Способ переработки уран-циркониевых отходов

Изобретение относится к области гидрометаллургии урана и может быть использовано при его регенерации в результате химической переработки отработанных, бракованных или невостребованных твэлов. Способ переработки уран-циркониевых отходов в виде твэлов заключается в том, что исходные твэлы подвергают фрагментации и окисляют на воздухе при температуре 1000-1250°C до прекращения изменения веса. Окисленные фрагменты обрабатывают (3-6)N азотной кислотой при соотношении реагирующих фаз Т:Ж=1:(3÷6) в течение 4-6 часов при температуре 70-90°C. Затем осуществляют фильтрацию и извлечение урана из раствора. Изобретение позволяет существенно снизить скорость коррозии аппаратуры за счет селективного растворения урана, обеспечивает более чем 98% извлечение урана без использования плавиковой кислоты и, кроме того, существенно оптимизирует процесс переработки. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области гидрометаллургии урана и может быть использовано при его регенерации в результате химической переработки отработанных, бракованных или невостребованных твэлов.

Известен процесс переработки, в соответствии с которым уран-циркониевые твэлы подвергают воздействию фтора или хлора при нагревании. В первом случае уран селективно возгоняется в виде легко летучего гексафторида, во втором - в газовую фазу переходит тетрахлорид циркония (Столлер С. Переработка ядерного горючего. Атомиздат, 1964, с. 414). Данная технология не нашла широкого применения из-за трудностей при подборе устойчивых в среде галогенов конструкционных материалов.

Известен способ переработки уран-циркониевых композиций, заключающийся в растворении композиций в смеси плавиковой и азотной кислот, фильтрации раствора и извлечении урана из раствора экстракционным способом (Шведов В.П., Седов В.М. и др. Ядерная технология, М., Атомиздат, 1979, с. 66). Недостаток способа заключается в коррозии аппаратуры под действием плавиковой кислоты.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому изобретению способом, принятым за прототип, является способ переработки уран-циркониевых отходов, включающий растворение отходов в смеси азотной и плавиковой кислот и раствора нитрата алюминия, комплексующего избыточный фтор-ион, фильтрацию раствора и экстракционное извлечение урана из раствора (патент РФ №2379776, МПК G21C 19/44, опубл. 20.01.2010). Недостатком этого способа является интенсивная коррозия аппаратуры, обусловленная присутствием большого количества плавиковой кислоты, необходимой для образования комплексного аниона [ZrF6]2-, то есть полного растворения циркония.

Задача настоящего изобретения и достигаемый при его использовании технический результат - разработка способа переработки уран-циркониевых отходов, представляющих собой отработанные, бракованные или невостребованные твэлы, позволяющего существенно снизить скорость коррозии аппаратуры за счет селективного растворения урана.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки уран-циркониевых отходов в виде твэлов, включающем растворение отходов, фильтрацию и извлечение урана, согласно изобретению перед операцией растворения исходные твэлы подвергают фрагментации, окисляют на воздухе при температуре 1000-1250°C до прекращения изменения веса, окисленные фрагменты обрабатывают (3÷6)N азотной кислотой при соотношении реагирующих фаз Т:Ж=1:(3÷6) в течение 4-6 часов при температуре 70-90°C.

Исходные твэлы подвергают фрагментации до размера 20-40 мм.

Фрагменты окисляют в течение 8-10 ч.

Извлечение урана из азотнокислого раствора осуществляют путем осаждения его пероксида.

Как показывает практика, указанная в изобретении совокупность операций оказывается весьма эффективной при переработке отходов, содержащих наряду с цирконием также алюминий и кремний.

Высокотемпературное окисление, проводимое в диапазоне 1000-1250°C, приводит к тому, что указанные элементы образуют оксиды в кислотоустойчивой модификации. Примером этому являются известные свойства ZrO2, SiO2, α-Al2O3. Напротив, уран, подвергающийся окислению в указанных условиях, сохраняет способность растворяться в азотной кислоте. Следует отметить, что конверсия металл → оксид, а также переход UO2→U3O8 сопровождаются возникновением внутренних напряжений (ввиду разницы удельных объемов), что способствует дальнейшей дезинтеграции окисляемой композиции.

