ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Растворение из "Химическая переработка ядерного топлива " Вопросы необходимости выдержки облученного топлива и требуемой степени очистки и разделения обсуждались в гл. 3. [c.122] Перед экстракцией производится растворение облученных топливных элементов. Оболочка может отделяться механическим путем до растворения или химическим путем в процессе растворения. Если оболочка не скреплена химически с сердечником, ее можно удалить механическим способом под глубоким слоем воды. Это возможно в случае применения сплавов алюминия или магния, используемых в реакторе типа Колдер-Холл. [c.122] Во время растворения топлива выделяются летучие продукты деления, благодаря чему возникает проблема удаления газо- вых отходов (раздел 17. 5). В больщинстве случаев выделяются также и окислы азота, что может потребовать специальной обработки (раздел 9. 3. 1). По мере перехода топлива из твердой фазы в раствор оно попадает в среду более замедляющих материалов. При определенных сочетаниях концентрации р т-воренного вещества и геометрии аппарата для растворения это может привести к возникновению критических условий. Такой опасности легче избежать при осуществлении процесса растворения непрерывным методом, чем при периодическом процессе. [c.123] Также можно создать всегда безопасные сосуды такой геометрии, при которой никакая концентрация расщепляющегося материала в растворе не может привести к состоянию критичности. Более подробно с вопросами критичности можно ознакомиться в работах Диксон [56], Грейве [57], Мак Кей и Никольс [58]. [c.123] Полученные растворы обычно фильтруют, чтобы избавиться от кремния, особенно в тех случаях, когда применялся кремниевый подслой. [c.123] Кремниевые осадки обычно содержат большие количеств- адсорбированных продуктов деления — ниобия и циркония, а когда топливом является торий, то также и протактиния. Присутствие кремния может также привести к возникновению проблемы образования эмульсии в экстракционной колонке. [c.123] Раствор, получающийся сразу после растворения тепловыделяющих элементов, редко удовлетворяет нужным условиям для непосредственного использования в процессе. Обычно приходится производить некоторую подготовку растворов для экстракции, например нейтрализацию или подкисление, добавление высаливающих агентов или окислителей. В таких случаях метод растворения может оказать некоторое влияние на последующую очистку от продуктов деления. Например, растворение урана в 0,5- Н. азотной кислоте может привести к более высокой степени очистки от рутения, чем растворение в 3-н. НЫОз, даже если оба раствора перед экстракцией доведены до одинаковых концентраций. [c.123] Этот процесс иногда называют бездымным растворением. [c.124] Топливо в виде окисей. Двуокись урана, даже компактная и сильнообожженная, легко растворяется в азотной кислоте, образуя уранилнитрат. Однако окись тория, даже тонкоизмельчен-ная, растворяется в азотной кислоте только в присутствии небольших количеств ионов фтора, которые легко образуют фторидные комплексы тория (сравни с разделом 7. 1. 3). [c.124] Ураноциркониевые сплавы и торий. Сплавы урана с цирконием не полностью растворяются в азотной кислоте. Остается очень реакционноспособный нерастворимый осадок, который даже при слабом механическом ударе способен вступить с избытком кислоты в реакцию взрывного характера [44]. Однако спокойное и полное растворение этого осадка может быть достигнуто при добавлении в азотную кислоту небольших количеств ионов фтора. Наоборот, сплав может быть в основном растворен в плавиковой кислоте, а оставшийся не растворенным уран переведен в раствор добавлением азотной кислоты. Реакция тория с азотной кислотой проходит очень медленно. В этом случае опять-таки добавление ионов фтора облегчает растворение. [c.124] У раноалюминиевые сплавы содержат небольшой процент урана, так как алюминий здесь вводится как разбавитель для обогащенных видов топлива. Эти сплавы, подобно чистому алюминию, устойчивы по отношению к азотной кислоте. Растворение, однако, легко осуществляется в присутствии небольших количеств ионов ртути [55]. [c.124] В качестве альтернативного метода может служить метод растворения алюминия в каустической соде и отделения его от осажденной окиси урана. Последняя затем растворяется в азотной кислоте. Преимущество первого метода заключается в том, что он не требует никаких мер но отделению нерастворивщего-ся осадка и образующийся нитрат алюминия служит как высаливающий агент (сравни с разделом 8.2.4). С другой стороны, присутствие такого большого количества нитрата алюминия может помешать концентрированию полученного высокоактивного раствора путем выпаривания (раздел 18. 