Аппарат для гидролиза гексафторида урана

Изобретение относится к устройствам для проведения низкотемпературного порционного гидролиза твердого гексафторида урана в водном растворе фтороводорода и может быть использовано при переработке обедненного (отвального) гексафторида урана до порошкообразного диоксодифторида урана и безводного фтороводорода. Аппарат содержит корпус с коническим днищем и патрубком выгрузки, а также рубашку, крышку с патрубками подачи исходных реагентов и выдачи продуктов реакции и якорную мешалку. Якорная мешалка снабжена направленными вверх дополнительными лопастями, а торец вала мешалки снабжен скребком, размещенным в патрубке выгрузки, снабженном запорно-разгрузочным устройством. Запорно-разгрузочное устройство содержит корпус с рубашкой охлаждения и плунжер с отверстием, соизмеримым с отверстием патрубка выгрузки. Изобретение обеспечивает эффективное перемешивание реакционной массы, легкую выгрузку продукта и позволяет получить порошок диоксодифторида урана с очень высокой удельной поверхностью. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для проведения низкотемпературного порционного гидролиза твердого гексафторида урана в водном растворе фтороводорода и может быть использовано при переработке обедненного (отвального) гексафторида урана до порошкообразного диоксодифторида урана и безводного фтороводорода.

Для осуществления низкотемпературного гидролиза UF₆ применяют сосуд с перемешивающим устройством (патент Великобритании №1075233, МПК C01G 43/06, опубл. 12.07.1967 «Усовершенствование, относящееся к производству урана и фторида»).

В приведенном патенте используют газообразный UF₆, на испарение которого затрачивается тепловая энергия, а отделение раствора HF от соли и сушку UO₂F₂ осуществляют в нескольких реакторах, что связано с перемещением химически агрессивной реакционной массы из аппарата в другие реакторы и разделением пульпы известными способами на осадок и раствор.

Известен реактор вращающегося типа для осуществления низкотемпературного гидролиза твердого гексафторида урана в водном растворе фтороводорода с получением порошка UO₂F₂ и практически безводного фтороводорода (патент РФ №2311346, опубл. 27.11.2007). Перемешивание реакционной массы обеспечивается металлическими стержнями. Затем в этом же реакторе проводится испарение жидкого фтороводорода и сушка полученной соли UO₂F₂·nH₂O.

Использование реактора вращающегося типа, в котором был исследован химизм стадий гидролиза твердого UF₆, технически трудно осуществимо в многотоннажной технологии из-за необходимости неоднократного перемещения реактора, имеющего большую массу, из вертикального в горизонтальное положение и его вращения на подвижных валках.

Наиболее близким по технической сущности для реализации гидролиза UF₆ может быть выбран массообменный аппарат с перемешивающим устройством, содержащий корпус с коническим днищем и патрубком выгрузки, а также рубашку, крышку с патрубками подачи исходных реагентов и выдачи продуктов реакции и якорную мешалку (Процессы и аппараты химической технологии. Явления переноса, макрокинетика, подобие, моделирование, проектирование: В 5 т. Т.2. Механические и гидромеханические процессы / Д.А.Баранов, А.Н.Блиничев, А.В.Вязьмин и др. Под ред. A.M.Кутепова. - М.: Логос, 2002, 458-467 с., - прототип).

Использование известного аппарата для проведения гидролиза UF₆ осложнено недостаточной эффективностью перемешивания и трудностью выгрузки полученного диоксодифторида урана.

Технической задачей, решаемой изобретением, является устранение вышеуказанных недостатков.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в аппарате для гидролиза гексафторида урана, содержащем корпус с коническим днищем и патрубком выгрузки, а также рубашку, крышку с патрубками подачи исходных реагентов и выдачи продуктов реакции и якорную мешалку, якорная мешалка снабжена, по крайней мере, одной парой направленных вверх дополнительных лопастей, а торец вала мешалки снабжен скребком, размещенным в патрубке выгрузки, снабженном запорно-разгрузочным устройством, содержащим корпус с рубашкой охлаждения и плунжер с отверстием, соизмеримым с отверстием патрубка выгрузки.

Аппарат дополнительно снабжен рыхлителем, выполненным в виде П-образной пластины, установленной подвижно на кольцевом выступе вала мешалки ответно просветам между направленными вверх лопастями якорной мешалки. Скребок выполнен в виде пластины с направленными под углом вверх боковыми прорезями, смещенными по вертикали относительно друг друга.

Кроме того, патрубок для подачи гексафторида урана снабжен сифоном с коаксиально расположенным расширителем.

На фиг.1 схематично изображен продольный разрез аппарата. На фиг.2 - поперечное сечение А-А запорно-разгрузочного устройства на фиг.1.

