Содержание к диссертации
Список условных обозначений 5
Введение 6
1. Обзор литературы 8
2. Реагенты и методики анализа и экспериментов 33
2.1. Используемые реагенты 33
2.2.Методики анализа 33
2.3. Методика экспериментов 35
3.Изучение растворения материалов на основе диоксида урана 37
3.1 Изучение возможности растворения 1Ю2 и U3O8
в системе ТБФ - ХСР - N02 37
3.2 Изучение кинетики растворения U02 в системе ТБФ-ТХЭ-Ш2 41
3.2.1. Влияние концентрации окислителя на кинетику растворения 1Ю2 в системе ТБФ-ТХЭ-ЫОг 41
3.2.2. Влияние температуры на кинетику растворения 1Ю2
в системе ТБФ-ТХЭ-Ш2 43
3.2.3. Влияние концентрации растворителя на кинетику растворения U02 в системе ТБФ-ТХЭ-Ж)2 46
3.3. Изучение кинетики растворения ИзОв в системе ТБФ-ТХЭ-Ш2 50
3.3.1. Влияние концентрации окислителя на кинетику растворения \]зО$ в системе ТБФ-ТХЭ-Ж)2 50
3.3.2. Влияние температуры на кинетику растворения из08 в системе ТБФ-ТХЭ-Ш2 52
3.3.3. Влияние концентрации растворителя на кинетику растворения IbOg в системе ТБФ-ТХЭ-Ы02 55
3.3.4. Влияние концентрации воды на кинетику растворения U308 в системе ТБФ-ТХЭ-Ш2 57
Изучение кинетики растворения UO2 в системе ТБФ-ХМ-Ш2 61
3.4.1. Влияние концентрации окислителя на кинетику растворения UO2 в системе ТБФ-ХМ-ІЧОг 61
3.4.2. Влияние температуры на кинетику растворения UO2 в системе ТБФ-ХМ-Ш2 63
3.4.3. Влияние концентрации растворителя на кинетику растворения UO2 в системе ТБФ-ХМ-ЫОг 66
3.4.4. Влияние концентрации Н20 на кинетику растворения UO2 в системе ТБФ-ХМ-Ш2 68
3.5. Обсуждение кинетических характеристик растворения оксидов урана в системе ТБФ-ХСР- N02 71
3.5.1. Сравнение порядков реакций растворения оксидов урана в различных системах 71
3.5.2. Сравнение энергий активации растворения оксидов урана в различных системах 72
3.5.3. Сравнение влияния воды на растворение оксидов урана в различных системах 73
3.6. Изучение растворения компонентов топлива на основе диоксида урана 75
3.6.1. Растворение оксидов РЗЭ 75
3.6.2. Растворение оксидов РЗЭ в системе ТБФ (30 об.%) - ХМ (70o6.%)-NO2 75
3.6.3. Растворение оксидов РЗЭ в системе ТБФ (30 об.%) - ТХЭ (70o6.%)-NO2 77
3.6.4. Влияние концентрации N02 на кинетику растворения Gd203 в системе ТБФ-ТХЭ-Ш2 83
3.6.5. Влияние температуры на кинетику растворения GCI2O3 в системе ТБФ-ТХЭ-Ш2 86
3.6.6. Влияние концентрации воды на кинетику растворения Gd203 в системе ТБФ-ТХЭ-Ш2 89
4. Изучение концентрирования системы по урану 91
5. Изучение выделения урана и РЗЭ из органической фазы 97
5.1. Изучение выделения урана из органической фазы при добавлении карбоната аммония 97
5.2. Изучение выделения урана из органической фазы при добавлении оксалата аммония 106
5.3. Изучение выделения гадолиния из органической фазы 107
6. Разработка принципиальных технологических схем переработки материалов на основе диоксида урана 110
6.1. Переработка урансодержащих материалов в системе ТБФ - ТХЭ -N02 ПО
6.2. Результаты испытаний технологической схемы переработки диоксида урана с оборотом растворителя в системе ТБФ - ТХЭ- N02 113
6.3. Переработка урансодержащих материалов в системе ТБФ - ХМ -
N02 116
6.4. Результаты испытаний технологической схемы переработки диоксида урана в системе ТБФ - ХМ - N02 118
Заключение 121
Выводы 122
Список литературы 124
Введение к работе
Одним из основных путей повышения эффективности ядерно-топливного цикла (ЯТЦ) является переработка облученного ядерного топлива (ОЯТ), позволяющая, с одной стороны, возвратить в ЯТЦ делящиеся материалы, с другой стороны - выделить из ОЯТ многие ценные вещества.
