CC BY
34
УДК 661.879.1:621.762
Д. С. Миссорин, С. И. Камордин, С. В. Чижевская
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва. Россия ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика A.A. Бочвара», Москва, Россия
СИНТЕЗ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ ДИОКСИДА УРАНА КЕРАМИЧЕСКОГО СОРТА МЕТОДОМ ГАЗОПЛАМЕННОЙ КОНВЕРСИИ
Possibility of uniform distribution of dopant additives in production modified powder uranium dioxide by use of gas-flame conversion of uranium hexafluoride was studied.
Исследована возможность равномерного распределения «легирующих» добавок при получении модифицированных порошков диоксида урана методом газопламенной конверсии гексафторида урана.
В настоящее время в качестве ядерного топлива используется в основном диоксид урана с обогащением по U до 5% мае., получаемый конверсией гексафторида урана или термическим разложением нитрата уранила [1].
Развитие ядерной энергетики предполагает увеличение в 1,5-2 раза длительности кампании работы водоохлаждаемых реакторов АЭС (до 18-24 месяцев) и глубину выгорания топлива (до 70-80 МВтсут / кг U). Одним из путей увеличения кампании является снижение газовыделения и уменьшение взаимодействия газов с оболочкой твэлов за счёт размера зерна в спечённой таблетке из диоксида урана не менее 25 мкм. Это может быть достигнуто путём введения в (Юг «легирующих» добавок, таких как алюминий, кремний, хром и других [2].
При введении добавок в порошок диоксида урана важную роль играет равномерность их распределения в нём. Очевидно, что вариант простого смешивания оксидов неприемлем, поскольку будет приводить к неравномерному распределению добавок как в порошке UO2, так и в таблетках. Равномерное распределение добавок при газопламенной конверсии гексафторида урана может быть Достигнуто введением в факел растворов прекурсоров их оксидов [3].
В работе изучена возможность достижения удовлетворительного объёмного распределения в порошке диоксида урана оксидов «легирующих» (AI, Cr) добавок, введённых в процессе газопламенной конверсии гексафторида урана с обогащением по 23SU 0,7% на лабораторной установке.
На рис. 1. представлена схема лабораторной установки, на которой осуществлялось получение порошков диоксида урана.
Корпус аппарата 1 изготовлен из нержавеющей стали 12X18HI0T, внутри корпуса установлена вставка из листового никеля для предотвращения коррозии корпуса. В верхней части на фланце расположены горелка и форсунка.
□ Шеос-ДО'ШТОр
Ж А
Расгьор
Рис. 1. Лабораторная установка получения модифицированных порошков диоксида урана: 1 - газопламенный аппарат, 2 - металлокерамнческнй фильтр, 3 - контрольный мегаллокерамическнй фильтр (штриховкой показан электрообогрев), 4 - бункер, 5 - ёмкость с гексафторидом урана, 6 — ёмкость с раствором прекурсора.
Для визуального наблюдения за горением факела имеется смотровое окно. Аппарат соединен с металлокерамическим фильтром 2, на котором собирается основная масса продуктов газопламенной конверсии. Кроме того, они накапливаются также в бункере 4, установленном под патронами фильтра. Гексафторид урана возгоняется из ёмкости 5, нагретой до 110°С, а раствор прекурсора подаётся при помощи насоса-дозатора из ёмкости 6. Аппарат и фильтры обогреваются электропечью сопротивления со спиралью из нихрома.
Отходящие газы, состоящие из паров воды, фтороводорода, азота и избыточного водорода, после прохождения через металлокерамические фильтры, направляли в систему конденсации, состоящую из двух последовательно расположенных ёмкостей, охлаждаемых жидким азотом. Нескон-денсированные газы, водород и азот, удалялись вакуумным насосом в систему вентиляции.
В качестве прекурсоров оксидов алюминия и хрома использовали растворы солей А1(Ы0з)з'9М20 и (ЫН^СгзСЬ марки «хч». Проходя через форсунку, раствор попадает в факел горелки (средняя температура 1050-1200°С). Аппарат обогревался электропечью до температуры 650°С для предотвращения побочных реакций фторирования оксидов урана. На фильтрах поддерживали температуру 200-250°С для исключения конденсации паров
фторововорода. Коммуникации, по которым транспортировался (Л^, нагревали до температуры 100°С.
С, учетом сложного состава продуктов конверсии гексафторида урана (иэОя, иОгРг, ЦР4,1Юг), в дальнейшем они подвергались обесфториванию и восстановлению до диоксида урана. Для этого порошок продуктов газопламенной конверсии загружали в никелевый тигель и помещали в горизонтальную печь, которую нагревали до 650"С, подавая водород и перегретый пар в мольном соотношении 2:3. По данным РФА восстановленный продукт содержал только иОг
Синтезированный порошок 1Ю2 соответствовал отраслевым техническим условиям на диоксид урана керамического сорта, полученный методом газопламенной конверсии (ТУ 95414-2005) за исключением превышения содержания примесей (А1, Сг) и величины полной удельной поверхности 8ул (4-4,5 м2/г вместо 1,8-3,5 м2/г).
