ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ И ИЗВЛЕ ЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ Удаление радиоактивных отходов из "Химическая переработка ядерного топлива " Все процессы, которые описаны в настоящем разделе, включают химические реакции между одним или несколькими компонентами смешанной фазы расплавленного металла с фазой расплавленного галогенида. В общем случае целью обработки является полное извлечение одного какого-либо компонента, например плутония, из фазы металла. О том, будет ли та или иная соль служить окислителем для нужного компонента, можно судить по величинам свободных энергий образования соединений (см. рис 35 и 36), и если известны коэффициенты активности, по ним можно рассчитать степень извлечения, т. е. состояние равновесия. [c.206] Вообще говоря, наиболее пригодные галогенидные экстрагенты должны 1иметь температуру плавления ниже, чем температура плавления урана (1135°). Это желательно для облегчения разделения фаз. Однако это условие не строго обязательно, так как некоторые галогениды с высокой температурой плавления огут оказаться наилучшими с химической точки зрения. Желательно также, чтобы эти соли при рабочих температурах имели низкое давление паров и легко получались в безводном состоянии. Солевую фазу не обязательно добавлять, она может быть образована на месте. Например, если для экстракции продуктов деления из облученного урана хотят использовать треххлористый уран, то его можно получить галогенированием небольшой части урана хлористым водородом. [c.206] Очень эффективным и удобным методом выделения радиоактивных металлических примесей может оказаться электролиз в расплавленных галогенидах. При электролизе в одной операции совмещаются окисление и восстановление, так что имеется еоз-можность отделить от главного компонента как более, так и менее благородные металлы. [c.206] В солевую фазу вместе с плутонием извлекаются также продукты деления, но изучить истинное равновесие при этом невозможно, так как равновесие осложняется процессами самошлако-аания. Самые реакционноспособные продукты деления, например Св, 5г и Се, удаляются из металла на 99,9%, а благородные продукты деления, как рутений, практически не извлекаются. Испарением удаляется до 80% Сз и до 20% Зг. Высокая концентрация продуктов деления обнаружена в шлаке, находящемся у границы раздела фаз. Это, по-видимому, объясняется медленным растворением шлака в солевой фазе. [c.209] При этих допушениях по свободным энергиям соответ-ствуюших соединений можно рассчитать извлечение плутония в хлорид или фторид бария. Полученные значения приведены в табл. 44. [c.210] Из перечисленных выше упрощений наибольшая ошибка получается, вероятно, в результате пункта в , так как известно, что при плавке облученного урана всегда испаряется часть бария и стронция. [c.210] Потери бария приведут к сдвигу равновесия, и в солевую фазу перейдет больше плутония, чем указано в табл. 44, и при условии свободного испарения бария во время экстракции можно извлечь довольно большую часть плутония. [c.210] Экспериментальные данные, подтверждающие это положение, приведены в табл. 45. [c.210] Как можно заметить, извлечение плутония со временем yвeJшчи-вается вследствие медленного испарения бария. [c.210] При применении топлива, состоящего из раствора обогащенного урана в висмуте [51], требуется непрерывно удалять продукты деления при температуре около 450°, но извлекать плутоний из такого топлива не требуется. Это топливо предполагается обрабатывать аналогично процессу извлечения плутония хлоридом бария, описанному в предыдущем разделе. В этом случае применяются солевые смеси с низкой температурой плавления, например эвтектические смеси Li l—K l или Na l—K l—Mg b. Расплавленные соли и фаза жидкого металла могут вступать в контакт в противоточной колонне, как и в случае экстракции органическим растворителем. Реакция хлоридов лития или калия с редкоземельными металлами, как я реакция между хлоридом или фторидом бария и плутонием, термодинамически неблагоприятна, но благодаря низким кон центр ащиям удается достичь заметной экстракции редкоземельных элементов в солевую фазу. [c.211] Отсюда следует, что при экстракции этих продуктов деления расплавленными солями зависимость должна иметь характер четвертой, степени. Барнс и др. [52] подтвердили на практике, что зависимо.сть действительно имеет характер четвертой степени. [c.212] Для смешанной солевой фазы, например Li l—K I, имеют место аналогичные соотношения, но присутствие металлической фазы, например урана, в значительно большем количестве, чем продуктов деления, осложняет картину распределения элементов между фазой металла и солевой фазой. [c.212] Практически для предотвращения потерь урана за счет окисления висмуто-урановое горючее должно содержать около 400 частей на миллион магния. В связи с этим, а также принимая во внимание, что литий является нейтронным ядом, нашли более удобным применять для экстракции солевую смесь, содержащую хлорид магния [53—55]. Из диаграмм свободных энергий образования (см. рис. 35) видно, что хлорид магния должен легче окислять редкоземельные продукты деления, чем литий. При этом может произойти также дальнейшее хлорирование урана, но потери урана с солевой фазой можно до некоторой степени регулировать, изменяя соотношение Мд еталл/МёС12,.оль При использовании для экстракции тройной системы Na l—K l—Mg b можно достичь коэффициента обогащения редкоземельных продуктов деления около 100. Этого достаточно для отделения наиболее реакционноспособных продуктов деления в сравнительно небольшой противоточной колонне приблизительно с четырьмя теоретическими стадиями. При этом, конечно, не будут выделяться рутений и другие нереакционноспособные продукты деления. [c.212] Продукты деления можно удалить из жидкого металла также с помощью окисления их стехиометрическими количествами хлоридов висмута или урана, добавленными в солевую фазу. Однако такая система менее удобна для непрерывного процесса с точки зрения регулировки реакции. [c.213] Пока топливо остается в металлическом состоянии, его невозможно освободить от благородных осколочных элементов с помощью частичного окисления (или галогенирования). Однако теоретически возможно перевести все топливо в окисленное состояние, оставив неокисленными благородные осколочные продукты в их элементарном состоянии. Топливо после этого можно снова восстановить. Этот процесс двухстадийный, тогда как для удаления наиболее реакционноспособных продуктов деления требуется лишь одна стадия. Двухстадийный процесс окисления — восстановления можно осуществить за одну операцию с помощью электролиза. Первые опыты по таким процессам [46] были сделаны на системах из чистого урана и ураналюминиевого сплава с применением в качестве хлорирующего агента хлорида свинца или безводного хлористого водорода. [c.213] Электролиз. В одном из опытов по электролизу [46] электролит содержал 10% по весу U I3 в КС1. Электролиз производился при температуре 900° в атмосфере аргона. Анодом служил облученный уран, а катодом — молибденовый стержень. Приложенная разность потенциалов равнялась 2,3 в. Коэффициенты очистки, достигнутые в этом опыте, Приведены в табл. 47. [c.214] Высокая степень очистки от цезия частично может объясняться испарением этого элемента при 900°. Отделение от стронция хорошее, а тот факт, что коэффициент очистки для расплава меньше единицы, указывает на концентрирование стронция в расплаве. Большая активность от осколочных элементов была обнаружена на графитовых пластинах, поддерживавших урановый анод. Это явление аналогично образованию анодного шлама, содержащего благородные элементы, в процессах водного электролитического рафинирования. [c.215] Нидрах и Гламм [56, 57] также исследовали процесс электролитической очистки облученного урана в расплавленных солях. В качестве катода применялись марганец или никель, очищенный уран получался в виде сплавов с этими элементами, имеющих температуры плавления ниже 1000°. Этот прием может быть использован при разработке непрерывного процесса электролитической очистки. Полученный при этом уран можно отделить от никеля или марганца с помощью высокотемпературной дистилляции, так как последние более летучи, чем уран. [c.215] Вернуться к основной статье