Способ приготовления гранулированной закиси-окиси урана

Авторы патента:

Мурзин Андрей Анатольевич (RU)

Мирославов Александр Евгеньевич (RU)

Красников Леонид Владиленович (RU)

Легин Евгений Корнельевич (RU)

Трифонов Юрий Иванович (RU)

Бойцова Татьяна Александровна (RU)

Хохлов Михаил Львович (RU)

C01G43/00 - Соединения урана

B01J2/00 - Способы и устройства для гранулирования материалов вообще (гранулирование металлов B22F 9/00, шлака C04B 5/02, руд или скрапа C22B 1/14; механические аспекты обработки пластмасс или веществ в пластическом состоянии при производстве гранул, например гидрофобные свойства B29B 9/00; способы гранулирования удобрений, отличающихся по химическому составу см. в соответствующих рубриках в C05B-C05G; химические аспекты гранулирования высокомолекулярных веществ C08J 3/12); обработка измельченных материалов с целью обеспечения их свободного стекания вообще, например путем придания им гидрофобных свойств

Владельцы патента RU 2587093:

Акционерное общество "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" (RU)

Изобретение относится к технологии обращения с порошкообразной закисью-окисью урана, а именно к способу гранулирования закиси-окиси урана. Способ включает приготовление смеси закиси-окиси урана, диураната аммония, нитрата или ацетата аммония и воды, при весовом отношении закиси-окиси урана и диураната аммония от 1:0.5 до 1:2, содержании нитрата или ацетата аммония 0,2-1 вес. % от количества урансодержащих компонентов и содержании воды 25-40 вес. % от веса сухих компонентов, получением из нее перемешиванием и выдерживанием однородной формовочной массы, формование из полученной массы гранул-сырцов, сушку гранул-сырцов и прокаливание. Изобретение обеспечивает эффективное приготовление прочных, непылящих гранул закиси-окиси урана. 2 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к технологии обращения с порошкообразной закисью-окисью урана и может быть использовано для ее гранулирования. Закись-окись урана играет важную роль в радиохимическом производстве, являясь конечным продуктом переработки отработавшего ядерного топлива, исходным соединением при получении гексафторида урана и других его соединений, а также основной формой транспортировки и хранения урана.

При использовании известных способов приготовления закись-окись урана получается в виде мелкодисперсного пылящего порошка с размером кристаллитов 0,3-0,5 мкм [Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана. М: Атомиздат, 1978]. Пыление существенно усложняет транспортировку и хранение закиси-окиси урана, а также ее применение, например, в качестве катализатора. В связи с этим в технологиях, использующих закись-окись урана, ее пылеподавление является актуальной задачей. Известные технологии пылеподавления, основанные на спекании и прессовании пыли, неприменимы в случае закиси-окиси урана, так как это соединение не поддается ни спеканию, ни прессованию.

На сегодняшний день неизвестны способы приготовления гранулированной закиси-окиси урана. Поэтому решение проблемы требует нового концептуального подхода.

Задачей изобретения является создание способа приготовления гранулированной закиси-окиси урана.

В предлагаемом техническом решении поставленная задача решается путем приготовления композитной смеси, пригодной для формования гранул-сырцов, которые после термообработки (сушки и прокаливания) превращаются в прочные непылящие гранулы закиси-окиси урана. Композитную формовочную смесь приготавливают следующим образом. К порошку закиси-окиси урана добавляют диуранат аммония при весовом отношении закиси-окиси урана к диуранату аммония от 1:0,5 до 1:2 (предпочтительно от 1:1 до 1,5), нитрат или ацетат аммония (0,2-1,0 вес. % от суммарного веса диураната аммония и закиси-окиси урана) и воду (25-40 вес. % от суммарного веса сухих компонентов). Компоненты перемешивают до получения однородной вязко-пластичной формовочной массы. В полученной композитной формовочной массе порошок закиси-окиси урана играет роль наполнителя, а гель, образующийся в результате гидратации диураната аммония, является связующим.