Аппарат для гидролиза гексафторида урана содержит корпус 1 с коническим днищем 2 и патрубком выгрузки 3 и рубашку 4. На крышке 5 аппарата предусмотрены патрубок 6 для подачи жидкого HF и патрубок 7 для подачи твердого UF₆. Патрубок 7 для подачи твердого UF₆ снабжен сифоном 8 с коаксиально расположенным расширителем 9. На крышке 5 аппарата также предусмотрен патрубок 10 для отвода газообразного HF. В корпусе 1 аппарата установлена якорная мешалка 11, имеющая две пары дополнительных лопастей 12 и вал 15. Рыхлитель 13 выполнен в виде П-образной пластины, установленной подвижно на кольцевом выступе 14 вала 15 ответно просветам между лопастями якорной мешалки. Торец вала 15 снабжен скребком 16, размещенным в патрубке выгрузки 3. Скребок 16 выполнен в виде пластины с направленными под углом вверх боковыми прорезями, смещенными по вертикали относительно друг друга. На патрубке выгрузки 3 установлено запорно-разгрузочное устройство 17. Запорно-разгрузочное устройство 17 содержит корпус 18 с рубашкой охлаждения 19 и плунжер 20 с отверстием, которое выполнено соизмеримым с отверстием патрубка выгрузки 3. Плунжер 20 запорно-разгрузочного устройства 17 перемещается при помощи двухпозиционного толкателя 21. Герметизацию зазоров между плунжером 20 и цилиндрической частью корпуса 18 запорно-разгрузочного устройства 17 в положении "закрыто" осуществляют за счет тонкого смазывающего слоя фторированной жидкости, например УПИ, наносимой на плунжер, которая при пропускании хладагента через рубашку охлаждения 19 запорно-разгрузочного устройства густеет при температуре минус 6÷8°C до практически твердого состояния, обеспечивая полную герметизацию.

Аппарат работает следующим образом.

Перед началом работы аппарата осуществляют герметизацию патрубка выгрузки, для чего плунжер 20 запорно-разгрузочного устройства 17 смазывают тонким слоем фторированной жидкости УПИ и перемещают толкателем 21 в положение "закрыто", при котором цилиндрическая поверхность плунжера перекрывает отверстие патрубка выгрузки 3, затем через полость рубашки охлаждения 19 запорно-разгрузочного устройства 17 пропускают пары жидкого азота, обеспечивая поддержание смазки в твердом состоянии.

После этого в реактор заливают рабочий раствор фтороводорода. Через патрубок 7 при включенной мешалке 11 в аппарат подают расчетное количество твердого UF₆. Предотвращение налипания UF₆ и обеспечивают с помощью сифона 8 с расширителем 9, частично погруженным в раствор фтороводорода для исключения уноса паров UF₆ при его загрузке.

Эффективное перемешивание интенсифицирует процесс гидролиза твердого UF₆, который протекает при комнатной температуре без затраты тепловой энергии при одновременном испарении практически безводного HF, который удаляют через патрубок 10 на конденсацию.

Давление в аппарате поддерживают на 5,0÷15,0 мм вод.ст. ниже атмосферного. Контроль давления осуществляют дифманометром (не показан).

Благодаря очень низкой растворимости UO₂F₂ в растворе безводного фтороводорода и испарению жидкой фазы практически весь уран остается в аппарате в виде осадка, который подвергают сушке, для этого через полость рубашки охлаждения 4 прокачивают насосом (не показан) теплоноситель, например вакуумное масло ВМ-4, плавно повышая его температуру до 150°C. Плавное увеличение температуры в рубашке 4 и непрерывное перемешивание предотвращают образование агломератов, при этом находящийся в патрубке выгрузки 3 продукт благодаря скребку 16 не только рыхлится, но и обменивается с основной массой находящегося в аппарате продукта.

Выгрузку сухого продукта из аппарата осуществляют с помощью запорно-разгрузочного устройства 17. Для этого прекращают подачу хладагента в рубашку охлаждения 19, обеспечивая фазовый переход смазки в жидкое состояние, затем и перемещают толкателем 21 плунжер 20 в положение "открыто". Далее при работающей мешалке выдают сухой порошок UO₂F₂ в приемную емкость (не показана).

Анализ полученного порошка UO₂F₂ показал содержание U - 77,5%, содержание F - 12%.

По результатам анализа сконденсированный HF содержал - 100±1,0% HF при содержании в нем U - 6 мг/дм³.

Использование предложенного аппарата позволяет получить порошок диоксодифторида урана с очень высокой удельной поверхностью, равной 8,6 м²/г, что имеет существенное значение при дальнейшей его переработке.

1. Аппарат для гидролиза гексафторида урана, содержащий корпус с коническим днищем и патрубком выгрузки, а также рубашку, крышку с патрубками подачи исходных реагентов и выдачи продуктов реакции и якорную мешалку, отличающийся тем, что якорная мешалка снабжена, по крайней мере, одной парой направленных вверх дополнительных лопастей, а торец вала мешалки снабжен скребком, размещенным в патрубке выгрузки, снабженном запорно-разгрузочным устройством, содержащим корпус с рубашкой охлаждения и плунжер с отверстием, соизмеримым с отверстием патрубка выгрузки.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен рыхлителем, выполненным в виде П-образной пластины, установленной подвижно на кольцевом выступе вала мешалки ответно просветам между направленными вверх лопастями якорной мешалки.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что скребок выполнен в виде пластины с направленными под углом вверх боковыми прорезями, смещенными по вертикали друг относительно друга.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что патрубок для подачи гексафторида урана снабжен сифоном с коаксиально расположенным расширителем.