Предварительная фрагментация твэлов (в частном варианте исполнения размеры фрагментов могут составлять 20-40 мм) и дальнейшее окисление кислородом воздуха в диапазоне заявленных температур, т.е. при 1000-1250°C позволяет полностью завершить этот процесс (в частном варианте исполнения в течение 8-10 часов), о чем свидетельствует прекращение изменения веса.

Дальнейшее увеличение температуры окисления до величины более 1250°C является нецелесообразным из-за образования урансодержащих твердых растворов, а выход за нижнюю границу диапазона (менее 1000°C) резко снижает скорость окисления и не обеспечивает полноту перехода образующихся оксидов Zr, Al, Si в кислотоустойчивую модификацию.

Окисленные фрагменты обрабатывают 3÷6N азотной кислотой при соотношении фаз Т:Ж=1:(3÷6). Выход за нижнюю границу указанных диапазонов концентрации азотной кислоты и соотношения фаз Т:Ж приводит к заметному росту времени процесса растворения, а выход за верхнюю границу указанных диапазонов увеличивает концентрацию циркония в урановом растворе.

Обработка азотной кислотой, проводимая в течение 4-6 часов при температуре 70-90°C, обеспечивает полноту и селективность извлечения урана в нитратный раствор, который после фильтрации, ввиду существенно меньшего содержания в нем циркония, алюминия и кремния, заключенных в нерастворенном остатке, может быть переработан, минуя экстракцию путем однократного пероксидного осаждения.

Сведения, подтверждающие возможность реализации изобретения.

4,6 кг отходов UO2-Zr-Al-Si в виде твэлов (см. таблицу, опыт №1) с помощью гильотинных ножниц порубили на фрагменты размером ≈30 мм. А далее поместили в муфельную печь и окисляли на воздухе при температуре 1200°C до прекращения изменения веса в течение 9 часов.

Окисленные фрагменты твэлов представляли собой порошкообразную смесь оксидов в количестве 5,98 кг, содержащую: 32,8 мас.% урана; 22,8 мас.% алюминия; 17,6 мас.% циркония; 3,1 мас.% кремния.

Смесь оксидов загрузили в химический реактор и обработали 5N азотной кислотой при температуре 80°C и соотношении Т:Ж=1:5.

После проведения фильтрации получили 17,0 литров фильтрата, содержащего: 114 г/л урана; 4,0 г/л алюминия; 2,8 г/л циркония; 0,22 г/л кремния.

Нерастворенный остаток в количестве ≈3,8 кг содержал менее 0,5% мас. урана.

Далее из концентрированного азотнокислого раствора осадили пероксид урана, в результате прокаливания которого получили U3O8, соответствующий отраслевым техническим условиям.

Примеры осуществления способа сведены в таблицу.

Таким образом, как видно из приведенных примеров, заявляемая совокупность операций при их проведении в указанном, экспериментально обоснованном диапазоне параметров, обеспечивает более чем 98% извлечение урана без использования плавиковой кислоты и позволяет существенно снизить скорость коррозии аппаратуры и, кроме того, существенно оптимизирует процесс переработки.

1. Способ переработки уран-циркониевых отходов в виде твэлов, включающий растворение отходов, фильтрацию и извлечение урана из раствора, отличающийся тем, что исходные твэлы подвергают фрагментации, окисляют на воздухе при температуре 1000-1250°C до прекращения изменения веса, окисленные фрагменты обрабатывают (3-6)N азотной кислотой при соотношении реагирующих фаз Т:Ж=1:(3÷6) в течение 4-6 часов при температуре 70-90°C.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходные твэлы подвергают фрагментации до размера 20-40 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фрагменты окисляют в течение 8-10 ч.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что извлечение урана из азотнокислого раствора осуществляют путем пероксидного осаждения урана.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано для длительного контролируемого хранения кюрия с целью последующего сжигания в специальных реакторах либо дальнейшего использования в качестве стартового материала для получения тяжелых изотопов кюрия и калифорния.

