способ растворения мокс-топлива

Классы МПК:C01G43/00 Соединения урана
C01G56/00 Соединения трансурановых элементов
G21C19/42 переработка облученного топлива 
Автор(ы):, , , , , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-09-22
публикация патента:

Изобретение относится к способам растворения топлива, которое представляет собой смесь оксидов урана и плутония. Способ заключается в растворении МОКС-топлива в растворе азотной кислоты при одновременном присутствии в растворе ионов фтора и гадолиния при следующих концентрациях: азотной кислоты (6-9) моль/л, фторида натрия (0,05-0,08) моль/л и нитрата гадолиния в пересчете на гадолиний (1,3-1,5) г/л. Изобретение обеспечивает полное растворение смешанного уран-плутониевого топлива без образования осадков и ядерную безопасность процесса растворения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения

1. Способ растворения МОКС-топлива в растворе азотной кислоты с использованием фтор-иона и гадолиния, отличающийся тем, что растворение осуществляют при одновременном присутствии в растворе ионов фтора и гадолиния при следующих концентрациях в растворе: азотной кислоты (6-9) моль/л, фторида натрия (0,05-0,08) моль/л и нитрата гадолиния в пересчете на гадолиний (1,3-1,5) г/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворяют топливо состава: диоксид природного урана UO2 - 74-76 мас.%; диоксид оружейного плутония PuO2 - 24-26 мас.%, которое было получено плазмохимической денитрацией раствора азотнокислых солей урана и плутония.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение осуществляют в течение трех суток при температуре 20-25°С, после чего к нерастворившемуся остатку приливают новую порцию раствора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам растворения топлива, которое представляет собой смесь оксидов урана и плутония.

Известно, что PuO2 трудно растворяется в растворах азотной кислоты. Добавление плавиковой кислоты ускоряет растворение. Например, известен способ растворения РuО2 в смеси кислот: 10 М NНО3 - 0,05 М HF (Плутоний / Справочник под ред. О.Вика, том 1, М.: Атомиздат, 1971. - С.23).

Известен способ растворения уран-плутониевого топлива в азотной кислоте, содержащей фтор-ионы (Плутоний / Справочник под ред. О. Вика, том 1, М.: Атомиздат, 1971. - С.414). Растворение твердого раствора UO3 - РuО2 протекает достаточно полно при длительном кипячении в 16 М HNО3 , содержащей 0,05-0,25 М фтор-ионов. Затем раствор фильтруют и нерастворимый остаток возвращают в растворитель для повторной обработки. Недостатком способа является возможность получения ядерно-опасных растворов плутония.

Известен способ растворения оксидного облученного ядерного топлива в растворе азотной кислоты в аппаратах растворения непрерывного действия барабанного типа (Синев Н.М. Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. Экономика АЭС: Учеб. Пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С.346). Способ выбран за прототип. Для обеспечения ядерной безопасности в азотнокислый раствор добавляют гадолиний в качестве нейтронного поглотителя или комбинируют ядерно-безопасную геометрию аппарата с поглотительными вставками. Сначала происходит преимущественное растворение диоксида урана по реакции:

UO2+4НNО3 способ растворения мокс-топлива, патент № 2451639 UO2(NО3)2+2NO2 +2Н2О.

Для более полного растворения плутония вводятся дополнительные операции растворения «нерастворившихся остатков» с введением в раствор азотной кислоты фтор-иона.

Недостатком способа является то, что растворение уран-плутониевого МОКС топлива осуществляют сначала в растворе азотной кислоты и гадолиния без введения фтор-иона, при этом плохо растворяется диоксид плутония, а затем в растворе азотной кислоты в присутствии фтор-иона, ускоряющего растворение диоксида плутония, но уже без гадолиния, т.к. фтор-ион реагирует с гадолинием с образованием фторида гадолиния, выпадающего в осадок.

Одним из условий применения гадолиния в качестве нейтронного поглотителя в растворах ядерноделящихся материалов (плутония, урана, обогащенного изотопом уран-235) является его равномерное распределение в растворе. При растворении МОКС-топлива фтор-содержащими растворами азотной кислоты гадолиний не должен образовывать осадки, то есть должен оставаться в растворе.

