Способ переработки урансодержащих растворов

 

Изобретение относится к области получения закиси-окиси урана. Результат способа: улучшение качества продукта. Способ включает экстракцию урана из урансодержащего раствора экстрагентом, реэкстракцию и формирование кристаллов аммонийуранилтрикарбоната (АУТК). Кристаллы АУТК отделяют центрифугированием и прокаливают до закиси-окиси урана U₃O₈. Фугат разделяют на два потока и направляют в реэкстрактор. В зону разделения реэкстрактора параллельно днищу в направлении движения суспензии подают первый поток, составляющий 50-70% от общего потока фугата. Второй поток направляют в зону смешения реэкстрактора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области экстракционных процессов, в частности для твердофазной реэкстракции урана из органической фазы в водную насыщенным раствором карбоната аммония с образованием кристаллов аммонийуранилтрикарбоната (АУТК) (NH₄)₄[UO₂(CO₃)]₃, центрифугировании суспензии с последующим прокаливанием кристаллов АУТК до закиси-окиси урана U₃O₈.

Известен способ экстракционного аффинажа урана с применением экстрагентов типа ДАМФК или ТБФ (1). Способ заключается в том, что концентраты растворяют в азотной кислоте и полученный раствор направляют на экстракционную переработку. Уран экстрагируют в органическую фазу, а полученный экстракт направляют на реэкстракцию. Реэкстракцию проводят 25% раствором карбоната аммония. Уран выпадает в осадок в виде кристаллов АУТК. Полученную суспензию разделяют на твердую (кристаллы АУТК) и жидкую составляющие (маточный раствор). АУТК прокаливают до окислов урана, а маточный раствор нагревают для перевода растворенной части АУТК до монокарбоната уранила UO₂CO₃ по реакции: 2H₂O + NH₃+ CO₂+ H₂O Недостатком способа является наличие энергоемкой операции по упариванию маточных растворов и фильтрованию от монокарбоната уранила.

В качестве прототипа взято решение по патенту Германии N 1918133 C 01 G 43/01 (2).

Решение, защищенное этим патентом, относится к области переработки ядерно-делящихся материалов и предназначено для получения ядерного топлива, в частности для получения диоксида урана UO₂.

Основные стадии переработки: - гексафторид урана UF₆ пропускают через воду; - полученный в результате гидролиза водный раствор уранилфторида UO₂F₂ обрабатывают аммиачным раствором и получают диоксид урана (NH₄)₂U₂O₇; - полученную суспензию направляют в непрерывнодействующую центрифугу; - в центрифуге отделяется легкая составляющая - фугат (маточный раствор) и тяжелая составляющая, содержащая кристаллы диураната аммония; - кристаллы соли (NH₄)₂U₂O₇ направляют на прокалку в печь для получения двуокиси урана UO₂; - фугат направляют на дополнительную переработку.

Данный способ применяется при переработке химически чистых продуктов, тогда как в аналоге имеют дело с растворами, загрязненными примесями, для чего используют дополнительную очистку.

Задачей изобретения по патентуя N 1918133 является создание необходимых условий для равномерной и усредненной подачи суспензии из центрифуги в прокалочную печь, что обеспечивает получение двуокиси урана с заданными технологическими свойствами.

Поставленная задача достигается тем, что между центрифугой и прокалочной печью установлены дополнительные устройства.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известного способа, повышения его эффективности при улучшении качества полученного продукта.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем экстрагирование урана из водной фазы в органическую, реэкстрагирование урана из органической фазы в водную с формированием кристаллов АУТК, отделение центрифугированием кристаллов АУТК и их прокалкой, отличающейся тем, что полученный после центрифугирования фугат перед направлением в реэкстрактор разделяют на два потока, один из которых направляют в зону смешения реэкстрактора, а второй - нижнюю часть зоны разделения.