О равномерности объёмного распределения «легирующих» добавок судили по результатам анализа проб порошка, отобранных по окончании процесса восстановления из разных частей одной партии. Критериями однородности распределения служили: смещённая оценка среднеквадратичного отклонения (СКО) 8 = (ЦА*-АСр)2/п)'0'5 и оценочный квантиль распределения с!ср - аА|-Аср1)/п8, где А, - содержание «легирующей» добавки в пробе, АС1, - среднее содержание, п - количество проб. Результаты расчётов представлены в табл. 1.
Табл. I. Результаты расчетов равномерности распределения «легирующих» добавок А1 и Сг в синтезированных ня лабораторной установке порошках и02
Добавка Среднее содержание СКО ¿ер Добавка Среднее содержание СКО
Сг 0,9320 0,0793 0,8267 А1 0,00262 1,7210' * 0,8372
0,1040 0,0120 0,9333 0,00516 5,28-10' 4 0,8491
Сопоставление величины оценочного квантиля распределения «легирующих» добавок с ГОСТ 8.207-76, показывает, что введение «легирующих» добавок в виде раствора прекурсора в факел горелки в процессе газопламенной конверсии обеспечивает удовлетворительное объёмное распределение: значения <1ср (за исключением одного из опытов) укладываются в интервал 0,6829< аср <0,9137 (п = 16).
Библиографические ссылки
1. Решетников Ф.Г., Бибилашвили Ю.К. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1995. 320 с.
2. Теплопроводность образцов диоксида урана, легированного микроколичествами оксидов титана, алюминия, олова. / В.Г. Баранов [и др.); // Научная сессия МИФИ-2006. Т. 9. С. 94-95.
3. Патент РФ 74627, МПК" СОЮ 43/01. Устройство для получения легированных оксидов урана путём конверсии гексафторида урана / Камордин С.И. [и др.], заявитель и патентообладатель ФГУП «ВНИИНМ» и ОАО «МСЗ».
УДК 542.61
Хан Вин Со1, А. М. Сафиулина2, Е.О. Назаров2, С. И. Степанов', В. Е. Баулин2, А. М. Чекмарев1, И. Г. Тананаев2
'Российиский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия ^Институт физической химии и электрохимии им. A.M.. Фрумкина РАН, Москва, Россия
ЭКСТРАКЦИЯ ЦЕЗИЯ ЦИКЛИЧЕСКИМИ И АЦИКЛИЧЕСКИМИ ЭФИРАМИ В ПРИСУТСТВИИ МЕТИЛТРИАЛКИЛАММОНИЯ ИЗ КАРБОНАТНЫХ СРЕД
We have studied solvent extraction of cesium by mixture of dibezo-18-crown-6 and by ditretbutikdicyclogeksil-18-crown-6 with metiltrialkilammoniura carbonate (MTAA). We have studied solvent extraction of cesium by solutions of salts: l,2-Bis[o-(hydroxyetoxyptiosphoril)-phenoksijoxaetan, l,5-Bis[o-(hydroxyetoxyphosphoril)-phenoksi]oxapentan, l,5-Bis[o-(hydroxyetoxyphosphorilj-phenoksijoxaoktan MTAA cation. There was shown, that salt of 1,5-Bis|o-(hydroxyetoxyphosphoril)-phenoksi]oxapentan with MTAA cation is the best extractan! for cesium extraction from carbonate solutions.
Изучена экстракция цезия из карбонатных сред смесями днбензо-18-краун-б и дит-ретбутилдициклогексил-18-краун-б с карбонатом метилтриалкиламмония (МТАА). Изучена экстракция цезия растворами солей 1,2-Бис[о-(гидроксиэтоксифосфорил)-фенокси]оксаэтана, 1,5-Бис[о-(гидроксиэ'гоксифосфорил)-фенокси]-3-оксапенгана, 1,8-Бис[о-(гидроксиэтоксифосфорил)-фенокси]-3,6-оксаокташ с катионом МТАА. Показано, что наилучшими экстракционными свойствами по отношению к цезию обладает соль 1,5-Бис[о-(п1Дроксиэтоксифосфорил)-фенокси]-3-оксапентана с катионом МТАА.
В настоящее время предложена новая концепция переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), заключающаяся в извлечении урана и плутония из ОЯТ в карбонатные растворы с последующим карбонатным экстракционным аффинажем [1]. При этом возникает проблема очистки ценных компонентов от радиогенных элементов, соли которых имеют хорошую растворимость в карбонатных растворах. Одним из таких элементов является цезий, карбонат которого растворяется в воде до 2,5 моль/л. В качестве экстрагентов при карбонатной переработке ОЯТ предлагается использовать четвертичные аммониевые соли (ЧАС), в частности, неразбавленный карбонат метилтриалкиламмония (МТАА), который обладает рядом преимуществ по сравнению с известными фосфорилсодержащими реагентами: высокой температурой вспышки, устойчивостью к гидролизу и радиоли-