Добавка электролита (нитрата или ацетата аммония) стабилизирует коагуляционную структуру массы. Совокупность указанных признаков делает массу пригодной для формования. Формуемость сохраняется в интервале весового отношения закиси-окиси урана к диуранату аммония в смеси от 1:0,5 до 1:2. Предпочтительно использование смеси, содержащей закись-окись урана и диуранат аммония при их весовом отношении от 1 до 1,5, обеспечивающей высокое качество гранул. Уменьшение содержания нитрата или ацетата аммония ниже 0,2 вес. % от веса урансодержащих компонентов вызывает расслоение формовочной массы. Увеличение содержания нитрата или ацетата аммония в формовочной массе выше 1% приводит к разрушению гранул газообразными продуктами разложения аммонийных солей при прокаливании. При содержании воды в формовочной массе ниже 25 вес. % масса уплотняется и теряет пластичность необходимую для формования гранул. При содержании воды в формовочной массе выше 40 вес. % происходит расслаивание массы.

Свежеприготовленную формовочную массу выдерживают в течение 6-8 часов при комнатной температуре, гранулируют, гранулы-сырцы сушат (110-120°C) и прокаливают при 800-1000°C не менее одного часа. При прокаливании диуранат аммония превращается в закись-окись урана, а нитрат (или ацетат) аммония удаляется в виде газообразных продуктов разложения. После прокаливания образуется индивидуальная закись-окись урана в форме прочных непылящих гранул. Согласно рентгенофазовому анализу, прокаливание гранул при 800 и 1000°C приводит к образованию α- и γ-модификаций закиси-окиси урана соответственно. Гранулы, прокаленные при 800°C, имеют объемную плотность 3,6-3,9 г/см³, открытую пористость 55-58% и характеризуются потерей массы при истирании 1,2-1,4%. Гранулы, прокаленные при 1000°C, имеют объемную плотность 4,1-4,5 г/см³, открытую пористость 47-52% и характеризуются потерей массы при истирании 0,8-1%.

После формования и сушки отбракованные (неправильной формы) гранулы-сырцы могут быть обратимо переведены в состояние пластичной формовочной массы, пригодной для гранулирования путем увлажнения до 25-40%. Благодаря этому по предлагаемому способу гранулированную закись-окись урана приготавливают практически без отходов.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении выполнена основная задача изобретения - разработан способ, обеспечивающий гранулирование порошкообразной закиси-окиси урана.

Ниже приведены примеры реализации изобретения и физико-химические характеристики гранулированной закиси-окиси урана, приготовленной заявляемым способом.

Пример 1.

К смеси, содержащей закись-окись урана (6,32 г), диуранат аммония (6,32 г) и нитрат аммония (0,025 г), добавляют воду (3,2 мл) и компоненты перемешивают до образования однородной формовочной массы. Полученная масса имеет состав (вес. %): закись-окись урана - 39,8; диуранат аммония - 39,8; нитрат аммония - 0,16; вода - 20,2. Весовое отношение закиси-окиси урана к диуранату аммония равно 1:1; содержание нитрат аммония 0,2 вес. % от суммарного веса урансодержащих компонентов; влажность 25 вес. % от веса сухой массы. Массу выдерживают в течение 6 часов и затем гранулируют экструзией. Гранулы-сырцы сушат при 110°C и прокаливают при 800-1000°C в течение часа. Объемная плотность гранул, прокаленных при 800°C, составляет 3,6 г/см³, открытая пористость 57%, потеря веса при истирании 1,3%. Гранулы, прокаленные при 1000°C, имеют объемную плотность 4,1 г/см³, открытую пористость 52%, потеря веса при истирании составляет 0,9%.

Пример 2.

К смеси, содержащей закись-окись урана (5,42 г), диуранат аммония (8,13 г) и нитрат аммония (0,135 г) добавляют воду (5,47 мл) и компоненты перемешивают до образования однородной вязко-пластичной формовочной массы. Формовочная масса имеет состав (вес. %): закись-окись урана - 28,3; диуранат аммония - 42,4; нитрат аммония - 0,7; Н₂О - 28,6. Весовое отношение закиси-окиси урана к диуранату аммония равно 1:1,5. Содержание ацетата аммония 1 вес. % от суммарного веса урансодержащих компонентов. Влажность массы равна 40 вес. % от веса сухой массы. Формовочную массу выдерживают в течение 8 часов и гранулируют. Гранулы-сырцы сушат при 120°C и прокаливают при 800 и 1000°C в течение полутора часов. Объемная плотность гранул закиси-окиси урана, прокаленных при 800°C, составляет 3,8 г/см³, открытая пористость 56%, потеря веса при истирании 1,2%. Гранулы, прокаленные при 1000°C, имеют объемную плотность 4,5 г/см³ и открытую пористость 47%. Потеря веса при истирании 0,9%.