2). [c.125] Следующие три подраздела описывают методы перевода в раствор тугоплавких. металлов, таких как цирконий, сплавы, богатые цирконием, и нержавеющая сталь. Эти методы требуют применения ионов хлора или хлорирующих агентов в довольно больших количествах. В то время как ион фтора (раздел 9. 3. 1), который добавляется лишь в небольших количествах, может быть оставлен в растворе, большие количества хлор-ионов, обладающих коррозионным действием, должны быть удалены, прежде чем раствор поступит в экстракционные колонки. В этих случаях для реакторов должны быть использованы специальные стали вместо нержавеющей стали, применяемой для изготовления обычных реакторов. [c.125] Обработка водными растворами. Для растворения тепловыделяющих элементов со сцепленными оболочками из нержавеющей стали, керамико-металлических элементов из нержавеющей стали и двуокиси урана (диспергированное горючее) и сплавов урана с цирконием, ниобием, молибденом и кремнием может при.меняться смесь разбавленных азотной и соляной кислот (разбавленная царская водка). Скорость растворения этих материалов в царской водке определена Бланком [59], который подробно описал эти процессы [60]. Применяемая концентрация царской водки — порядка 5-м. HNO3 и 2-м. НС1 такая смесь способна быстро и полностью растворять материалы тепловыделяющих элементов, упомянутые выше. [c.125] Предварительное хлорирование газообразным хлористым водородом или расплавленными хлоридами может применяться ко всем видам топлива, содержащим цирконий. [c.126] Большим преимуществом этого метода является то, что инертный материал удаляется из тепловыделяющих элементов (ТВЭ) па ранних стадиях процесса. Материалы тепловыделяющих элементов могут вступать в реакцию с хлористым водородом при температуре 300—600 и летучий тетрахлорид циркония как из оболочки, так и из сплава удаляется. Уран (и торий) остается в виде нелетучего остатка, который может частью состоять из металла, частью из хлорида. Хлориды растворяются в воде, а металлические остатки — в азотной кислоте. [c.126] При гидрохлорировании расплавленными солями ТВЭ обрабатываются хлористым водородом в расплавленном хлоралю-минате аммония НН АЮи]. Этот расплав образует жидкую флегму при 400° летучий 2гСи удаляется сублимацией. Нелетучие остатки растворяются в воде и азотной кислоте, как было описано раньше. [c.126] Для удаления тонких циркониевых оболочек больше подходит газовое гидрофторирование для обработки сердечников или стержней из циркониевых сплавов удобнее производить гидро-фторирование в жидкой фазе (в расплавленной соли), так как при этом легче решаются вопросы отвода реакционного тепла. Главная трудность применения этих процессов заключается в правильном подборе удовлетворительного материала для реактора (ср. [59]). [c.126] Удаление хлорида в случае растворения царской водкой может быть осуществлено посредством противоточного контактирования раствора с азеотропным паром азотной кислоты (15,2-м.), который вымывает хлорид из жидкой фазы. Газы возвращаются в ректификатор для повторного использования. Такой же тип процесса может быть использован для удаления. хлорида из остатков растворов от процесса гидрохлорирования. [c.126] КИСЛОТЫ. Их главный недостаток состоит в том, что они очень коррозионны и с трудом удаляются из растворов. Действие иона фтора можно до некоторой степени подавить добавление.м в раствор понов алюминия концентрация свободных ионов фтора снижается за счет образования комплекса [А1Рб] . Другие специальные методы предусматривают главным образом невол-ную предварительную обработку в начале процесса, которая и некоторых случаях производится при высоких температурах. Большинство из них прошло лишь лабораторную стадию изучения и даже не испытывалось на опытных установках [59, 60]. Они кратко описаны в последующих разделах. [c.127] Вернуться к основной статье