Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
При производстве UF6 по данным американской фирмы «Элайд кемикал» на 1 т урана расходуется 1,5 т CaF2 или около 700 кг ллавиковой кислоты, а в переводе на свободный фтор — 0,5—0,6 т фтора. По данным фирмы стоимость получения UF6 в 1970 г. составляла 2,5—2,7 дол/кг, к 1979 г. она выросла почти в 2 раза.
Большим преимуществом UF6 как химического продукта, применяемого для разделения изотопов урана, является то, что природный фтор содержит лишь один стабильный изотоп 199F.
Гексафторид урана обладает очень важными для технологии физическими свойствами. Он может находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях (рис. 8.1). Его тройная точка на диаграмме состояния соответствует температуре 64°С и давлению паров 1138,9 мм рт. ст. ( — 0,15 МПа). В твердой фазе
* Оптовая цена CaF2~500 руб/т (1982 г.). Цена технического F2—1.7— 2 р у б/кг.
г
too
80
40
о
I
20
О -10 -20 -30 -W
Шдкая фаза
1«
тая та
\
\-
Газообразная фаза.
\
Tl
Іердс
гя <р
аза
1С
0
300
5
00 700 9001000 1 Давление, мм рт.ст
138
Ii
00
Рис. 8.1. Диаграмма состояния UF6
UF6 представляет собой кристаллы цвета слоновой кости плотностью 5,09 г/см3. Плотность жидкого гексафторида 3,63 г/см3. Из твердого состояния UF6 может возгоняться (сублимировать), превращаясь в газ, минуя жидкую фазу, при довольно широком диапазоне давлений (табл. 8.1). Теплота сублимации (или испарения) невысока, при 5O0C она составляет около 12 ккал/моль (50 кДж/моль).
Обратный процесс — конденсация UF6 из газообразного состояния в твердое кристаллическое — требует небольшого отвода тепла при соответствующем поддержании температуры и давления. Теплоемкость твердой фазы равна 40 кал/(моль-град) [167,5 Дж/(моль-град] (при 170C)1 жидкой — 46,6 кал/(мольХ Хград) (при 1000C) и газообразной ~33 кал/(моль-град) (при 100 °С).
Таким образом, можно легко сконденсировать весь газообразный продукт, превратив его в твердую фазу. Нагреванием в вакууме можно снова перевести твердую фазу в газообразную. При нагревании баллонов с твердой фазой до температуры 80— 900C можно UF6 перевести в жидкую фазу [при 80 °С давление паров 1790—1830 мм рт. ст. (~0,24 МПа)].
Таблица 8.1. Зависимость давленні паров UF6 от температуры
Г,'°С
р, мм рт. ст.*
Т. °С
р, мм рт. ст.*
Т, °С
р, мм рт. ст.*
— 160
6,21-Ю-13
20
80
80
1800
—140
1,60-10-9
30
151
90
2400
— 100
5,17-Ю-5
40
295,4
100
3150
—60
3,62-Ю-2
50
500
ПО
4000
—40
0,4—0,5
56,4
i760
120
5000
—20
3,1
60
800
130
6300
— 10
7,9
64**
1138
140
7900
0
16,9
70
1400
150
9300
* 1 мм рт. ст.=133,3 Па. ** Тройная точка.
Физические свойства гексафторида урана позволяют создать простую, удобную и компактную технологию обращения с ним. Это имеет большое значение для экономики современной атомной промышленности. Практически весь добываемый в мире природный уран должен проходить процессы фторирования и перевода в гексафторид, так же как и весь регенерируемый, отработавший в реакторах уран 'после радиохимической переработки будет возвращаться в топливный цикл, пройдя снова фторирование и последующее дообогащение. Весь же обогащенный гексафторид должен обязательно проходить стадию дефторирования и перевода урана в металл, диоксид или иные соединения, используемые для изготовления ядерного топлива. Отвальный (обедненный 235U) уран от обогатительных заводов удаляется в хра нилища в виде твердых кристаллов UF6, сконденсированных в герметичных сосудах (специальных баллонах или контейнерах) или в жидкой фазе. При необходимости из отвального гексафторида урана на металлургическом заводе всегда могут быть получены оксидные соединения или металлический уран, а фтор возвращен в производство.
КАЭ США были стандартизованы цилиндрические контейнеры (рис. 8.2) для транспортирования и хранения слабообогащен-ного и обедненного урана в виде гексафторида, выполненные из стали, вместимостью 14; 10 и 2,5 т и имеющие фактическую вместимость гексафторида соответственно 12,7; 9,5 и 2,2 т*. Транспортирование на обогатительный завод UF6 разрешается в США только в жидкой фазе.
* Не допускается превышение загрузки контейнеров сверх указанного значения. В США в сентябре 1985 г. на заводе фирмы «Секвойя фьюэлз» (шт. Оклахома) имело место разрушение 14-тонного контейнера, заполненного жидким гексафторидом сверх нормы (13,1 т), (повлекшее человеческие жертвы. Для разгрузки от излишнего продукта этот контейнер был помещен в паровую камеру, через 2 ч он взорвался с выходом фтора, образовавшегося при разложении некоторой части гексафторида. Этот случай подчеркивает необходимость строжайшей производственно-технологической дисциплины при обращении с ядерным топливом.