При этом в зону смешения подают такое количество фугата (реэкстрагента), какое необходимо для создания оптимальных условий для образования и роста кристаллов АУТК. При этом концентрация урана в суспензии должна составлять 8. . . 12 г/л. В зону разделения подают 50...70% от общего потока. При этом максимальное количество подаваемого фугата определяется временем разделения фаз, при котором исключается попадание органической фазы вместе с кристаллами АУТК, загрязняющей закись-окись урана фосфором. Фугат в зону разделения подают через трубку, расположенную у перегородки, разделяющей зону формирования кристаллов АУТК и зону разделения. Подачу осуществляют параллельно днищу реэкстрактора в направлении движения суспензии к окну, расположенному между зонами разделения и вывода кристаллов АУТК.

Введение фугата в определенном количестве в зону разделения и ориентированное движение объединенной массы суспензии в направлении к окну, расположенному между зонами разделения и вывода кристаллов АУТК, позволяют удерживать кристаллы АУТК во взвешенном состоянии. При этом происходит усреднение суспензии и снижается накопление осадка в зоне разделения.

На чертеже изображена схема, позволяющая осуществить поставленную задачу.

Схема состоит из:
1 - экстрактор;
2 - реэкстрактор;
3 - смотровой фонарь;
4 - центрифуга;
5 - прокалочная печь;
6 - контейнер;
7 - камера;
8 - сборник;
9 - насос.

Для контроля за расходами на линиях подачи фугата в зону смешения установлен ротаметр 11, а в зону разделения - ротаметр 10.

На экстракторе 1 установлены патрубки:
12 - на линии подачи экстрагента;
13 - на линии вывода обедненного ураном раствора (рафината);
14 - на линии подачи урансодержащего раствора.

На реэкстракторе 2 установлен патрубок 15 на сливе суспензии.

На линии подачи суспензии к фонарю 3 и центрифуге 4 установлен вентиль 17, на линии слива фугата из сборника 8 установлен вентиль 18.

Для регулирования расхода установлены на линии подачи фугата в зону разделения вентиль 19, в зону смешения - вентиль 20.

На реэкстракторе установлены:
21 - вентиль для подачи барботажного воздуха;
22 - патрубок для подачи фугата в зону смешения;
23 - патрубок для подачи экстракта в зону смешения;
24 - трубка для подачи барботажного воздуха;
25, 26 - вентили для подачи горячей воды;
27 - перегородка, разделяющая зону формирования кристаллов АУТК и зону разделения;
28 - перегородка, разделяющая зону формирования кристаллов АУТК и зону разделения органической и водной фаз;
29 - трубка для подачи оборотного фугата;
30 - перфорированная перегородка;
31 - патрубок для вывода экстрагента;
32 - мешалка;
33 - змеевик для обогрева зон смешения и формирования кристаллов АУГК;
34 - патрубок для подачи фугата в зону разделения;
35 - окно между зоной разделения и зоной вывода кристаллов АУТК;
36 - вентиль на линии освобождения зон разделения и вывода от кристаллов АУТК.

Способ осуществляется следующим образом: урансодержащий раствор и экстрагент через патрубки 14 и 12 соответственно подают в экстрактор 1. Рафинат через патрубок 13 направляется на известкование. Экстракт через патрубок 23 поступает в реэкстрактор. Одновременно в зону I реэкстрактора через патрубок 22 подают реэкстрагент (фугат), через вентиль 21 и трубку 24 подают барботажный воздух. Через вентили 25, 26 и змеевик 33 подают горячую воду. Через патрубок 34 и трубку 29 в зону III подают оборотный фугат. Включают мешалку 32.

В зоне I происходит перемешивание водной и органической фаз и образование зародышей кристаллов АУТК. Суспензия через щель под перегородкой 27 поступает в зону II, где происходит формирование кристаллов АУТК. Затем суспензия переливается через перегородку 28 и поступает в зону III, где происходит разделение органической и водной фаз. Водная фаза (взвешенные кристаллы АУТК) и оборотный фугат движутся к окну 35 и далее поступают в зону IV.

