Способ получения диоксида урана

 

Изобретение относится к получению диоксида урана ядерного сорта. Технический результат: повышение качества диоксида урана за счет снижения примесей железа и никеля. Уранилтрикарбонат равномерно загружают во вращающуюся трубчатую печь. Температура в печи 700^oС. В узел выгрузки диоксида урана противотоком подают водород с удельным расходом (0,062-0,091) нм³/ч на 1 кг UО₂. Полученный диоксид урана содержит никель менее 3•10^-3 мас. % и железо 5,5•10^-3 мас. %.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к способу получения диоксида урана ядерного сорта.

Известен способ получения диоксида урана по патенту США N 4.292.279, МКИ C 01 G 043/00, 1981 г. , включающий обработку концентрата урана минеральной кислотой, получение аммоний уранилтрикарбоната, очистку органическим низшим спиртом или кетоном, фильтрацию и прокаливание аммония уранилтрикарбоната в среде водорода.

Недостатком данного способа является повышенное содержание примесей, обусловленное неоптимальным расходом водорода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является (патент США N 3.519.403, МКИ C 01 G 43/02, 1970 г. ) способ получения диоксида урана, включающий получение аммония уранилтрикарбоната из гексафторида урана или водных растворов нитрата уранила, восстановление аммония уранилтрикарбоната в печи кипящего слоя до диоксида урана горячими газами - водородом в смеси с водяным паром. Удельный расход водорода составляет 0,12 нм³/ч кг.

Недостатком способа является высокий удельный расход водорода при получении диоксида урана, приводящий к высокому содержанию примесей железа и никеля в продукте.

Задача изобретения - повышение качества диоксида урана за счет снижения примесей железа и никеля.

Задача решается благодаря тому, что в способе получения диоксида урана из аммония уранилтрикарбоната путем нагревания и восстановления в среде водорода, согласно изобретению удельный расход водорода составляет 0,062 нм³/ч кг - 0,091 нм³/ч на 1 кг UO₂.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как удельный расход водорода только в указанных пределах позволяет получать продукт с низким содержанием железа и никеля.

Массовая доля примесей при производстве диоксида урана при одновременном термическом разложении аммония уранилтрикарбоната и восстановлении в среде водорода зависит от удельного расхода водорода на единицу массы получаемого диоксида урана.

К примесям, массовая доля которых зависит от удельного расхода водорода, относятся железо и никель. Указанные металлы входят в состав конструкционных материалов, из которых изготавливается оборудование для термического разложения и восстановления окислов урана до диоксида.

При разложении аммония уранилтрикарбоната выделяется двуокись углерода, которая в свою очередь взаимодействует с водородом с образованием окиси углерода Окись углерода в присутствии восстановителя H₂ взаимодействует с железом и никелем с образованием карбонилов этих металлов Fe(CO)₅, Ni(CO)₄. Эти соединения в дальнейшем разлагаются и загрязняют конечный продукт - диоксид урана.

Способ осуществляется следующим образом.

Вращающуюся трубчатую печь нагревают до температуры 700^oC, постепенно в течение 7 ч загружают в нее аммоний уранилтрикарбонат, противотоком подают водород с рассчитанным удельным расходом. Диоксид урана выгружают через узел выгрузки, а выделившиеся газы удаляют через систему очистки газов.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

В нагретую до температуры 700^oC вращающуюся трубчатую печь в течение 7 ч загружают равномерно винтовым питателем 16,5 кг в (пересчете на диоксид урана) аммония уранилтрикарбоната. В узел выгрузки диоксида урана подают водород с удельным расходом 0,056 м³/ч на 1 кг UO₂ (объемный расход 0,130 м³/ч). Образующие в процессе термического разложения аммония уранилтрикарбоната газы удаляются через систему очистки газов.

Полученный таким образом продукт имеет следующий химический состав, мас. %: уран 86,53; никель 4,2•10^-2; железо 1,4•10^-2.

Химический состав полученного продукта показывает, что удельного расхода водорода недостаточно, а массовая доля примесей высока и составляет более 100 ppm.

Пример 2.

В нагретую до температуры 700^oC вращающуюся трубчатую печь в течение 7 ч загружают равномерно винтовым питателем 18,6 кг (в пересчете на диоксид урана) аммония уранилтрикарбоната. В узел выгрузки диоксида урана подают водород с удельным расходом 0,083 м³/ч на 1 кг UO₂ (объемный расход 0,220 м³/ч).

Полученный продукт имеет следующий химический состав, мас. %: уран 87,45; никель < 3,0•10^-3; железо 5,5•10^-3.

Содержание примесей никеля и железа значительно снизилось.

Пример 3.

В нагретую до температуры 700^oC вращающуюся трубчатую печь в течение 7 ч загружают равномерно винтовым питателем 18,3 кг (в пересчете на диоксид урана) аммония уранилтрикарбоната. В узел выгрузки диоксида урана подают водород с удельным расходом 0,111 м³/ч на 1 кг UO₂ (объемный расход 0,290 м³/ч).

Полученный продукт имеет следующий химический состав, мас. %: уран 87,58; никель < 5,8•10^-2; железо 1,4•10^-2.

Повышенный расход водорода не приводит к увеличению выхода основного продукта и значительно увеличивает содержание железа и никеля.

Формула изобретения

Способ получения диоксида урана из аммония уранилтрикарбоната путем нагревания и восстановления в среде водорода при температуре 700^оС, отличающийся тем, что расход водорода составляет 0,062 - 0,091 нм³/ч на кг UО₂.