способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран

Классы МПК:C01G43/06 фториды 
C22B60/02 получение тория, урана или других актиноидов
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-07-29
публикация патента:

Изобретение относится к области экологии и направлено на предупреждение загрязнения окружающей среды и отравления радиоактивными веществами. Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран и фторид кальция включает взаимодействие гексафторида урана и металлического кальция, причем газообразный гексафторид урана вводят в расплавленный металлический кальций посредством барботажа, а температура процесса поддерживается выше температуры плавления фтористого кальция. Изобретение позволяет перевести токсичный радиоактивный гексафторид урана в нелетучий компактный продукт, безопасный для хранения. 1 пр.

Формула изобретения

Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран и фторид кальция, включающий взаимодействие гексафторида урана и металлического кальция, причем газообразный гексафторид урана вводят в расплавленный металлический кальций посредством барботажа, температура процесса поддерживается выше температуры плавления фтористого кальция.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экологии, оно направлено на предупреждение возможности загрязнения окружающей среды и отравления населения радиоактивными веществами.

В результате разделения изотопов урана получаются две фракции: обогащенная с содержанием изотопа 235U больше 0,72 мас.% и отвальная, в которой содержится 0,1-0,3 мас.% 235 U.

Отвальньнг гексафторид урана хранится в контейнерах, преимущественно на открытых площадках. Это представляет значительную опасность для природы и населения. В результате коррозии при длительном хранении, действии природных явлений (гроза, землетрясение), а также диверсий и бомбардировок может нарушиться герметичность части контейнеров и в окружающую среду выйдет гексафторид урана - радиоактивный ядовитый газ, обладающий удушающим действием, что может привести к массовому отравлению населения.

Известен способ переработки гексафторида урана в тетрафторид урана, [Ф.С.Паттон, Д.М.Гуджин, В.Л.Гриффитс Ядерное горючее на основе обогащенного урана, Атомиздат, М., 1966, стр.42-47]. Согласно этому способу через сопло типа «труба в трубе» по его внешней части в реактор подается водород, а затем через внутреннюю часть сопла начинают подавать смесь гексафторида урана и фтора, причем фтор подается для достижения нужного температурного режима. Происходят следующие реакции:

UF6(газ)2(газ)способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475 UF4(тв.)+2НF(газ), способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475 Н329=-280 кДж/моль;

F2(газ) +H2(газ)способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475 2НF(газ), способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475 Н298=-268 кДж/моль.

Избыток водорода 100-500%, расход фтора 20-32 г/кг UF6, 90% полученного UF4 оседает в нижнем бункере, UF4, унесенный газами, улавливается металлокерамическими фильтрами.

Недостатком данного способа является получение сыпучего порошкообразного продукта сравнительно малой плотности (способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475 (UF4)=6,7 г/см3), что затрудняет условия его хранения.

Известен способ конверсии обедненного гексафторида урана в оксид урана (U3O 8) путем высокотемпературного пирогидролиза [Proven management for depleted uranium: the French reference of Cogema's defluorination plant / P.Netter, B.Dupperret, B.Le Motais. - International Conferences "Decomissioning, decontamination and reutilization of commercial and government facilities". Knoxville, USA, September 12-16, 1999. - 11 р.].

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса, а также получение конечного продукта в виде порошка, что может ухудшить экологическую обстановку в случае повреждения упаковки.

Известен способ конверсии гексафторида урана в тетрафтрид урана и безводный фтороводород и устройство для его осуществления (патент RU № 2188795 C2 от 23.11.2000).

Изобретение может быть использовано для переработки обедненного гексафторида урана. Способ заключается во взаимодействии гексафторида урана с водородом во фтороводородном пламени. Процесс ведут в реакторе при давлении в нем 540-720 мм рт.ст. Мольное соотношение компонентов UF 6:F2: Н2=1:(0,12-0,36):(1,5-3). В качестве восстановителя может быть использован катодный газ.

Температуру стенок реактора поддерживают около 480°C. Охлаждение продуктов реакции осуществляют путем охлаждения стенок реактора. Порошок тетрафторида урана шнеком-питателем разгрузочного устройства перемещают в приемник готового продукта. Корпус разгрузочного устройства выполнен в виде вертикального овала. Фтористый водород из технологических газов конденсируют при температуре (-35)-(-40)°C и при (-70)-(-80)°C. Дополнительно извлекают HF фторидом натрия при температурах 70-80°C и 20-30°C. Десорбцию фтористого водорода ведут при температуре 350-375°C. Результат изобретения: степень превращения гексафторида урана в тетрафторид урана до 99,5%. Степень извлечения фтористого водорода до 99,6%.

Недостатком данного процесса является то, что конечным продуктом является порошкообразный продукт - тетрафторид урана, который при аварии загрязняет и атмосферу, и гидросферу.

Известен способ получения порошка диоксида урана из гексафторида урана (патент RU 2381993 от 16.01.2008), включающий подачу в предварительно разогретую реакционную зону реакционной камеры гексафторида урана и водяного пара, подачу во вторую реакционную зону реакционной камеры смеси водяного пара и водорода с переводом в этой зоне уранилфторида до диоксида урана, выгрузку порошка из реакционной камеры довосстановления непрореагировавшего уранилфторида. Полученный порошок охлаждают и стабилизируют смесью воздуха и азота.

Недостатком данного способа является:

- многостадийность операций;

- конечный продукт получается в виде порошка, что усложняет его хранение и дает возможность загрязнения окружающей среды.

