Способ конверсии тетрафторида урана
Авторы патента:
Использование: для конверсии тетрафторида урана с получением оксидов урана и фторида водорода. Сущность изобретения: тетрафторид урана подвергают пирогидролизу пароводяной газовой смесью, при этом тетрафторид урана диспергируют. Пароводяную газовую смесь получают сжиганием углеводородов или водорода в кислороде при начальной температуре 450-550°С. Пароводяную газовую смесь и тетрафторид подают противотоком. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к технологии переработки фторидов урана, в частности к способам получения фторида водорода и оксидов урана.
Известен способ пирогидролиза уранилфторида или тетрафторида в псевдоожиженном слое смесью водорода и водяного пара при 600 - 790оС до получения диоксидов урана керамического сорта. Указанный выше способ пирогидролиза принят в качестве прототипа. Основными недостатками прототипа являются: 1. Сложность организации псевдоожижения тетрафторида урана в процессе пирогидролиза, многостадийность и относительно низкая эффективность обесфторирования. 2. Сильное разбавление получающегося в процессе пирогидролиза фторида водорода за счет псевдоожижающего агента, что негативно сказывается на стадии выделения фторида водорода. В предлагаемом способе конверсии тетрафторида урана пирогидролизом пароводяную газовую смесь получают сжиганием углеводородов или водорода в кислороде при начальной 450 - 550оС, а тетрафторид урана подвергают диспергированию. Кроме того, пароводяную смесь и тетрафторид урана подают противотоком. Процесс пирогидролиза тетрафторида в кислородно-ацетиленовом пламени описывается следующим суммарным уравнением: 2C2H2 + 5 O2 + 1/3 O2 + UF4 ->> ->>1/3 U3O8 + 4 CO2 + 4 HF ( 1) Для исключения разбавления фторида водорода (в предыдущем случае углекислым газом) можно осуществить пирогидролиз тетрафторида урана водой, образующейся в кислородно-водородном пламени, согласно следующему суммарному уравнению: 2 H2 + O2 + UF4 ->> UO2 + 4HF (2) Для безопасного сжигания водорода в кислороде смесь должна содержать не менее 67 об. % водорода [Г. Реми. Курс неорганической химии, ИИЛ, М., 1963, с. 62]. Таким образом на один моль тетрафторида урана при пирогидролизе необходимо получить в результате горения водорода, ацетилена (другого углеводорода) не менее двух молей воды. Отличие предлагаемого способа заключается в том, что пароводяная газовая смесь образуется в результате сгорания водорода, ацетилена (другого углеводорода) в кислороде при стехиометрическом соотношении, причем одновременно осуществляется нагрев твердых частиц за счет тепла экзотермической реакции горения и достигается высокая степень диспергирования при противоточной организации твердой и парогазовой фаз в реакционном аппарате. Таким образом, использование при пирогидролизе воды и дополнительного количества тепла в результате сгорания ацетилена, водорода (других углеводородов) в кислороде соответствует критерию "новизна". На чертеже представлена технологическая схема лабораторной установки для пирогидролиза тетрафторида урана. П р и м е р 1. Установка включает вертикальный цилиндрический реактор 1 пирогидролиза с камерой 2 сгорания, снабженной двумя газовыми горелками Г1 и Г2, дозатор - механический диспергатор тетрафторида урана 3, расположенный в верхней части аппарата пирогидролиза, конденсатор 4 фтористоводородной кислоты, сборник 5 и контрольную колонну 6 со щелочью. Расходы газов на горелки контролируются сужающими устройствами в комплекте с ДП-5. Были проведены опыты при следующих технологических параметрах: Начальная температура стенки реактора, оС 450 Расход тетрафторида урана, г/мин 5-5,5 Расход ацетилена на горелку, л/мин 0,7 Расход кислорода на горелку, л/мин 1,8 Расход воздуха на диспергирование тетрафторида урана, л/мин 1 Диаметр реактора, мм 60 Высота реактора, мм 700 Объемный расход газовой смеси, л/с 0,385 Линейная скорость газового потока через свободное сечение аппарата, м/с 0,14 Время пребывания газовой фазы, с 5 Расчет скорости осаждения частиц тетрафторида урана для конкретного случая представляет собой сложную задачу, так как невозможно в реальных условиях пирогидролиза оценить совокупность следующих факторов: фракционный состав твердой фазы, поступающий в реактор после диспергатора, состав газовой фазы и концентрацию твердой фазы по высоте и сечению, реальную траекторию движения твердых частиц в аппарате пирогидролиза, температурный градиент нагрева частиц тетрафторида в реакционной зоне. При указанных технологических параметрах проведена серия опытов по пирогидролизу тетрафторида урана парогазовой смесью, образующейся при сгорании ацетилена в кислороде, в результате получена фтористоводородная кислота с концентрацией 80 - 90 мас. % и закись-окись урана с остаточным содержанием фтора 0,5 - 0,07 мас. %. Контролируемая максимальная температура в реакционной зоне составляла 1200оС. П р и м е р 2. В качестве горючего газа, образующего при полном сгорании воду, использовали пропан. Расчет проводили исходя из суммарного уравнения: 1/2 C3H8 + 5/2 O2 + 1/3 O2 + UF4 ->> ->>1/3 U3O8 + 4 HF + 3/2 CO2 (3) Получены аналогичные предыдущему примеру результаты по обесфториванию тетрафторида. Начальная температура стенки реактора была увеличена до 550оС. Исходя из