Пример 3

К смеси, содержащей закись-окись урана (8,70 г), диуранат аммония (8,70 г) и ацетат аммония (0,034 г), добавляют воду (4,35 мл) и компоненты перемешивают до образования однородной вязко-пластичной формовочной массы. Масса имеет состав (вес. %): закись-окись урана - 39,9; диуранат аммония - 39,9, ацетат аммония - 0,18; вода - 20. Весовое отношение закиси-окиси урана к диуранату аммония равно 1:1; содержание ацетата аммония - 0,2 вес. % от суммарного веса урансодержащих компонентов; влажность - 25 вес. % (от веса сухой массы). Массу выдерживают в течение 8 часов и гранулируют экструзией. Гранулы-сырцы сушат при 110°C и прокаливают при 800 и 1000°C в течение 1,5 часа. Объемная плотность гранул, прокаленных при 800°C, составляет 3,9 г/см³, открытая пористость 55%, потеря веса при истирании 1,2%. Гранулы, прокаленные при 1000°C, имеют объемную плотность 4,4 г/см³ и открытую пористость 48%. Потеря веса при истирании 0,8%.

Пример 4

К смеси, содержащей закись-окись урана (5,90 г), диуранат аммония (8,85 г) и ацетат аммония (0,147 г), добавляют воду (6,0 мл) и компоненты перемешивают до образования однородной формовочной массы. Формовочная масса имеет состав (вес. %): закись-окись урана - 28,2; диуранат аммония - 42,3; ацетат аммония - 0,7; вода - 28,7. Весовое отношение закиси-окиси урана к диуранату аммония равно 1:1,5; содержание ацетата аммония 1 вес. % от суммарного веса урансодержащих компонентов; влажность массы - 40 вес. % (от веса сухой массы). Формовочную массу выдерживают в течение 6 часов и гранулируют. Гранулы-сырцы сушат при 120°C и прокаливают в течение часа при 800 или 1000°C. Объемная плотность гранул закиси-окиси урана, прокаленных при 800°C, составляет 3,7 г/см³, открытая пористость 58%, потеря массы при истирании 1,4%. Гранулы, прокаленные при 1000°C, имеют объемную плотность 4,2 г/см³ и открытую пористость 50%. Потеря веса при истирании 1%.

1. Способ приготовления гранулированной закиси-окиси урана, включающий приготовление смеси, состоящей из закиси-окиси урана, диураната аммония, нитрата или ацетата аммония и воды при весовом отношении закиси-окиси урана к диуранату аммония от 1:0,5 до 1:2, содержании нитрата или ацетата аммония 0,2-1 вес. % от количества урансодержащих компонентов и содержании воды 25-40 вес. % от веса сухих компонентов, формование гранул-сырцов из этой смеси, их сушку и прокаливание.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что весовое отношение закиси-окиси урана к диуранату аммония в композитной смеси находится в интервале от 1:1 до 1:1,5.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокаливание гранул-сырцов проводят при температуре 800-1000°C не менее 1 часа.

Изобретение может быть использовано для дезактивации сложнообогащаемого цирконового концентрата Зашихинского месторождения, содержащего примесь кремния в виде кварца и полевых шпатов.

Способ сорбционного извлечения урана из фторсодержащих сред // 2571764

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения урана из растворов радиохимических производств. Способ сорбционного извлечения урана из фторсодержащих растворов на хелатообразующих ионитах с аминофосфоновыми группами представляет собой сорбцию урана при соотношении фаз ионит:раствор, равном 1:2,5 - 1:1000, и содержании фтора 5 - 20 г/л, обеспечивая соотношение F-:H2SO4 = 1 - 0:4 добавлением к раствору серной кислоты.

Выделение белка, ответственного за восстановление урана (vi) // 2571221

Настоящее изобретение относится к биотехнологии и раскрывает способ биоочистки области, загрязненной источником U (VI). Способ предполагает введение донора электронов в загрязненную область с целью стимуляции пролиферации штамма SA-01 Thermus scotoductus для восстановления урана (VI).

