболочке.
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к синтезу нитратов щелочноземельных элементов, которые имеют широкое применение в различных сферах деятельности человека.
Изобретение относится к области прикладной химии, в частности к способам получения комплексных нитратов кальция и магния, связанных карбамидом, находящих различное применение, основным из которых является использование их для удаления гололеда на взлетно-посадочных полосах аэродромов, а также шоссейных дорог, тротуаров и в других областях народного хозяйства.
Изобретение относится к области получения концентратов фосфатирования, применяемых в автомобильной, машиностроительной, приборостроительной и других промышленностях для фосфатирования углеродистых сталей перед анодным и катодным электроосаждением, а также для фосфатирования углеродистых и низколегированных сталей без предварительной механической очистки.

Изобретение относится к области химической технологии и касается, в частности, способов утилизации промышленных отходов; может быть использовано в химической промышленности.
Изобретение относится к способу получения раствора азотнокислого цинка из отходов, содержащих цинк, и может быть использовано в химической технологии переработки цинксодержащего сырья, в частности отхода металлургического производства изгари цинка.
Изобретение относится к производству минеральных удобрений и касается получения аммиачной селитры под давлением, а именно стадии использования энергии сокового пара, получаемого при нейтрализации кислоты.

Изобретение относится к приготовлению анион-дефицитных метастабильных растворов нитрата уранила и может быть использовано в химической технологии, в частности, при импрегнировании урана в пористые графитовые заготовки с целью получения уран-графитовых тепловыделяющих элементов (твэл) или при получении микросфер золь-гель методом. Способ включает смешивание оксида урана с водой в соотношении жидкого к твердому 0,1÷0,15, подачу в полученную пульпу при постоянном перемешивании азотной кислоты, которую вводят по каплям при мольном отношении нитрат-иона к металлу в растворе 1,6÷1,95, фильтрование полученного раствора и корректировку раствора сначала по плотности, а затем по водородному показателю при температуре не более 12°C путем добавления уротропина. Изобретение обеспечивает эффективное получение анион-дефицитных метастабильных растворов нитрата уранила с заданными характеристиками. 4 з.п. ф-лы, 4 пр.
Наверх