Заявленное изобретение относится к способу обработки жидкого водно-нитратного эфлюента, содержащего нитраты металлов или металлоидов. Заявленный способ предусматривает стадию кальцинации эфлюента для превращения нитратов металлов или металлоидов в оксиды металлов или металлоидов.
Заявленное изобретение относится к способу переработки азотсодержащих жидких водных отходов, содержащих нитраты металлов или металлоидов. Заявленный способ содержит этап кальцинации отходов для преобразования нитратов металлов или металлоидов в оксиды указанных металлов или металлоидов, по меньшей мере одно соединение, выбранное из нитратов металлов или металлоидов, и другие соединения отходов, приводящие к образованию при кальцинации налипающего оксида, и вспомогательное разбавляющее вещество, ведущее к получению при кальцинации неналипающего оксида при его добавлении к отходам до этапа кальцинации.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при обезвреживании радиоактивных отходов, а именно выработавших свой ресурс радиоактивных масел и твердых радиоактивных отходов органического происхождения, относящихся к классу сжигаемых целлюлозных материалов.

Изобретение относится к способу обезвреживания радиоактивных отходов. .

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов. .
Изобретение относится к области радиохимической технологии, а именно к переработке водно-хвостовых азотно-кислых растворов (рафинатов), образующихся при регенерации облученного ядерного топлива (ОЯТ).

Изобретение относится к сушильной станции для сушки зараженных отходов установки атомной электростанции. .

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способу переработки уран-молибденовой композиции, представляющей собой брак и отходы ядерного производства.

Изобретение относится к переработке облученного ядерного топлива, для извлечения плутония, нептуния, америция, кюрия и возможно урана, присутствующих в следовых количествах, суммарным, но селективным в отношении лантаноидов способом, из раствора для разложения облученного ядерного топлива после проведения цикла экстракции.
Изобретение относится к области переработки твердых оксидных материалов, в том числе к переработке отработанного ядерного топлива - диоксида урана с целью его дальнейшей безопасной переработки.

Изобретение относится к способу регенерации отработанного топлива. .
Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способу переработки уран-молибденовой композиции, представляющей собой брак и отходы ядерного производства.
Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способам переработки отходов уран-циркониевых композиций в виде невостребованных твэлов, брака и отходов их производства с целью извлечения урана и последующего его использования в производстве ядерного топлива.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки топливных композиций в виде невостребованных твэлов и брака и отходов их производства с целью получения оксида урана и последующего его использования в производстве.
Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способам переработки урансодержащих топливных композиций, представляющих собой невостребованные твэлы, брак и отходы их производства с целью извлечения урана и последующего его использования в производстве ядерного топлива.

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано на радиохимических заводах по регенерации ядерного топлива отработавших ТВС. .

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в процессах производства смешанного оксидного ядерного топлива и переработки отработавшего ядерного топлива. Сущность изобретения заключается в укрупнении зерна осадка путем интеграции в его состав органического компонента при осаждении пероксидных соединений урана и плутония в присутствии аминокислоты, использовании в восстановительном процессе продуктов термического разложения аминокислоты с полным их удалением в газовую фазу в результате термообработки в газовом потоке, содержащем пары муравьиной кислоты. Изобретение позволяет упростить и повысить безопасность технологического процесса. 11 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области гидрометаллургии урана и может быть использовано при его регенерации в результате химической переработки отработанных, бракованных или невостребованных твэлов. Способ переработки уран-циркониевых отходов в виде твэлов заключается в том, что исходные твэлы подвергают фрагментации и окисляют на воздухе при температуре 1000-1250°C до прекращения изменения веса. Окисленные фрагменты обрабатывают N азотной кислотой при соотношении реагирующих фаз Т:Ж1: в течение 4-6 часов при температуре 70-90°C. Затем осуществляют фильтрацию и извлечение урана из раствора. Изобретение позволяет существенно снизить скорость коррозии аппаратуры за счет селективного растворения урана, обеспечивает более чем 98 извлечение урана без использования плавиковой кислоты и, кроме того, существенно оптимизирует процесс переработки. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх