Способ переработки уран-циркониевых отходов

Авторы патента:

Филатов Олег Николаевич (RU)

Бухарин Александр Дмитриевич (RU)

Денискин Валентин Петрович (RU)

Соловей Александр Игоревич (RU)

Колесников Борис Петрович (RU)

Черкасов Александр Сергеевич (RU)

G21C19/44 - твердого топлива

Владельцы патента RU 2379776:

Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский Институт Научно-производственное объединение "Луч" (RU)

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. Способ переработки уран-циркониевых отходов включает растворение отходов в смеси плавиковой и азотной кислот и азотнокислых рафинатных растворов от экстракционной переработки уран-алюминиевых отходов, содержащих нитрат алюминия и нитрат натрия, фильтрацию раствора и извлечение урана из раствора экстракционным методом, причем используемые рафинатные растворы берут в количестве, обеспечивающем мольное соотношение комплексуемого фтор-иона и алюминия в нитрате алюминия 1:(2÷3). Технический результат - упрощение способа переработки уран-циркониевых отходов, повышение его экономичности и степени извлечения урана из отходов. 1 табл.

Известны способы гидрометаллургической переработки отходов ядерного производства, например уран-циркониевых, уран-алюминиевых, уран-молибденовых и других композиций, основанные на растворении композиций в кислотах и щелочах, проведении процессов экстракции с использованием органических экстрагентов и последующем рафинировании урана от примесей с помощью оксалатной или пероксидной переочистки (Переработка топлива энергетических реакторов, сб. статей. М.: Атомиздат, 1972).

Недостатком известных способов гидрометаллургической переработки отходов ядерного производства является коррозия конструкционных материалов реакторов, что требует специальных мер защиты, например при растворении уран-циркониевых композиций в плавиковой кислоте для снижения коррозионного действия фтор-иона в раствор добавляют нитрат алюминия, являющийся дорогостоящим реагентом.

Известен способ переработки отходов ядерного производства, представляющих собой уран-циркониевые композиции, заключающийся в растворении в смеси плавиковой и азотной кислот, фильтрации раствора и извлечении из раствора урана экстракционным методом (В.П.Шведов, В.М.Седов и др. Ядерная технология. М.: Атомиздат, 1979, с.66).

Недостатками указанного способа переработки отходов ядерного производства являются высокая степень коррозии аппаратуры за счет присутствия фтор-иона и значительные потери урана вследствие трудности его извлечения из фторидных растворов.

Наиболее близким к предлагаемому способу переработки уран-циркониевых отходов по технической сущности и достигаемому эффекту - прототипом - является способ переработки уран-циркониевых отходов, заключающийся в растворении отходов в смеси плавиковой и азотной кислот и раствора нитрата алюминия, комплексующего избыточный фтор-ион, фильтрации раствора и извлечении урана из раствора экстракционным методом (Переработка ядерного горючего. М.: Атомиздат, 1964, с.86-92, 120).

Недостатками известного способа переработки уран-циркониевых отходов являются сложность и неэкономичность процессов и неудовлетворительная степень извлечения урана.

Эти недостатки связаны с необходимостью использования специального оборудования (реакторов) для приготовления раствора дорогостоящего нитрата алюминия из соли Al(NO₃)₃×9Н₂О (содержание Al - 7,2%) и проведении операций корректировки растворов перед экстракцией по кислотности и содержанию нитрата алюминия, а неудовлетворительная степень извлечения урана из отходов связана с недостаточным содержанием нитрата алюминия как высаливателя, но в то же время его концентрация должна соответствовать устойчивости нитратно-фторидных растворов циркония. При увеличении содержания нитрата алюминия происходит захват урана из растворов циркониевым осадком и, соответственно, снижение степени извлечения урана из отходов.

Целью данного изобретения является упрощение способа переработки уран-циркониевых отходов, повышение его экономичности и степени извлечения урана из отходов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки уран-циркониевых отходов, включающем растворение отходов в смеси плавиковой и азотной кислот и раствора нитрата алюминия, комплексующего избыточный фтор-ион, фильтрацию раствора и извлечение урана из раствора экстракционным методом, в качестве раствора нитрата алюминия используют азотнокислые растворы от экстракционной переработки уран-алюминиевых отходов, содержащие нитрат алюминия и нитрат натрия, причем используемые рафинатные растворы берут в количестве, обеспечивающем молярное соотношение комплексуемого избыточного фтор-иона и алюминия в нитрате алюминия 1:(2÷3).

Причинно-следственная связь между существенными признаками и техническим результатом заключается в следующем.

Экономичность и упрощение предложенного способа переработки уран-циркониевых отходов достигается за счет исключения применения в процессе специально приготавливаемых дорогостоящих растворов нитрата алюминия, вместо которых используются азотно-кислые рафинатные растворы от экстракционной переработки уран-алюминиевых отходов, содержащие нитрат алюминия и нитрат натрия, обеспечивающие связывание ионами алюминия избытка фтор-иона, ответственного за образование неэкстрагируемого в органическую фазу комплекса урана и коррозию оборудования. Получаемые после растворения отходов растворы не требуют подготовки к экстракции, так как необходимые параметры (кислотность и содержание алюминия) обеспечиваются непосредственно в процессе растворения.

Кроме того, нитраты алюминия и натрия, содержащиеся в рафинатных растворах, повышают степень извлечения урана в процессе экстракции за счет значительного высаливающего эффекта.

В то же время предлагаемый способ позволяет использовать сбросные отходы - рафинатные растворы от переработки уран-алюминиевых композиций, что исключает необходимость специальной подготовки раствора нитрата алюминия и утилизации радиоактивных растворов от переработки уран-алюминиевых отходов. Эти обстоятельства существенно упрощают предлагаемый способ переработки уран-циркониевых отходов и повышают его экономические показатели.

Молярное соотношение комплексуемого избыточного фтор-иона и алюминия в нитрате алюминия в рафинатных растворах должно составлять 1:(2÷3). Это соотношение определяет степень извлечения урана.

При молярном соотношении больше 1:2 снижается степень извлечения урана на стадии экстракционной переработки из-за низкого содержания нитрата алюминия (основного высаливающего агента) в растворах.

При избытке алюминия (соотношение меньше 1:3) нитратно-фторидные растворы алюминия и циркония становятся агрегативно неустойчивыми: наблюдается помутнение и выпадение осадков, захватывающих уран, что приводит к снижению извлечения последнего.

Реализация предложенного способа переработки уран-циркониевых отходов иллюстрируется следующим примером.

Пример.

В реактор емкостью 400 л заливали 215 л азотнокислых растворов от переработки уран-алюминиевых отходов. Раствор содержал 20 г/л алюминия в виде нитрата алюминия. Затем туда же заливали 31 л 10-молярной азотной кислоты и 7,8-8,8 л 27-молярной плавиковой кислоты. В полученный раствор загружали 4000 г уран-циркониевых отходов, содержащих 3600 г циркония, и проводили растворение при температуре 80±10°С в течение 6 часов при непрерывном перемешивании сжатым воздухом и механической мешалкой.

При этом молярное соотношение избыточного комплексуемого фтор-иона и алюминия в нитрате алюминия составляло 1:(2÷3). После растворения отходов объем содержимого реактора доводили водой до 300 л. Полученный раствор фильтровали и отправляли на экстракционное извлечение урана.

В таблице приведены варианты осуществления предложенного способа переработки уран-циркониевых отходов на граничные и промежуточные значения параметров процесса (пп.1-3), на значения параметров, выходящие за заявленные пределы (пп.4, 5) в сопоставлении с известным способом (п.6).

Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный способ переработки уран-циркониевых отходов (пп.1-3) обеспечивает в сравнении с известным способом (п.6) упрощение способа, повышение его экономичности и степени извлечения урана из отходов.

При осуществлении способа за заявленными пределами параметров процесса (пп.4, 5) степень извлечения урана из отходов снижается.

Таблица
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА ПЕРЕРАБОТКИ УРАН-ЦИРКОНИЕВЫХ ОТХОДОВ
№ п/п	Раствор, содержащий нитрат алюминия	Молярное соотношение избыточного фтор-иона и алюминия в Al(NO₃)₃	Степень извлечения урана, %	Примечание
1.	Раствор от экстракционной переработки уран-алюминиевых отходов [Al(NO₃)₃+NaNO₃]	1:2,0	99,4	Экономичность - исключение применения специально приготавливаемых растворов нитрата алюминия, использование сбросных отходов (рафинатных растворов) переработки UAl композиций;
2.		1:2,5	99,8
3.	1:3,0	99,5	упрощение - отсутствие необходимости приготовления растворов нитрата алюминия и корректировки урансодержащих растворов перед экстракцией
4.	Раствор от экстракционной переработки уран-алюминиевых отходов [Al(NO₃)₃+NaNO₃]	1:1,0	93,5	Экономичность - исключение применения специально приготавливаемых растворов нитрата алюминия, использование сбросных отходов (рафинатных растворов) переработки UAl композиций; упрощение - исключение необходимости приготовления растворов нитрата алюминия и корректировки урансодержащих растворов перед экстракцией
5.	1:4,0	92,9
6.	Специально приготовленный раствор нитрата алюминия Al(NO₃)₃	1:1	93,5	Неэкономичность - использование нитрата алюминия - дорогостоящего реагента; сложность - необходимость приготовления растворов нитрата алюминия и корректировки урансодержащих растворов перед экстракцией

Способ переработки уран-циркониевых отходов, включающий растворение отходов в смеси плавиковой и азотной кислот и раствора нитрата алюминия, комплексующего фтор-ион, фильтрацию раствора и извлечение урана из раствора экстракционным методом, отличающийся тем, что в качестве раствора нитрата алюминия используют азотнокислые рафинатные растворы от экстракционной переработки уран-алюминиевых отходов, содержащие нитрат алюминия и нитрат натрия, причем используемые рафинатные растворы берут в количестве, обеспечивающем мольное соотношение комплексуемого фтор-иона и алюминия в нитрате алюминия 1:(2÷3).

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.

Способ переработки отходов ядерного производства // 2379774

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.

Способ растворения ядерного топлива в виде измельченных тепловыделяющих сборок атомных реакторов и устройство для его осуществления // 2371791

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

Способ получения оксида урана при переработке урановых твэлов // 2363998

Изобретение относится к области металлургии. .

Способ переработки отработавшего ядерного топлива // 2340021

Изобретение относится к технологии переработки отработавшего (облученного) твердого ядерного топлива ядерных реакторов - диоксида урана - металлургическим способом с целью его дальнейшего безопасного хранения.

Способ переработки уран-алюминиевых отходов ядерного производства // 2314582

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к технологии переработки бракованных и невостребованных твэлов с алюминиевой оболочкой и сердечником из уран-алюминиевой композиции.

Способ переработки облученного ядерного топлива // 2303303

Изобретение относится к технологии переработки твердого облученного ядерного топлива (ОЯТ) в виде разнородных урансодержащих топливных композиций (металлических, карбидных, оксидных и др.) с целью его дальнейшего возврата в ядерно-топливный цикл.

Способ регенерации оборотного экстрагента // 2302677

Изобретение относится к способам регенерации оборотного экстрагента и может быть использовано в технологии переработки облученного ядерного горючего. .

Способ переработки плутонийсодержащих сорбентов фторидов щелочных металлов // 2293382

Изобретение относится к области переработки отработавшего топлива. .

Электролитическое устройство для электролиза оксидов // 2292407

Изобретение относится к электролитическому устройству для использования в способе извлечения оксидов. .

Способ металлургической переработки отработавшего (облученного) твердого ядерного топлива // 2383070

Способ переработки уран-молибденовой композиции // 2395857

Способ регенерации отработанного топлива // 2403634

Изобретение относится к способу регенерации отработанного топлива

Способ переработки облученного ядерного топлива // 2441289

Изобретение относится к области переработки твердых оксидных материалов, в том числе к переработке отработанного ядерного топлива - диоксида урана с целью его дальнейшей безопасной переработки

Суммарное извлечение актиноидов из сильнокислой водной фазы с помощью сольватирующих экстрагентов в высаливающей среде // 2456689

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

Способ переработки уран-молибденовой композиции // 2502142

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способу переработки уран-молибденовой композиции, представляющей собой брак и отходы ядерного производства. Способ переработки уран-молибденовой композиции согласно изобретению включает окисление уран-молибденовой композиции при температуре 750-850°С, растворение композиции в 2-3-молярном растворе щелочи при температуре кипения, отделение раствора от твердого остатка декантацией, растворение твердого остатка в 4-6-молярной азотной кислоте при температуре кипения, переочистку раствором щавелевой кислоты из расчета на 1 кг урана 0,75-1,0 кг щавелевой кислоты при температуре 60-80°С в течение 30-40 мин, промывку осадка оксалата уранила 2-3% раствором щавелевой кислоты, отделение урансодержащего твердого остатка фильтрованием, прокаливание при температуре 750-850°С. Изобретение позволяет повысить степень очистки закиси-окиси урана от молибдена. 1 табл.

Способ переработки уран-циркониевых отходов // 2613352

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.

Способ получения смешанного уран-плутониевого оксида // 2638543

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.