Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Перед экстракционной очисткой сухие химические концентраты урана растворяются в водном растворе азотной кислоты, при этом закись-окись урана переводится в форму уранилнитрата:
U308+8HN03-v3U02 (NO3) 2+2N02+4H20.
* Коэффициентом очистки называется отношение концентрации примеси в исходном материале к концентрации примеси в продукте.
Рис. 6.13. Кривые равновесного рэо пределения урана между органической и водной фазами в счстеме ТБФ (30 %-ный раствор в керосине) — вода при различном числе молей (N) NHO3 в водной фазе
После этого подкисленный водный раствор уранилнитрата смешивается с разбавленным ТБФ, ^,образующим органическую фазу для экстракции. При экстракционном процессе происходит распределение рас-0 10 30 SO 70 90 110 творенного уранилнитрата Концентрация уранилнитрата между органической и водной в водной фазе, х/л фазами *. Основная часть ура-
нилнитрата переходит в экстрагент (ТБФ), образуя с ним неиони-зированные комплексы:
UO2 (NO3) 2+2ТБФ^ UO2 (NO3) 2 • 2ТБФ.
Равновесие экстракционных процессов характеризуется отношением концентраций экстрагируемого элемента в двух фазах (сорг и сВОд) и называется коэффициентом распределения
Г)°РГ _ г Ir
Коэффициент распределения можно изменять. При добавлении в раствор азотной кислоты или нитратов натрия и магния концентрация уране в органической фазе растет, при разбавлении водой она снижается. На рис. 6.13 приведено равновесное распределение урана между двумя фазами.
Значения коэффициентов распределения уранилнитрата между фазами в растворе довольно высоки и в широком диапазоне изменения содержания азотной кислоты равны ^-4.
В то же время коэффициент распределения (ТБФ — вода) примесей, сопутствующих урану (Al, Ca, Cr, Fe, Mg, Na, В, Zn, Со, С, Ni, Mo и др.), составляет 0,0001—0,008, т. е. их экстрагирование в ТБФ в ¦—^10 ООО раз меньше, чем уранилнитрата. Некоторое исключение составляет церий. Проводя экстракцию в несколько стадий, получают необходимую глубину очистки уранилнитрата от примесей. Чем выше коэффициент распределения, тем меньше нужно стадий экстракции. При йЦтя =Ю при одном контакте фаз можно получить 90%-ное извлечение, при Овод—1 за четыре контакта фаз — 94%-ное.
* Органический раствор, насыщенный извлекаемой солью, в химической технологии называется экстрактом, а водный раствор, из которого извлекают вещество, — рафинатом.
Трибутилфосфат как экстрагент обладает хорошими физико-химическими свойствами: очень малой растворимостью в воде (0,39 г/л); растворимость воды в нем при 25°С также невелика (64 г/л); большой емкостью насыщения по урану, достигающей при 40%-ном растворе в керосине 150—160 г/л, а при 20%-ном —70— 80 г/л; низкой температурой кипения (4,,,,=2890C); малым давлением паров [1 мм рт. ст. (—133 Па) при 100 0C]. Наряду с ТБФ применяют и другие органические экстрагенты (например, Д2ЭГФК-ТОА, Д2ЭГФК +ТБФ).
Реэкстракция чистого уранилнитрата из органической фазы производится в водную фазу с повышением температуры до 60—70 °С. Для тонкой очистки применяется осаждение перекисью водорода Н2О2. При переоксидном осаждении уран хорошо освобождается от бора, редкоземельных элементов, хрома, никеля, марганца, кобальта, меди и др. Получаемый при этом пероксид урана U04-2H20 после отфильтровок и промывки прокаливается.
Один из наиболее совершенных методов осадительного аффинажа урана — его очистка с применением бикарбоната аммония NH4HCO3. Растворением в бикарбонате аммония с последующим осаждением в виде аммонийуранилтрикарбоната (NH4)[UO2(COs)2] уран очищается практически от всех примесей. Из этого соединения при прокаливании получают чистые оксиды:
Ураиодый концентрат Иа аффинаж
Селективная экстракционная очистка
Термическое разложение UOz(NO,)z-ffH;0; (НН4)гиг07;- шугн20
T VO3
Восстановление
UO2 Г
Гідрофторирование
Восстановление (Qa или Щ). Плавка.
IV'{металлический)
-H2 -HF
UF4
Фторирование
Рис. 6.14. Схема процессов получения чистых продуктов (UO2, UF6) и металлического урана
Светлый раствор после .выщелачивания
Система противоточной декантации
Отвал хвостов
I
Двух-стадийная фильтрация
ХВостохрани/іище
Оборотная вода
Эхстращия
Насыщенная органическая фаза 1
NH4Cl
Резкстракция
Насыщенный режтрагент
Осаждение и промывка
Центрифугирование и сушка
Затаривание., отправке на сШад
Рис. 6.15. Технологическаи схема гидрометаллургического завода фирмы «Кон-виста юрениум» (США)
UO3 (240—35O0C), U3O8 (580—62O0C) или UO2 (750—8000C без доступа воздуха).
Получение чистых оксидов урана. При прокаливании полученных при аффинаже сухих чистых осадков урановых солей (при температуре до 800—850 °С) осуществляется их термическое разложение и получение сухой чистой закиси-окиси U3O8 (плотность 7—8,4 г/см3). Практически любой оксид урана при прокаливании дает закись-окись. Наиболее технологически важными являются реакции получения второго довольно стабильного соединения урана—его триоксида UO3 — из уранилнитрата U02(N03)2, диураната аммония (NH4J2U2O7 и пероксида урана UO4 •2H2O. Эти реакции протекают при 250—500 °С.