Фториды редкоземельных элементов относятся к числу очень малорастворимых соединений. Произведение растворимости GdF3 равно 6,7×10-17 . Растворимость фторидов РЗЭ в растворах сильных кислот незначительна [Аналитическая химия редкоземельных элементов и иттрия. М.: Наука, 1966, с.76-77].

Неизвестна и степень снижения химической активности фторсодержащих растворов азотной кислоты по отношению к МОКС-топливу при введении в них гадолиния, связывающего фтор-ион в комплекс.

Задачей изобретения является растворение смешанного оксидного уран-плутониевого (МОКС) топлива без образования осадков фторида гадолиния, обеспечивающего в растворенном состоянии ядерную безопасность растворов.

Поставленную задачу решают тем, что в способе растворения МОКС-топлива в растворе азотной кислоты с использованием фтор-иона и гадолиния растворение осуществляют при одновременном присутствии в растворе ионов фтора и гадолиния при следующих концентрациях в растворе: азотной кислоты (6-9) моль/л, фторида натрия (0,05-0,08) моль/л и нитрата гадолиния в пересчете на гадолиний (1,3-1,5) г/л.

Растворяют топливо состава: диоксид природного урана UO2 - 74-76 мас.%; диоксид оружейного плутония PuО 2 - 24-26 мас.%.

Растворение осуществляют в течение трех суток при температуре 20°С, после чего к нерастворившемуся остатку приливают новую порцию раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

Растворяют топливо состава: диоксид природного урана UO2 - 74-76 мас.%; диоксид оружейного плутония РuО2 - 24-26 мас.%, которое было получено плазмохимической денитрацией раствора азотнокислых солей урана и плутония.

Для растворения 15 навесок МОКС-топлива массой 286 мг каждая с содержанием U - 191,8 мг и Рu - 62,8 мг приготовили исходные растворы, содержащие азотную кислоту, нитрат гадолиния и фторид натрия. К каждой навеске МОКС-топлива приливали 10 мл исходного раствора заданного состава и выдерживали при температуре 20-25°С 3 суток. Полученный первый раствор декантировали и на остаток МОКС-топлива приливали новую порцию в 10 мл того же исходного раствора. Выдержку продолжали до полного растворения навески - получали второй раствор.

Состав растворов, их устойчивость к образованию осадков трифторида гадолиния, продолжительность растворения МОКС-топлива приведены в таблице.

№ оп. Состав исходного раствора Потери Gd c осадком, мас.% Содержание в первом растворе, г/л Содержание во втором растворе, г/л Общая продолжительность растворения, сутки
[HNO3], моль/л [NaF], моль/л [Gd],г/л
UPu UPu
1 00,08 1,5100 ** ** >30
20,5 0,081,5 43* ** *>30
3 1,00,08 1,50 ** ** >30
43,0 0,081,5 0* ** *>30
5 6,00,08 1,50 18,35,2 0,81,1 6,0
6 8,0 0,081,5 018,6 5,40,6 0,95,8
7 9,00,08 1,50 18,85,6 0,40,7 5,5
8 10,0 0,081,5 2,319,0 5,80,2 0,55,0
9 12,00,08 1,59,6 ** ** 4,5
10 6,0 0,051,3 018,0 5,10,8 1,27,0
11 6,00,05 1,50 ** ** 7,0
12 6,0 0,081,3 0* ** *6,0
13 9,00,05 1,30 18,75,5 0,50,8 5,8
14 9,0 0,051,5 0* ** *5,8
15 9,00,08 1,30 ** ** 5,5
* - концентрацию не определяли

Осадки фторида гадолиния отсутствовали в растворах, содержащих: [НNO3]=1,0-9,0 моль/л; [NaF]=0,05-0,08 моль/л и [Gd]=1,3-1,5 г/л, при этом полное растворение навесок МОКС-топлива в течение приемлемого времени (нескольких суток) произошло при [NНO3]=6-9 моль/л. Полученные объединенные растворы 1 и 2 не содержали осадков фторидов гадолиния. При [NНО 3]способ растворения мокс-топлива, патент № 2451639 3,0 моль/л растворение не закончилось и за 30 суток.