Если ранее технологии переработки ОЯТ предполагали выделение только делящихся материалов, а остальная его часть именовалась просто «отходы», которым уделялось минимум внимания, то современная концепция процесса переработки ОЯТ особое внимание уделяет фракционированию отходов с целью сокращения объемов высокоактивных отходов, подлежащих длительному хранению и захоронению. Используемая в настоящее время ПУРЕКС-процесс переработки ОЯТ при всех ее несомненных достоинствах обладает рядом недостатков, среди которых образование значительного количества жидких радиоактивных отходов. Для решения этой проблемы необходимо создание принципиально новых способов переработки ОЯТ.
В последнее время в области способов переработки урансодержащих материалов наметилась тенденция отхода от водных схем. Все больше внимание исследователей привлекают новые методы переработки ОЯТ и других урансодержащих материалов, основанные на использовании в качестве среды для проведения реакции либо неводных органических растворителей (сольвометаллургия), либо жидкого или сверхкритического СОг (флюидная экстракция). В их основе лежат процессы избирательного растворения компонентов сырья без использования воды как самостоятельной фазы. Применительно к проблеме переработки урансодержащих оксидов несомненно перспективным выглядит направление с использованием оксидов азота в среде диполярного апротонного растворителя ТБФ и низкокипящего хлорсодержащего разбавителя (ХСР). Здесь оксиды азота выполняют роль как окислителя, так и комплексообразователя, а наличие органического растворителя и экстрагента позволит совместить процесс растворения и избирательной экстракции в одну стадию. При этом процесс может быть осуществлен при низких температурах и обычном для ПУРЕКС-процесса давлении и оборудовании. Замена традиционного гидрометаллургического метода переработки ОЯТ с участием водных растворов азотной кислоты на сольвометаллургический с участием газообразных оксидов азота обещает значительную выгоду - ликвидацию или минимизацию водосброса, отделение ценных компонентов от долгоживущих изотопов сырья уже на стадии растворения, возможность реализации всего технологического процесса в замкнутом цикле по растворителю. Это предполагает использование таких новых технологических приемов переработки как твердофазное реэкстрагирование, оптимизация процесса растворения для концентрирования конечных продуктов.
Технологические решения могут быть реализованы на доступных и радиационноустойчивых экстрагентах - трибутилфосфате (ТБФ) и легкокипящих разбавителях - хлорсодержащих углеводородах или фреонах.
Основной целью является разработка нового сольвометаллургического способа переработки сырьевых источников, содержащих оксиды урана (в том числе и ОЯТ) на основе процесса низкотемпературного нитрования в неводных средах с использованием в качестве диполярного апротонного растворителя ТБФ и легкокипящего разбавителя - хлорсодержащих углеводородов или фреонов. При этом решались задачи:
• Изучение кинетики процесса низкотемпературного нитрования U02, из08, Gd203.
• Изучение возможности концентрирования системы с хлористым метиленом (ХМ) для получения концентрированных по урану растворов.
• Разработка процесса реэкстрагирования продуктов растворения без использования водной среды.
• Создание принципиальной технологической схемы переработки урансодержащих материалов и ее проверка.