Способ приготовления анион-дефицитных растворов нитрата уранила // 2568729

Изобретение относится к приготовлению анион-дефицитных метастабильных растворов нитрата уранила и может быть использовано в химической технологии, в частности, при импрегнировании урана в пористые графитовые заготовки с целью получения уран-графитовых тепловыделяющих элементов (твэл) или при получении микросфер золь-гель методом.

Способ получения нитрата уранила // 2563480

Изобретение относится к технологии переработки химических концентратов природного урана. Способ получения нитрата уранила включает обработку водным раствором нитрата аммония соединений урана таких как: оксиды урана, полиуранаты натрия, полиуранаты аммония или пероксид урана, и спекание полученных смесей в интервале температур 200-350°C.

Выделение белка, ответственного за восстановление урана (vi) // 2527892

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен полипептид, полученный из штамма SA-01 Thermus scotoductus, который отвечает за восстановление урана (VI) в источнике урана (VI) до урана (IV), где полипептид включает аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1.

Реакционная камера для получения порошка диоксида урана методом пирогидролиза из гексафторида урана (варианты) // 2498941

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению порошка диоксида урана методом пирогидролиза. Реакционная камера для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана выполнена в виде емкости, имеющей фильтровальную зону, первую реакционную зону для превращения гексафторида в уранилфторил и вторую реакционную зону с газораспределительной решеткой для создания псевдоожиженного слоя для восстановления уранилфторида до диоксида урана, при этом емкость выполнена с внутренним расстоянием между двумя противоположными плоскими стенками не более 104 мм для обогащения до 5 % по U235.

Способ переработки азотнокислого раствора регенерированного урана с очисткой от технеция // 2490210

Изобретение относится к способам экстракционной переработки регенерированного урана с целью очистки от технеция-99, являющегося бета-активным излучателем. .

Способ приготовления порошка диоксида урана // 2472709

Изобретение относится к технологии производства ядерного топлива для энергетических реакторов, в частности, к процессам получения порошков диоксида урана для изготовления сердечников твэлов.

Способ переработки отработанных стекловолокнистых аэрозольных фильтров // 2456244

Изобретение относится к области переработки и утилизации радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности. .

Способ гранулирования // 2585023

Изобретение относится к химии, в частности к гранулированию лекарственных веществ путем впитывания веществ в пористый носитель. Гранулирование лекарственных веществ проводят путем смешивания активного ингредиента в жидком состоянии с пористым носителем.

Способ получения гранулированного регенеративного продукта с применением вальцового компактора // 2576438

Изобретение относится к способам получения продуктов для регенерации воздуха, используемых в системах жизнеобеспечения человека. Способ получения гранулированного регенеративного продукта с применением вальцового компактора заключается в загрузке шихты в вальцовый компактор, имеющий ряд вращающихся в противоположных направлениях валков, и прессовании этой смеси между валками.

Способ получения гранулированной углеродной сажи // 2569091

Изобретение относится к химической промышленности. Сначала получают однородную смесь порошка углеродной сажи, воды, связывающего вещества и диспергрующего вещества, в которой соотношение углеродной сажи и воды находится в пределах от 0,1:2,0 до 2:1.

Многослойный проппант и способ его получения // 2568486

Изобретение относится к производству проппантов, используемых при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта. Многослойный проппант получен на основе спеченного алюмосиликатного сырья в виде гранул, с пикнометрической плотностью 2,0-3,5 г/см3 и размерами 0,2-2,5 мм.

Способ получения гранулированной модифицированной сажи, сажа для высокомодульных полимерных композиций и полимерные композиции с ее использованием // 2563504

Изобретение может быть использовано при получении высокомодульных полимерных композиций, обладающих улучшенной перерабатываемостью и повышенной усиливающей способностью.

Устройство для получения гранулированных сахаристых продуктов // 2557169

Изобретение относится к технике получения гранулированных продуктов из растворов кристаллизующихся веществ, преимущественно сахаристых, и может быть использовано в пищевой промышленности.

Способ гранулирования расплавов // 2553912

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам получения гранулированных материалов из расплавов и растворов, и может найти применение в химической и других отраслях промышленности.