Таким образом, в растворах состава: [НNО3 ]=(6-9) моль/л; [NaF]=(0,05-0,08) моль/л; [Gd]=(1,3-1,5) г/л фторид гадолиния находится в растворенном состоянии; растворение смешанного уран-плутониевого топлива в этих растворах проходит полностью в течение приемлемого времени (нескольких суток); обеспечивается ядерная безопасность процесса растворения.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2451639

patent-2451639.pdf

Класс C01G43/00 Соединения урана

выделение белка, ответственного за восстановление урана (vi) -  патент 2527892 (10.09.2014)
способ получения порошков нитрида урана -  патент 2522814 (20.07.2014)
способ получения диоксида урана -  патент 2522619 (20.07.2014)
системы выделения фтора и способы выделения фтора -  патент 2508246 (27.02.2014)
способы приготовления оксалата актиноидов и приготовления соединений актиноидов -  патент 2505484 (27.01.2014)
способ изготовления керамических топливных таблеток с выгорающим поглотителем для ядерных реакторов -  патент 2504032 (10.01.2014)
реакционная камера для получения порошка диоксида урана методом пирогидролиза из гексафторида урана (варианты) -  патент 2498941 (20.11.2013)
способ переработки азотнокислого раствора регенерированного урана с очисткой от технеция -  патент 2490210 (20.08.2013)
способ переработки гексафторида урана -  патент 2489357 (10.08.2013)
способ получения тетрафторида урана -  патент 2484020 (10.06.2013)

Класс C01G56/00 Соединения трансурановых элементов

способы приготовления оксалата актиноидов и приготовления соединений актиноидов -  патент 2505484 (27.01.2014)
способ растворения кремнийсодержащей пульпы -  патент 2472711 (20.01.2013)
способ растворения диоксид плутония содержащих материалов -  патент 2456687 (20.07.2012)
способ переработки отработанных стекловолокнистых аэрозольных фильтров -  патент 2456244 (20.07.2012)
способ получения твердого раствора диоксида плутония в матрице диоксида урана -  патент 2446107 (27.03.2012)
сорбент на основе уранилфторида и способ его получения -  патент 2422199 (27.06.2011)
способ соосаждения актиноидов с разной степенью окисления и способ получения смешанных соединений актиноидов -  патент 2408537 (10.01.2011)
электролизер для растворения оксидов металлов -  патент 2404130 (20.11.2010)
способ получения гексафторидов актинидных элементов и устройство для его осуществления -  патент 2394770 (20.07.2010)
способ очистки плутония от урана -  патент 2307794 (10.10.2007)

Класс G21C19/42 переработка облученного топлива 

способ бестокового получения урана (v) в расплавленных хлоридах щелочных металлов -  патент 2518426 (10.06.2014)
способ очистки облученного ядерного топлива -  патент 2499306 (20.11.2013)
способ изотопного восстановления регенерированного урана -  патент 2497210 (27.10.2013)
барабанная мельница для переработки облученного или бракованного ядерного топлива -  патент 2453937 (20.06.2012)
способ плазмооптической масс-сепарации и устройство для его осуществления -  патент 2446489 (27.03.2012)
способ плазменного разделения отработанного ядерного топлива и устройство для его осуществления -  патент 2419900 (27.05.2011)
способ изотопного восстановления регенерированного урана -  патент 2399971 (20.09.2010)
способ переработки загрязненного уранового сырья -  патент 2377674 (27.12.2009)
способ изотопного восстановления регенерированного урана -  патент 2361297 (10.07.2009)
способ восстановления пригодности выгоревшего в ядерном реакторе топлива в виде гексафторида выгоревшей смеси изотопов урана для повторного использования в ядерном реакторе -  патент 2307410 (27.09.2007)
Наверх