Способ получения диоксида урана или оксидной композиции на его основе

 

Использование: технология получения диоксида урана и оксидных композиций на его основе, применяемых в ядерной технологии. Сущность способа: проводят разложение распыленного нитратного раствора соответствующих металлов, содержащего ацетат аммония в мольном соотношении к суммарному содержанию нитрат-иона в растворе не менее 1,1, предпочтительно 1,1 - 1,6, в потоке плазменного теплоносителя и выделение целевого продукта из полученной пылепарогазовой смеси. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения диокисда урана и оксидных композиций на его основе, применяемых в ядерной технологии.

Известен способ, согласно которому смеси окислов получают осаждением из растворов смесей диураната аммония и гидроокиси плутония с последующей фильтрацией, сушкой, прокаливанием и восстановлением водорода [1] Разработанная также способ получения порошка UO₂-PuO₂ разложением уран-плутониевых нитратов в кипящем слое, состоящем из двух этапов: денитрированиго при 375^oC нитратных растворов с получением смеси порошков UO₃-PuO₂ и последующего восстановления водородом при 600^oC до UO₂-PuO₂ [1] Однако в настоящее время известны более эффективные технологии получения керамического ядерного топлива.

Разработан способ получения композиции UO₂PuO₂ разложением растворов с помощью СВЧ-излучения [2] Смесевой раствор нитратов урана и плутония помещали в широкий плоский сосуд внутри денитратора, поток микроволновой энергии направляли от генератора по волноводу к слою раствора в сосуде, свободная и связанная вода при этом испарялась, нитраты разлагались, давая оксидную композицию PuO₂UO₃. Этот продукт перегружали в печь прокалки-восстановления, где доводили до состава PuO₂UO₂ [2] Другим перспективным методом в технологии получения оксидных материалов является разложение распыленных растворов в высокотемпературном теплоносителе.

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения оксидных порошков [3] включающий термическое разложение растворов нитрата уранила, который может содержать также нитраты других металлов, в диспергированном состоянии в потоке индукционно генерируемой плазмы. Разложение проводят в восстановительных условиях, которые создают, добавляя к исходному раствору уксусную кислоту, при этом молярное отношение уксусная кислота нитрат-ион поддерживают в пределах 1,0 1,5. Описанный способ получают порошки диоксида урана и смешанного диоксида урана и плутония, а также урана и гадолиния (прототип).

Задачей изобретения является повышение безопасности процесса, а также уменьшение размеров частиц получаемых порошков т снижение давления прессования и температуры спекания при получении изделий из них.

Задачу решают тем, что в способе получения диоксида урана или оксидной композиции на его основе, включающем разложение распыленного нитратного раствора, содержащего металлы, в потоке плазменного теплоносителя в присутствии восстановления соединения, содержащего ацетат-ион, взятого в мольном отношении ацетат-ион к нитрат-иону не менее 1,1, и выделение целевого продукта из полученной пылепарогазовой смеси, в качестве соединения, содержащего ацетат-ион, используют ацетат аммония.

Ацетат аммония вводят в мольном отношении к суммарному содержанию нитрат-ионов в растворе, равном 1,1 1,6.

Основные процессы, происходящие при разложении нитратных растворов в плазменном теплоносителе, можно охараткеризовать следующим уравнениям реакций: Способ осуществляют следующим образом.

Готовят исходный раствор, содержащий нитрат уранила или нитрат уранила и нитрат другого элемента, композицию с оксидом которого собираются получить.

В раствор вводят ацетат аммония в заданном количестве, от 1,1, до 1,6 молей на 1 моль нитрат-иона, присутствующего в растворе.

Установка для переработки раствора включает плазмотрон, форсунки для распыления раствора, реакционную камеру, пылеулавливающее устройство и систему очистки отходящих газов.

Раствор распыляют при помощи форсунок и вводят в контакт с потоком азота, нагретого до состояния низкотемпературной плазмы. При этом происходит разложение нитратов в соответствии с вышеприведенными уравнениями реакций.

Из образовавшейся пылепарогазовой смеси в пылеулавливающем устройстве отделяют целевой продукт, а сбросные газы направляют на очистку.

Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, заявляемый способ позволяет получить порошки диоксида урана и оксидные композиции на его основе, по своим качественным характеристикам соответствующие требованиям технических условий на керамическое ядерное топливо как по содержанию примесей, так и по валентности крана.

Кроме того, размер частиц порошка, полученного заявляемым способом, не превышает 0,5 мкм в сравнении с 0,6 1,2 мкм для порошка, полученного с использованием уксусной кислоты. Режимы, необходимые для получения изделий из порошков, полученных с использованием уксусной кислоты, характеризуются давлением 450 550 МПа при прессовании и температурой 1600 1700^oC при спекании, в то время как порошки, полученные заявляемым способом, позволяют снизить эти параметры до 200 250 МПа и 1400 1500 ^oC соответственно.

Формула изобретения

1. Способ получения диоксида урана или оксидной композиции на его основе, включающий разложение распыленного нитратного раствора, содержащего металлы, в потоке плазменного теплоносителя в присутствии восстановителя соединения, содержащего ацетат-ион, взятого в молярном отношении ацетат-ион к нитрат-иону не менее 1,1, и выделение целевого продукта из полученной пылепарогазовой смеси, отличающийся тем, что в качестве соединения, содержащего ацетат-ион, используют ацетат аммония.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ацетат аммония вводят в молярном отношении к суммарному содержанию нитрат-ионов в растворе, равном 1,1 1,6.

РИСУНКИ

Рисунок 1