способ разделения газовой смеси uf₆-brf₃-if₅ на компоненты

Формула изобретения

1. Способ разделения газовой смеси UF₆-BrF₃-IF₅ на компоненты, отличающийся тем, что смесь контактируют с фторидом натрия при температуре 70-120°С, сорбируя совместно гексафторид урана и трифторид брома, а несорбированный пентафторид иода выводят из системы, затем ведут десорбцию при пониженном давлении в две стадии: на первой из которых десорбируют трифторид брома при температуре 190-220°С, а на второй десорбируют гексафторид урана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что трифторид брома десорбируют при давлении 10 мм рт.ст., а гексафторид урана - при 10-20 мм рт.ст.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам разделения газовых смесей на компоненты и может быть использовано в технологии производства гексафторида урана.

При производстве и хранении гексафторида урана на внутренних поверхностях оборудования отлагаются нелетучие урансодержащие соединения, что приводит к изменению эксплутационных характеристик оборудования, а также к потерям урана. Особенно остро эта проблема возникает в производствах по разделению изотопов урана, характеризующихся большим числом единиц оборудования и развитыми поверхностями контакта с гексафторидом урана. Одним из перспективных способов удаления урансодержащих отложений является обработка их газовой смесью, состоящей из трифторида брома и гептафторида йода. В результате обработки урансодержащих отложений образуется газовая смесь UF₆-BRF₃-IF₅, которую необходимо разделить на компоненты для повторного их использования.

Известен способ разделения на компоненты смеси фторидов, получаемой при фторировании облученного ядерного горючего фторидами брома [Переработка ядерного горючего. Под ред. Столера С., Ричардса Р. М.: Атомиздат, 1964, с. 326-382] . Смесь содержит гексафторид урана, трифторид брома и фториды осколочных элементов, включая фториды йода. Смесь ожижают и разделяют дистилляцией при повышенном давлении, получая чистые гексафторид урана и трифторид брома. Фториды йода как продукт не выделяют. В дистилляционном процессе образуются отходы промежуточных фракций, подлежащих дополнительной переработке. Способ взят за прототип.

Задачей изобретения является разработка способа разделения газовой смеси UF₆-BrF₃-IF₅ на компоненты.

Задачу решают тем, что газовую смесь UF₆-BrF₃-IF₅ контактируют с фторидом натрия при температуре 70-120^oС, сорбируя совместно гексафторид урана и трифторид брома, а несорбированный пентафторид йода выводят из системы, затем ведут десорбцию при пониженном давлении в две стадии: на первой из которых десорбируют трифторид брома при температуре 190-220^oС, а на второй десорбируют гексафторид урана.

Трифторид брома десорбируют при давлении 10 мм рт.ст., а гексафторид урана при давлении 10-20 мм рт.ст.

На фиг.1 представлен график зависимости равновесных давлений UF₆, BrF₃, IF₅ в мм рт.ст. над их комплексами с фторидом натрия от температуры в градусах Кельвина в виде функции ln Р_{мм рт.ст.}=f(1000/T, К^-1). Равновесные давления BrF₃ и IF₅ над соответствующими комплексами с фторидом натрия получены в ходе экспериментальных работ. Давление паров гексафторида урана над его комплексом с фторидом натрия рассчитанно по данным [Галкин Н.П. и др. Основные свойства неорганических фторидов. М.: Атомиздат, 1976, с.93].

На фиг. 2 изображены установленные нами зависимости удельных скоростей разложения комплексов BrF₃nNaF и UF₆nNaF (г десорбата на 1г сорбента в 1 с) от температуры (^oС) в случае совместного их присутствия в сорбенте.

Способ осуществляют следующим образом.

Газовую смесь UF₆-BrF₃-IF₅ подают в сорбционную колонну, заполненную фторидом натрия, температуру сорбента поддерживают в пределах 70-120^oС, смесь пропускают с заданной скоростью. Температурный режим этой операции выбран по результатам исследований, изображенных на фиг.1. При температуре 70-120^oС происходит совместная сорбция UF₆ и ВrF₃. Пентафторид йода в этих условиях проходит сорбционную колонну, не сорбируясь, и его конденсируют как первый товарный продукт процесса разделения смеси. При температуре ниже 70^oС процесс сорбции замедляется по кинетическим причинам, становясь технологически невыгодным, а при температуре выше 120^oС происходит загрязнение пентафторида йода трифторидом брома. Сорбцию ведут до насыщения сорбента, о чем судят по анализам газовых проб выходящего из колонны газового потока.

По окончании совместной сорбции UF₆ и BrF₃ колонну откачивают до остаточного давления 0,1-10 мм рт.ст., нагревают до 190-220^oС и при постоянном вакуумировании производят десорбцию трифторида брома. Его преимущественная десорбция по сравнению с гексафторидом урана достигается не только вследствие большего давления пара над сорбентом, как это видно из фиг.1, но и за счет большей скорости десорбции, как это следует из фиг.2. Данные фиг.2 поясняют выбор температурного режима 1-й стадии десорбции: при температуре ниже 190^oС скорость процесса невелика и недостаточно высока селективность десорбции ВrF₃. При температуре выше 220^oС существенно возрастает скорость десорбции гексафторида урана и это также снижает степень разделения этих компонентов смеси. Десорбированный трифторид брома выводят из колонны и конденсируют. Присутствие в нем незначительного количества десорбированного гексафторида урана (до 0,5-0,6 мас.%) не препятствует повторному использованию для снятия коррозионных урансодержащих отложений. Трифторид брома является вторым товарным продуктом процесса. Первую стадию десорбции ведут до полного удаления трифторида брома, о чем судят по выходу значения давления в колонне на плато, соответствующего равновесному давлению гексафторида урана над комплексом NaFUF₆.

В дальнейшем, нагревая сорбент до температуры 350-400^oС и вакуумируя колонну до давления 10-20 мм рт.ст., десорбируют чистый гексафторид урана как третий товарный продукт процесса.

Пример

Способ осуществлен в опытно-промышленных условиях.

На компоненты разделяли смесь, содержащую 22,32 мас.% гексафторида урана, 46,22 мас.% трифторида брома и 31,46 мас.% пентафторида йода, полученную после обработки оборудования с урансодержащими отложениями смесью BrF₃ и IF₇. Смесь UF₆-BrF₃-IF₅ пропускали через сорбционную колонну диаметром 120 мм и длиной 2000 мм с заданной скоростью. Температуру сорбента поддерживали в пределах 90-110^oС. Несорбированный при этом IF₅ выделяли в системе вымораживающих ловушек и впоследствии, после дофторирования до IF₇, использовали для повторного приготовления фторирующей смеси для обработки урансодержащих отложений. Сорбцию вели до насыщения сорбента ~ на 80%. После этого колонну откачивали до остаточного давления 0,1 мм рт.ст., нагревали до 2005^oС и проводили десорбцию трифторида брома. Эту фракцию конденсировали и также использовали повторно для приготовления смеси. Затем при 3905^oС и давлении 10-20 мм рт. ст. десорбировали чистый гексафторид урана, который использовали в технологии разделения изотопов урана.

Таким образом, осуществление изобретения позволяет разделить газовую смесь UF₆-BrF₃-IF₅ на компоненты, каждый из которых может быть использован повторно. При использовании изобретения отсутствуют газообразные и жидкие отходы, что положительно характеризует его с точки зрения промсанитарии и экологии.