Известен способ восстановления гексафторида урана, принятый за прототип (патент RU № 2204529 C2 от 28.03.2001).

Изобретение относится к способам восстановления гексафторида урана до низших фторидов и металлического урана и может быть использовано при переработке обедненного гексафторида урана. Результат способа: возможность получения продукта заданного состава и осуществление реакции восстановления гексафторида урана при более низкой температуре.

Восстановление UF6 осуществляют предварительно атомизированным водородом в химическом реакторе в смеси с буферным газом-разбавителем в режиме непрерывного самопроизвольного горения. Атомарный водород получают при смешении в потоке молекулярного водорода в избытке молекулярного фтора, поджигаемого в блоке горелок, так что избыток молекул фтора термически диссоциирует на атомы фтора. Восстановление UF6 осуществляется до металлического урана при соотношении концентраций атомарного водорода и молекул UF6 в смеси, подаваемой в реактор, 6:1 соответственно. Восстановление UF6 осуществляют до тетрафторида урана при соотношении концентраций атомарного водорода и молекул UF6 в смеси, подаваемой в реактор, 2:1 соответственно.

Недостаток способа - металлический уран получается в виде мелкодисперсного пирофорного порошка, не пригодного для хранения.

Задача изобретения - перевод токсичного радиоактивного гексафторида урана в нелетучий компактный продукт - слиток металлического урана, не обладающий высокопроникающей гамма-активностью.

Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран включает взаимодействие гексафторида урана и металлического кальция. Газообразный гексафторид урана вводят в расплавленный металлический кальций посредством барботажа. Температуру процесса для получения компактного слитка урана поддерживают выше температуры плавления фтористого кальция.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ обладает рядом преимуществ: продуктом процесса является компактный слиток металлического урана, который занимает малый объем (плотность способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475 -урана 19,05 г/см3). Полученный продукт несыпуч, нелетуч (температура кипения металлического урана 3813°C). Кроме слитка урана получается шлак, состоящий из фторида кальция, который можно использовать для получения фтороводорода.

Процесс перевода урана из отвального гексафторида урна в металлический уран предлагается осуществить путем барботажа газообразного гексафторида урана через расплав металлического кальция по реакции

способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475

Реакция практически необратима, так как изменение свободной энергии процесса составляет большую отрицательную величину -1440 кДж/моль.

В процессе выделяется значительное количество тепла (способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475 Hспособ конверсии отвального гексафторида урана в металлический   уран, патент № 2444475 =-1520,6 кДж/моль), что обеспечит протекание реакции без подвода внешнего тепла.

Пример

В аппарат, представляющий собой цилиндрический сосуд с крышкой на фланце, загружается металлический кальций, затем аппарат герметизируется, из него откачивается воздух, после чего он заполняется аргоном. Аппарат перемещается в печь и нагревается до расплавления кальция. Обогрев отключается, и через трубопровод в верхнюю часть расплава кальция подается газообразный гексафторид урана из нагреваемого сублиматора. Количество барботируемого гексафторида урана не должно превышать 95% от стехиометрического количества на реакцию с загруженным количеством кальция.

В этих условиях продукты реакции в соответствии их плотностям распределяются в такой последовательности: нижний слой - расплав металлического урана, средний слой - расплав шлака (CaF2), верхний слой - избыточный кальций.

После охлаждения и кристаллизации продукты реакции извлекаются из реактора и разделяют: слиток металлического урана - на хранение, шлак - на получение фтороводорода, металлический кальций - на повторное использование.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2444475

patent-2444475.pdf

Класс C01G43/06 фториды 

способ переработки гексафторида урана -  патент 2489357 (10.08.2013)
способ получения тетрафторида урана -  патент 2484020 (10.06.2013)
способ очистки гексафторида урана от фторидов рутения -  патент 2479490 (20.04.2013)
способ получения разбавителя для переработки оружейного высокообогащенного урана в низкообогащенный уран -  патент 2479489 (20.04.2013)
способ очистки гексафторида урана -  патент 2472710 (20.01.2013)
аппарат для гидролиза гексафторида урана -  патент 2465208 (27.10.2012)
способ получения тетрафторида урана -  патент 2456243 (20.07.2012)
способ получения гексафторида урана и реактор для осуществления способа -  патент 2456242 (20.07.2012)
способ извлечения урана из сорбента фторида натрия -  патент 2422366 (27.06.2011)
сорбент на основе уранилфторида и способ его получения -  патент 2422199 (27.06.2011)

Класс C22B60/02 получение тория, урана или других актиноидов

способ переработки кремнийсодержащего химического концентрата природного урана -  патент 2517633 (27.05.2014)
способ извлечения урана из маточных растворов -  патент 2516025 (20.05.2014)
способ подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке -  патент 2514557 (27.04.2014)
способ извлечения америция из отходов -  патент 2508413 (27.02.2014)
способ получения металлического урана -  патент 2497979 (10.11.2013)
способ извлечения ценных компонентов из продуктивных растворов переработки черносланцевых руд -  патент 2493279 (20.09.2013)
способ переработки черносланцевых руд -  патент 2493273 (20.09.2013)
способ переработки черносланцевых руд с извлечением редких металлов -  патент 2493272 (20.09.2013)
способ переработки химического концентрата природного урана -  патент 2490348 (20.08.2013)
способ извлечения концентрата природного урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания и установка для его осуществления -  патент 2489510 (10.08.2013)
Наверх