Способ растворения конструкционного материала термоядерного реактора на основе ванадий - хром - титанового сплава

 

Изобретение относится к технологии радиохимической переработки конструкционных материалов термоядерного реактора. Способ заключается в том, что ванадий - хром - титановый сплав растворяют в азотной кислоте при ее концентрации 6-8 моль/л и температуре 60-80^oС. Способ позволяет решить задачу растворения сплава в оптимальных условиях, обеспечивая максимальную концентрацию металлов в растворе - 50-60 г/л.

Изобретение относится к технологии радиохимической переработки конструкционных материалов термоядерного реактора на основе ванадий-хром-титанового сплава.

Предполагается, что наиболее подверженные активации передняя стенка и дивертор термоядерного реактора типа "Демо" будут состоять из ванадий-хром-титанового сплава (ВХТ-сплав) ориентировочного состава: ванадий - 90%, хром - 5% и титан - 5%.

После окончания работы реактора потребуется рефабрикация конструкционных материалов, в первую очередь, дорогостоящего ванадия. Такая рефабрикация требует предварительной радиохимической очистки сплава от радиоактивных продуктов активации.

Для осуществления очистки сплава традиционным для радиохимической практики гидрометаллургическим способом необходимо сплав перевести в раствор.

Данные о процессе растворения ВХТ-сплава в литературе отсутствуют.

Известно из литературы (например: Справочник химика/ под ред. Б.П. Никольского, т.2, М.-Л., 1963), что ванадий хорошо растворяется в азотной кислоте, хром в ней не растворяется, а титан практически не растворяется без добавок плавиковой кислоты.

Из вышесказанного следует, что предлагаемое изобретение не имеет близких аналогов.

Задачей данного изобретения является не только разработка способа растворения сплава, но и обеспечение максимально возможной концентрации компонентов сплава в растворе, т.е. получение раствора в минимальном объеме, поскольку увеличение объемов перерабатываемых растворов приводит к снижению экономической эффективности процесса. Это связано с увеличением расхода реагентов и главное - с увеличением объема жидких отходов.

Кроме того, предлагаемый процесс растворения должен проходить за несколько часов.

Поставленная задача решается способом растворения конструкционного материала термоядерного реактора на основе ванадий-хром-титанового сплава в азотной кислоте с концентрацией 6-8 моль/л и при температуре - 60-80^oС.

Проведение процесса при концентрации азотной кислоты в растворе > 6 моль/л необходимо для обеспечения скорости растворения. При концентрации кислоты ниже 6 моль/л резко снижается скорость растворения и соответственно возрастает продолжительность процесса.

Растворение сплава в азотной кислоте с концентрацией выше 8 моль/л приводит к повышению расхода кислоты, поскольку, чем выше концентрация азотной кислоты, тем выше удельный расход ее на единицу массы металла. Кроме того, растворимость металлов может понизиться при повышении концентрации кислоты в растворе.

Температурный режим процесса должен быть в пределах 60-80^oС. Нижняя граница температурного интервала обеспечивает нужную скорость процесса, но главное - позволяет получить максимальную концентрацию компонентов сплава в растворе, обеспечивая полноту растворения. При этом концентрации компонентов сплава в растворе находятся на уровне 55-60 г/л. Превышение температуры 80^oС при достижении суммарной концентрации металлов 20 г/л приводит к образованию нерастворимых осадков оксидов металлов.

Технический результат состоит в получении раствора компонентов ВХТ-сплава в минимальном объеме.

Указанный способ иллюстрируется примерами.

Пример 1.

Образец сплава состава 90% V, 5% Ti, 5% Сr массой 2,54 г растворяли в 100 мл 4 моль/л азотной кислоты при температуре 60^oС. Образец полностью растворялся за 12 ч. Суммарная концентрация металлов в растворе составила 25,4 г/л.

Пример 2.

Образец сплава того же состава массой 2,58 г растворяли в 100 мл 6 моль/л азотной кислоты при 60^oС. Образец полностью растворялся за 5 ч. Суммарная концентрация металлов в растворе составила 25,8 г/л.

Пример 3.

Образец сплава того же состава массой 3,04 г растворяли в 100 мл 6 моль/л азотной кислоты при температуре ~ 100^oС. Выпал осадок бурого цвета.

Пример 4.

Образец сплава того же состава массой 2,77 г растворяли в 50 мл 6 моль/л азотной кислоты при 60^oС. Образец полностью растворялся за 10 ч. Суммарная концентрация металлов в растворе составила 55,4 г/л.

Пример 5.

Образец сплава того же состава массой 2,47 г растворяли в 50 мл 6 моль/л азотной кислоты при 85^oС. Выпал осадок бурого цвета.

Пример 6.

Образец сплава того же состава массой 2,4 г растворяли в 50 мл 8 моль/л азотной кислоты при 85^oС. Выпал осадок бурого цвета.

Как видно из приведенных примеров, растворение ВХТ сплава в азотной кислоте с концентрацией 4 моль/л (пример 1) существенно снижает скорость растворения по сравнению с растворением в 6 моль/л азотной кислоты.

Растворение при температуре 85-100^oС (примеры 3, 5, 6) приводит к выпадению осадков при суммарной концентрации металлов более 20 г/л. При меньших концентрациях металлов в растворе получаются невоспроизводимые результаты.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что заявленный способ растворения ВХТ-сплава обеспечивает полноту его растворения с получением суммарной концентрации металлов на уровне 55 г/л (пример 4) за несколько часов.

Формула изобретения

Способ растворения конструкционного материала термоядерного реактора на основе ванадий-хром-титанового сплава, заключающийся в том, что растворение проводят в азотной кислоте с концентрацией 6-8 моль/л при температуре 60-80^oС.

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.10.2007

Извещение опубликовано: 20.10.2007        БИ: 29/2007

---