уравнений (1) для ацетилена и (3) для пропана, видно, что количество балласта в виде СО2 во фториде водорода в последнем случае в 2,6 раза меньше. П р и м е р 3. Процесс пирогидролиза тетрафторида проводили в кислородно-водородном пламени, условия и методика были аналогичны примеру 1. Расход водорода на горелку составил 1,1 л/мин, расход кислорода на горелку 0,5 л/мин. Таким образом, была создана восстановительная атмосфера. Получен оксид урана (коричневый порошок); кислородный коэффициент близок к двум. Остаточное содержание в двуокиси урана составило 0,15 мас. %, концентрация фтористого водорода 85 - 90 мас. %. Пирогидролиз тетрафторида в кислородно-водородном пламени, в отличие от вышеприведенных примеров 1 и 2, является безбалластным. Представленные примеры показывают, что при оптимальной организации процесса пирогидролиза тетрафторида урана в пламени ацетилен (пропан)-кислород, водород-кислород может быть получен фторид водорода с концентрацией более 90 мас. %. Изобретение может быть использовано в технологии утилизации фтора из фторидов урана. Преимущества заявляемого способа:1. Возможность получения высокой степени диспергирования воды в реакционном объеме за счет организации ее выделения в процессе горения ацетилена, пропана, водорода в кислороде при противоточной организации контакта твердой и газовой фаз в аппарате пирогидролиза тетрафторида урана. 2. Осуществление прямого нагрева твердых частиц тетрафторида урана в реакционном объеме аппарата за счет выделяемого в результате горения тепла. 3. Простота дозировки необходимого количества образующейся воды регулировкой газовых потоков (ацетилен, пропан-кислород, водород-кислород). 4. Возможность получения более высоких концентраций фторида водорода и низких содержаний фтора в получаемых оксидах.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Способ получения оксида урана // 2019514
Способ получения окиси урана // 60252
Способ переработки урансодержащих композиций // 2106029
Изобретение относится к способам переработки урансодержащих композиций, а именно к переработке уран-бериллиевых композиций, содержащих 1-90 мас
Изобретение относится к обработке обедненных урановых смесей, в частности к способу восстановления безводного фтористого водорода из обедненного гексафторида урана
Способ получения закиси-окиси урана // 2150431
Изобретение относится к технологии переработки металлического урана и может быть использовано при переработке уранового скрапа, оборотного урана и особенно при превращении оружейного урана в топливо для энергетических реакторов
Способ переработки урансодержащих композиций // 2158973
Изобретение относится к способам переработки урансодержащих материалов, а именно - к переработке уран-алюминиевых композиций
Способ переработки урансодержащих растворов // 2174492
Изобретение относится к области получения закиси-окиси урана
Способ растворения оксидов урана // 2201398
Изобретение относится к способам растворения оксидов урана и может быть использовано в технологии получения материалов топливного цикла, в частности для получения обогащенного урана
Изобретение относится к области анализа материалов, а именно к способам определения примесей в соединениях урана, способных образовывать летучие фториды
Способ получения оксида урана // 2247076
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к металлургии урана и производству соединений урана, и может быть использовано в химической и ядерной технологиях
Способ получения оксида урана // 2299857
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности металлургии урана и производству соединений урана, и может быть использовано в химической и ядерной технологиях
Изобретение относится к вращающимся печам, в которых осуществляются газообразные реакции с целью получения твердого продукта
Способ получения изделий из керамики // 2135429
Изобретение относится к технологии получения керамических изделий и может быть использовано в химической, атомной, электротехнической промышленности
Способ изготовления таблетированного топлива из диоксида урана и оборудование для его осуществления // 2158971
Изобретение относится к области атомной промышленности и может использоваться для усовершенствования процесса получения спеченных таблеток из керамических материалов для ядерного топлива, в частности для получения спеченных таблеток из диоксида урана, применяемых для снаряжения тепловыделяющих элементов ядерных реакторов
Изобретение относится к способам превращения гексафторида урана в оксид и устройствам для осуществления способа
Изобретение относится к способу изготовления таблеток ядерного топлива типа МОХ на основе смешанного оксида (U, Рu)О2, используемых в реакторах любого типа, особенно в водных ядерных реакторах, в частности в герметизированных водных реакторах
Изобретение относится к способу получения смеси порошкообразных оксидов металлов, соответствующей реакционной способности и относящихся к ядерной промышленности, из нитратов металлов, которые находятся в виде водных растворов или смеси твердых веществ, которые являются естественными порошками или сделаны порошкообразными
Способ получения диоксида урана // 2179154
Изобретение относится к получению диоксида урана ядерного сорта
Изобретение относится к производству ядерного топлива