СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ НИТРАТ-ИОНОВ В ВИДЕ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ СТОКОВ ЯДЕРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Российский патент 2002 года по МПК G21F9/04 G21F9/06 

Описание патента на изобретение RU2179761C2

Изобретение относится к способу рекуперации в виде азотной кислоты нитрат-ионов, содержащихся в водных стоках ядерной промышленности, путем термического разложения этих нитрат-ионов в растворе и рекуперации в водной среде паров оксидов азота, образовавшихся при этой термической обработке.

Это изобретение также относится к способу рекуперации в виде азотной кислоты нитрат-ионов, содержащихся в водных стоках ядерной промышленности, путем термического разложения этих нитрат-ионов в растворе и рекуперации в водной среде паров оксидов азота, причем эта азотная кислота предназначается для рециркуляции в процессах ядерной промышленности:
- для растворения урансодержащих концентратов, полученных при переработке урансодержащих руд;
- или для растворения брикетов ядерного топлива:
- до того, как они введены в ядерный реактор, то есть, полученных на технологической линии в виде брикетов, имеющих дефекты, или в виде отходов, возникших на таких стадиях, как формование или прессование оксида урана или смешанного оксида для приготовления сырьевых брикетов, спекания в восстановительной атмосфере, а также при точном измельчении полученных брикетов, обеспечивая возможность придания им заданных размеров, и для раскрытия возможных дефектов структуры, таких как трещины;
- и/или в конце срока службы, после их облучения в ядерном реакторе, выведения из реактора, охлаждения в отстойнике, измельчения и превращения их компонентов в нитраты.

В ядерной промышленности имеется множество стадий очистки и/или превращения соединений в нитраты металлов, таких как уран, плутоний, торий, цезий, рутений, гадолиний, церий или другие. Эти нитраты в последующем разлагаются термически на оксиды металлов, при этом возникают газообразные выбросы, которые содержат водяной пар и пары оксидов азота.

В полном цикле, начиная от рудной экстракции до введения в атомные энергетические станции в качестве топлива, уран, происходящий из урансодержащей руды, подают в виде урансодержащего концентрата различного состава, такого как уранат магния, калия или аммония, а также урансодержащего концентрата, состоящего из таких оксидов как U3O8 или пероксидов, таких как UO4•nH2•О. Эти урансодержащие концентраты еще содержат много мешающих примесей, которые необходимо удалять, так как они не совместимы с урановым циклом, включающим превращение, обогащение и производство топлива.

Фактически, до получения топливного качества, уран может проходить через стадию гидрофторирования (превращения в тетрафторид урана). Полученный на этой стадии тетрафторид урана может направляться либо на производство металлического урана, загружаемого в ядерный реактор с природным ураном, либо на обогащение лазерным облучением, или подается на другую стадию фторирования (превращения тетрафторида урана в гексафторид урана), причем получаемый гексафторид урана является исходным материалом, подаваемым в контуры для обогащения урана путем газовой диффузии или ультрацентрифугирования, или лазерного обогащения.

Следовательно, для превращения урана, происходящего из урансодержащего концентрата, может потребоваться до любого химического превращения стадия очистки для удаления присутствующих примесей.

Эта очистка заключается в обработке урансодержащего концентрата азотной кислотой, которая растворяет не только уран в виде уранил-нитрата, но также и примеси, которые переходят в урансодержащий концентрат. Например, в случае уранатов наиболее важными из этих примесей являются натрий, калий, аммоний, кальций и магний. В случае урансодержащих концентратов в виде оксидов, эти примеси присутствуют в гораздо меньшем количестве.

Затем раствор неочищенного уранил-нитрата обрабатывают с помощью фосфорорганического растворителя, такого как трибутилфосфат, который позволяет экстрагировать и извлекать чистый уранил-нитрат.

В условиях этой стадии очистки получаются кислые водные стоки, которые практически не содержат урана, но содержат все примеси, которые превращаются в растворимые нитраты, присутствующие изначально в урансодержащем концентрате.

В настоящее время эти стоки, которые в этом виде нельзя выбрасывать в окружающую среду, нейтрализуют обычно известью и затем хранят в таком состоянии в закрытом водоеме, в котором происходит разделение твердой и жидкой фаз: жидкая фаза самопроизвольно концентрируется за счет медленного испарения воды, которая однако отчасти компенсируется за счет дождей. Однако поверхность этих водоемов должна постепенно увеличиваться, чтобы собирать и иметь возможность удерживать эти стоки сразу же после их образования.

Из патента Франции А-2410870 известен способ обработки остаточного раствора, содержащего нитрат аммония и получаемого в ядерной промышленности. Этот способ заключается в распылении водного раствора нитрата аммония в верхнем конце печи в области, где температура соответствует разложению этого нитрата, и в выведении продуктов разложения в нижнем конце печи.

Однако в этом способе:
- практически рассматривается обработка одного нитрата аммония, который разлагается при низкой температуре, образуя газообразные остатки разложения в области, нагретой до температуры разложения, а не смешанные нитраты металлов, в которых каждый нитрат разлагается при температуре, зависящей от его природы, и эти температуры гораздо выше, чем температура разложения нитрата аммония, причем это приводит к твердым и газообразным остаткам разложения;
- распыление раствора нитратов, подлежащих разложению, проводится путем распыления через форсунку. При этом распылении образуются капельки различного размера, которые опускаются в печи с различными скоростями. Это явление вызывает неполное разложение нитрата, отчасти из-за различия капель в размерах и, следовательно, различной кинетики реакции;
- образуется неупорядоченный осадок, который покрывает стенки печи, и поэтому требуется его регулярное удаление;
- осуществляется со средствами, смонтированными на нагревательных элементах, такими, что нарушается достаточный и однородный теплообмен.