Способ микрокапсулирования // 2553898

Техническое решение относится к химической технологии, в частности к способам нанесения покрытия на дисперсные частицы, находящиеся в ожиженном состоянии, и может найти применение в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности при проведении процессов гранулирования, микрокапсулирования и смешивания.

Усовершенствованное устройство для нанесения покрытия на частицы новым способом с помощью вихревого генератора воздушного потока // 2542276

Предметом изобретения является усовершенствованное технологическое устройство для нанесения покрытия на частицы с использованием нового вихревого генератора воздушного потока, который обеспечивает параметры вихревого потока газа в пределах областей в разделительном цилиндре, а также между разделительным цилиндром и распределяющей поток перфорированной пластиной, что ведет к повышению равномерности и качества исполнения покрытия, снижению материалоемкости и повышению термоэффективности технологического процесса нанесения покрытия, в котором частицы перемещают вверх по круговой траектории, через зону распыления и сушки внутри вертикальной трубы разделительного цилиндра, расположенного над газораспределительной пластиной, а затем вниз, во второй зоне для сушки и выдержки частиц за пределами разделительного цилиндра.

Способ получения гранулированного катализатора крекинга // 2531351

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к способу получения катализатора для крекинга тяжелых и остаточных нефтяных фракций. Предложенный способ получения гранулированного катализатора крекинга включает введение цеолита типа Y в носитель, содержащий коллоидные компоненты и/или их предшественники, формование и термическую обработку.

Установка для получения мелкодисперсных порошков и способ получения мелкодисперсных порошков // 2590561

Изобретение относится к области получения мелкодисперсных порошков (нано- и микрочастиц) и может быть использовано в фармацевтической, пищевой, химической промышленности, электронике, при производстве катализаторов, полимеров, покрытий, пестицидов и т.п. Изобретение также относится к процессам разделения и фракционирования смесей химических веществ и может быть использовано в фармацевтической, пищевой, нефтехимической и химической промышленности для выделения компонентов из смесей. Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, - расширение функциональных возможностей устройства и способа получения мелкодисперсных порошков (для разных типов растворов или суспензий; для разных типов антирастворителей; обеспечение возможности регулирования процесса в зависимости от свойств исходных веществ); повышение эффективности; упрощение конструкции и упрощение способа. Технический результат достигается за счет того, что установка для получения мелкодисперсных порошков, содержащая полость с раствором вещества и полость для образования частиц вещества, содержащую антирастворитель, средство введения раствора из полости с раствором вещества в полость для образования частиц, согласно изобретению содержит первую ограниченную стенками вертикально ориентированную полость с поперечным сечением S1, вторую ограниченную стенками вертикально ориентированную полость с поперечным сечением S2, поперечное сечение S1 первой полости больше поперечного сечения S2 второй полости, при этом вторая полость расположена ниже первой полости соосно с ней, третья ограниченная стенками полость расположена ниже второй полости, в первой и второй полости размещены соответственно первый и второй поршни, установленные с возможностью их взаимообусловленного вертикального перемещения, в нижней части второй полости выполнено центральное отверстие, вторая и третья полости сообщены между собой через обратный клапан, обеспечивающий прохождение раствора из второй полости в третью через центральное отверстие в нижней части второй полости, надпоршневое пространство первой полости сообщено с источником гидравлической жидкости, обеспечивающим подачу гидравлической жидкости в надпоршневое пространство первой полости, подпоршневое пространство второй полости сообщено с источником раствора вещества, обеспечивающим подачу раствора вещества в подпоршневое пространство второй полости, при этом S1×P1=S2×P2, где P1 - давление в надпоршневом пространстве первой полости, Р2 - давление в подпоршневом пространстве второй полости, третья полость сообщена с источником антирастворителя, обеспечивающим подачу антирастворителя в третью полость, при этом Р2 больше, чем Р1, а Р3 меньше, чем Р2, где Р3 - давление в третьей полости. В способе получения мелкодисперсных порошков, включающем подачу раствора вещества от источника в полость с антирастворителем, согласно изобретению подачу раствора вещества в полость с антирастворителем осуществляют вертикально сверху вниз, при этом подачу раствора вещества осуществляют из полости с давлением, превышающим давление в полости с антирастворителем, через обратный клапан, посредством которого полость с раствором вещества непосредственно сообщена с полостью с антирастворителем. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.