Отделившаяся в зоне III органическая фаза непрерывно выводится из реэкстрактора через патрубок 31 и после фильтрования вновь поступает в экстрактор 1.

Кристаллы АУТК непрерывно поступают в прокалочную печь 5. Полученная закись-окись урана поступает в контейнер 6, установленный в камере 7. Образовавшиеся при термическом разложении АУТК газы CO₂ и NH₃ направляются на улавливание в скрубберную установку.

Фугат через вентиль 17 поступает в сборник 8. Периодически, в целях укрепления маточного раствора, в сборник 8 подают насыщенный раствор карбоната аммония. Фугат из сборника 8 через вентиль 18 поступает в насос 9. Насосом 9 часть фугата через вентиль 20, ротаметр 11 и патрубок 22 подают в зону I реэкстрактора, другую часть потока фугага через вентиль 19, ротаметр 10 и патрубок 34 подают в зону III реэкстрактора.

Использование предлагаемого способа переработки растворов в целом позволяет:
во-первых, на стадии экстракция-реэкстракция освободится от примесей, не образующих летучие фториды (Fe, Al, Cu), определяющих общее содержание урана в закиси-окиси урана (по СТП 81%), а также освободится от примесей, образующих жгучие фториды (V, Cr, Mo, W) (по СТП V < 0,005%, Cr, Mo, W < 0,05%), что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к закиси-окиси урана, предназначенной для получения гексафторида урана.

Примерный состав примесей в исходных растворах по отношению к урану составляет, мас.%:
Fe - 3375
V - 0,07
Al - 75
Cr - 15
Cu - 15,3
Mo - 0,52
W - 0,11
Примерный состав указанных элементов в получаемой закиси-окиси урана составляют, мас.%:
U - > 81%
V - 0,00002
Fe - 1,3
Cr - 0,002
Al - 0,005
Mo - 0,0004
Cu - 0,0004
W - 0,0003
Таким образом, поучаемая закись-окись урана намного качественнее, чем предъявляемая по СТП;
во-вторых, введение оборотного фугата в реэкстрактор в указанных пределах дает возможность:
- значительно снизить накопление осадка в отстойной зоне и улучшить транспортабельность его от реэкстрактора до центрифуги;
- обеспечить усреднение и более равномерную подачу суспензии в центрифугу и АУТК их центрифуги в прокалочную печь. При этом достигается содержание влаги в закиси-окиси урана в соответствии с СТП;
- гарантирует полное разделение органической и водной фаз и, следовательно, исключает унос органической фазы с АУТК и возможность загрязнения закиси-окиси фосфором.

Источники информации
1. В.Б.Шевченко, Б.Н.Судариков. Технология урана. Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники. М.: 1961, с/ 234.

2.Патент Германии N 1918133, C 01 G 43/01.

Формула изобретения

1. Способ переработки урансодержащих растворов, включающий экстрагирование урана из водной фазы в органическую, реэкстрагирование урана из органической фазы в водную и формирование кристаллов аммонийуранилтрикарбоната (АУТК), отделение центрифугированием кристаллов АУТК и их прокаливание, отличающийся тем, что полученный после центрифугирования фугат перед направлением в реэкстрактор разделяют на два потока, один из которых направляют в зону смешения, а другой направляют в нижнюю часть зоны разделения реэкстрактора параллельно его днищу в направлении движения суспензии, при этом поток в зоне разделения составляет 50-70% общего потока фугата.

2. Способ переработки урансодержащих растворов по п.1, отличающийся тем, что поток фугата в зону разделения реэкстрактора подают по трубке, расположенной в непосредственной близости к перегородке, разделяющей реэкстрактор на зону формирования кристаллов АУТК и зону разделения органической и водной фаз, при этом концентрация урана в суспензии составляет 8-12 г/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1