Регенерация урана из брака и отходов окислительным методом

Переработка брака и отходов производства таблетированного топлива.

Технология получения порошков и таблетированного топлива считается хорошо отработанной, стабилизированной и надежной. Однако и в этих производствах неизбежно появление брака и отходов, которые необходимо перерабатывать. При нормально функционирующем производстве порошков и таблеток объем отходов и брака составляет 10-15% от общего объема продукции. Затраты на переработку брака и отходов составляют значительную часть в общих затратах на производство ТВЭЛов.

Различают следующие виды брака и отходов, подлежащих переработке с целью регенерации обогащенного урана:

­ брак и отходы при получении спрессованных и спеченных таблеток;

­ отходы от шлифовки таблеток;

­ загрязненные оксиды урана, получаемые при зачистке оборудования;

­ зола от сгорания горючих материалов;

­ различные загрязненные примесями урансодержащие растворы.

К первой группе бракованных изделий относятся бракованные прессовки и отходы этого передела, некондиционные таблетки (брак по плотности, таблетки имеющие сколы, трещины, дефекты поверхности и формы, не отвечающие эталонам и т.д.). Эти отходы имеют тот же химический состав, что и кондиционные таблетки и перерабатываются неводным окислительным методом.

Остальные виды отходов перерабатывают водными методами, включающими операции экстракционной очистки.

Сущность метода заключается в окислении брака и отходов на воздухе до U₃O₈ с последующей подшихтовкой ее к основному порошку UO₂.

Заметное окисление UO₂ в виде таблеток на воздухе начинается при 623 К. Скорость окисления увеличивается с ростом температуры, достигая максимума при 773 К. За счет перестройки кристаллической структуры при переходе от UO₂ к U₃O₈, происходит измельчение таблетки до тонкого порошка. Выше 773 К наблюдается снижение скорости окисления, что объясняется увеличением толщины слоя образующегося продукта реакции, через который затруднена диффузия кислорода к непрореагировавшему диоксиду урана.

При повышении температуры до 1073-1173 К происходит изменение механизма окисления. В процессе окисления в опредленный момент времени происходит разрыв защитного слоя U3O8, в результате чего увеличивается скорость окисления исходного UO₂. Высокая скорость окисления наблюдается до образования оксида состава UO_2,25. На этой стадии не происходит разрушения таблетки. Затем, по мере нарастания слоя новой фазы происходит изменение кристаллической структуры, нарастают внутренние напряжения и происходит разрыв слоя.На этой стадии происходит разрушение таблетки на куски размером до 1 мм.

Опытные испытания показали, что оптимальной температурой окисления брака и отходов UO₂ является 773-823 К. Полученный при таких условиях порошок U₃O₈, является рыхлым и не содержит крупных включений. Диапазон распределения частиц по размерам сравнительно узок, до 60% частиц имеет размер менее 15 мкм. Удельная поверхность порошка составляет 1-1,5 м2/г. С ростом температуры окисления она становится еще меньше.

Получаемые порошки U₃O₈ по физическим свойствам мало отличаются от исходных порошков UO₂, обладают хорошей текучестью, необходимой плотностью и удельной поверхностью, поэтому не вызывают затруднений при подшихтовке до 15% к исходному UO₂ и при последующем спекании.

Процесс окисления проводят в различных аппаратах: вращающихся печах, аппаратах с продувкой воздуха и т.д.

Дата добавления: 2014-01-05