Патент на изобретение №2237299
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УРАНГАДОЛИНИЕВЫХ СКРАПОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к переработке урангадолиниевых скрапов для получения соединений урана ядерной чистоты. Скрап растворяют в смеси азотной и плавиковой кислот концентрацией 15-180 г/л. Раствор фильтруют при 60-1000С. Уран экстрагируют из раствора трибутилфосфатом. Экстракт промывают раствором ЭДТА или трилоном Б концентрацией 1-10 г/л. Раствор ЭДТА или трилона Б готовят растворением в азотной кислоте или смеси азотной кислоты с нитратом аммония или натрия в количестве 1-3 М. 2 з.п.ф-лы. Изобретение относится к области получения ТВЭЛ для атомных электростанций и может быть использовано в технологии изготовления ядерного керамического топлива. По вопросу глубокого разделения урана и гадолиния в источниках научно-технической информации имеются ограниченные сведения. Известен способ отделения основного количества урана от смеси редкоземельных элементов (РЗЭ) при переработке монацита путем осаждения в виде малорастворимых оксалатов из сульфатных растворов /1/. Для этого в разбавленный по РЗЭ до 15 г/л раствор при рН 0,4-3,0 и температуре 80 Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ извлечения урана из скрапа от производства ядерного горючего /2/. Скрап, содержащий Gd203, растворяют в минеральной кислоте, например азотной, с добавкой нитрата натрия. Из полученного раствора экстрагируют уран трибутилфосфатом (ТБФ) при мольном отношении ТБФ/U=2-2,5. Экстракт промывают водой или разбавленной азотной кислотой для удаления гадолиния и других примесей, соотношение объемов водной и органической фаз должно быть не менее 1:10. Степень очистки урана от гадолиния зависит от мольного отношения ТБФ/U и соотношения водной и органической фаз при промывке экстракта – с увеличением мольного отношения ТБФ/U экстрагируемость гадолиния возрастает, а увеличение соотношения В:О на промывке способствует извлечению гадолиния и примесей из экстракта, хотя при этом снижается извлечение урана в органическую фазу. Способ обеспечивает очистку от гадолиния на операции экстракции до содержания его в оксидах урана 0.1-1 ppm в зависимости от концентрации Gd в исходном растворе. Так, при переработке растворов с содержанием гадолиния ~1,5 г/100 г урана получен диоксид урана с содержанием 1 ppm; при содержании гадолиния 0,09 г/100 г урана – 0,1-1 ppm (0,1 ppm при оптимальных режимах экстракции и промывки экстракта: мольное отношение ТБФ/U=2,4, В:О на промывке равно 0,15). Коэффициент очистки по Gd (отношение Gdиcx/Gdкoн) в данном способе не превышает 15000. Недостатком данного способа является ограниченная возможность экстракционной очистки урана от гадолиния при содержании последнего в растворе, направляемом на фильтрацию, более 0,1 г/л. Кроме того, при переработке трудно вскрываемых уран-гадолинийсодержащих скрапов, полученных сжиганием твердых отходов, в растворах присутствуют значительные количества примесей железа, алюминия и других элементов, которые могут образовывать двойные малорастворимые соли с нитратами щелочных металлов, что приводит к образованию осадков, перерасходу реагентов и затрудняет переработку скрапов. Данный способ принимаем за прототип. Задачей настоящего изобретения является получение соединений урана ядерной чистоты по содержанию гадолиния, пригодных для производства ТВЭЛ, при переработке урангадолиниевых скрапов. Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от известного способа извлечения урана из скрапа от производства ядерного горючего путем растворения скрапа в минеральной кислоте при обработке растворителем для экстракции урана, промывке экстракта водой или разбавленной азотной кислотой для удаления гадолиния скрап растворяют смесью азотной кислоты с известной концентрацией и плавиковой кислоты с концентрацией 15-180 г/л, фильтруют перед экстракцией при температуре 60-100 Используемые в предлагаемом способе концентрации плавиковой кислоты зависят от содержания примесей в исходном сырье и обеспечивают наиболее полный перевод гадолиния в твердую фазу, предлагаемый интервал температур раствора при фильтрации исключает переход гадолиния в жидкую фазу, а концентрация комплексообразователя при промывке экстракта обеспечивает наиболее полное связывание гадолиния в комплекс и выделение его из урансодержащего экстракта. Таким образом, поставленная задача решается за счет двухстадийной очистки урана от гадолиния. Получение соединений урана ядерной чистоты обеспечивается на первой стадии осаждением фторида гадолиния из раствора в результате взаимодействия с плавиковой кислотой с концентрацией 15-180 г/л и отделением его от раствора фильтрацией при температуре 60-100 Из полученного по предлагаемому способу экстракта по известной технологии получают оксиды урана ядерной чистоты Примеры осуществления способа Пример 1 100 г скрапа, полученного после сжигания твердых отходов, состава, %: U – 40,5; Gd2О3 – 0,33; Fe – 4,7; Al – 12,0; Si – 8,3; Са – 0,46; К – 0,54, Zn – 0,3; Мg – 1,2 растворяли в 0,5 л раствора, содержащего 200 г/л НNО3, 60 г/л HF при температуре 90 Пример 2 100 г скрапа, содержащего 0,4% Gd, засыпали в 0,5 л раствора, содержащего 200 г/л НNО3 и 80 г/л HF, и при перемешивании растворяли в течение 3-х часов при температуре 90 Пример 3 Навеску урангадолиниевого скрапа, содержащего 8% гадолиния, 80,3% урана, растворяли в 200 г/л азотной кислоты и 15 г/л плавиковой кислоты в течение 1 часа при температуре 80 Уран из промытого экстракта реэкстрагировали подкисленной водой. Из реэкстракта осаждали ПУА водным раствором аммиака. ПУА прокаливали при температуре 600 Пример 4 300 г урансодержащей золы состава, %: U – 22,7; Са – 22,0; Si – 16,2; Gd – 1,5 выщелачивали в растворе, содержащем 300 г/л азотной кислоты и 150 г/л плавиковой кислоты в течение 2-х часов при t=90 По сравнению с прототипом предлагаемый способ обеспечивает более высокую степень разделения урана и гадолиния и получение в результате переработки соединений урана с содержанием гадолиния менее 1 ppm. Источники информации 1. А.Н.Зеликман. Металлургия редкоземельных металлов, тория и урана. М., “Гос. научно-техническое изд-во”,1960, с.85-86. 2. Заявка №61-236615, Япония, 1985, МКИ С 01 G 43/00, С 22 В 60/02. Формула изобретения
1. Способ переработки урангадолиниевых скрапов, включающий растворение скрапа в азотной кислоте, экстракцию урана трибутилфосфатом и промывку экстракта, отличающийся тем, что растворение скрапа проводят смесью азотной кислоты и плавиковой кислоты с концентрацией 15-180 г/л, полученный раствор перед экстракцией фильтруют при температуре 60-100 2. Способ переработки по п.1, отличающийся тем, что ЭДТА или трилон Б растворяют в азотной кислоте или смеси азотной кислоты с нитратом аммония или натрия, взятых в количестве 1-3 М. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация трилона Б или ЭДТА составляет 1-10 г/л. MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 09.04.2009
Извещение опубликовано: 27.07.2010 БИ: 21/2010
|
||||||||||||||||||||||||||
С вводят 10% раствор щавелевой кислоты. При этом уран в основном остается в растворе, а РЗЭ выделяются в осадок. На величину степени осаждения РЗЭ в осадок оксалатов влияет присутствие в растворе примесей железа, алюминия, циркония, хрома, молибдена, образующих более прочные, чем РЗЭ, растворимые оксалатные комплексы. Недостатками способа являются значительный расход дорогостоящего реагента – щавелевой кислоты и низкая степень очистки урана от гадолиния вследствие увеличения растворимости оксалатов РЗЭ в присутствии минеральных кислот. Способ не обеспечивает получение соединений урана ядерной чистоты (
1ррm).