Вследствие всех этих недостатков, этот способ не может применяться для обработки водных стоков, содержащих смесь нитратов в растворе.

Поэтому, для того чтобы ограничить увеличение этих водоемов, в этом изобретении поставлена цель обработки:
- не только водной фазы этих водоемов;
- но также непосредственно водных стоков, которые обогащены примесями нитратов, которые появились при растворении урансодержащих концентратов и экстракции урана фосфорорганическим растворителем.

Следовательно, предметом изобретения является:
- способ рекуперации паров оксидов азота, путем превращения их в азотную кислоту и рециркуляции азотной кислоты в цикле ядерного топлива;
- способ термического разложения водного раствора нитратов примесных металлов или других примесей, являющихся стоками в ядерной промышленности;
- способ, обеспечивающий термическую обработку жидкой фазы водоемов для хранения водных стоков, появляющихся в цикле ядерного топлива;
- способ, обеспечивающий термическую обработку водной фазы уранового цикла, причем эта водная фаза возникла при разделении двух фаз, органической фазы, содержащей очищенный уран, и другой водной фазы, содержащей все примеси;
- способ, обеспечивающий непосредственную обработку водной фазы, содержащей все примеси посредством разложения без покрытия стенок установки твердой фазой.

Поэтому целью изобретения является преодоление недостатков способа уровня техники путем предоставления способа, в котором:
- разлагаются все нитраты, содержащиеся в водном растворе, независимо от температуры разложения каждого нитрата в этом растворе;
- достигается мгновенное разложение этих нитратов;
- указанное разложение нитратов протекает при высокой температуре;
- не образуется неупорядоченного осадка на стенках соответствующего устройства.

Цель разработанного здесь способа достигается путем осуществления мгновенного и резкого контакта, одновременно термического и механического, между обрабатываемым раствором и газовым потоком, имеющим высокую температуру и высокую механическую энергию.

Это изобретение относится к способу рекуперации в виде азотной кислоты нитрат-ионов, содержащихся в водных стоках ядерной промышленности, путем термического разложения этих нитрат-ионов в растворе, рекуперации газовых отходов, содержащих пары оксидов азота, и их превращение в азотную кислоту.

В соответствии с изобретением этот способ отличается тем, что:
a) на первой стадии, в контактной зоне реакционной камеры, обеспечивается термомеханический контакт между этим раствором и газовым потоком, введенным одновременно в реакционную камеру, причем этот газовый поток имеет температуру, которая по меньшей мере выше температуры разложения основной части нитратов в растворе, и имеет механическую энергию, которая достаточна для того, чтобы вызвать тонкое и однородное распыление раствора и осуществить мгновенное разложение этих нитратов с образованием паров оксидов азота;
b) на второй стадии эти пары оксидов азота превращаются в азотную кислоту посредством охлаждения и поглощения в водной среде.

Водные растворы нитратов металлов, названных примесными нитратами, отходящие из ядерной промышленности, содержат большое количество неорганических солей, существенно в указанной форме нитратов, однако они также могут содержать другие соли, такие как хлориды, сульфаты и фториды различных металлических элементов.

В случае растворов, происходящих от обработки концентратов типа ураната, эти растворы обогащены нитратами кальция, натрия и аммония, а также нитратами калия и магния.

В случае урансодержащих концентратов в форме оксидов, эти водные растворы содержат небольшое количество таких примесных металлов, как, например, железо, кальций, магний, алюминий, калий и другие металлы.

В соответствии с первой стадией способа изобретения в контактной зоне реакционной камеры, обеспечивается термомеханический контакт между водным раствором нитратов металлов - стоком из ядерной промышленности и газовым потоком, имеющим высокую механическую энергию, а также такую температуру, которая по меньшей мере равна температуре разложения основной части нитратов в указанном растворе.

Водный раствор нитратов металлов, образующий жидкую фазу, обычно вводят вдоль соответствующей оси в области контактной зоны и превращается в ней в тонкую и однородную дисперсию.

Этот газовый поток, имеющий высокую механическую и термическую энергию, вводят одновременно с жидкой фазой в зону контакта в виде симметричного вихревого потока. Этот вихревой поток, соосный с основной осью реакционной камеры, обладает способностью превращать раствор нитратов металлов, который вводят в виде частично очищенной микрокапельной дисперсии. Этот раствор захватывается газовым потоком, заблаговременно нагревается до высокой температуры в соответствии с резким и кратким механическим контактом и в последующем подвергается достаточному термическому воздействию, чтобы вызвать мгновенное разложение нитратов в порошкообразную смесь, состоящую из оксидов, карбонатов, других нитратов или других солей, которые разлагаются при гораздо большей температуре, чем температура в камере.

Порошкообразную смесь, состоящую из оксидов металла, карбонатов и других солей, образующуюся в области разложения, можно хранить как таковую или ее можно подвергать последующим механическим превращениям, таким как сжатие, инактивация, переход в стеклообразное состояние, для того чтобы уменьшить объем смеси и обеспечить возможные состояния для определенного хранения.

Следовательно, рабочие условия способа согласно изобретения должны регулировать наиболее полное разложение нитратов металлов, присутствующих в водном растворе, для того, чтобы извлекать из них максимальное количество рециркулирующих паров оксидов азота.

Вообще водные растворы, обогащенные этими нитратами металлов, могут содержать приблизительно до 800 г/л нитрат-ионов, подлежащих рециркуляции, и обычно между 50 и 700 г/л нитрат-ионов, подлежащих рециркуляции.

Однако до разложения водные растворы, обогащенные этими нитратами металлов, могут быть сконцентрированы любым подходящим способом.

Кислотность жидкой фазы может изменяться в широком интервале, который, например, может достигать приблизительно 5 н. (г-экв.). Это не исключает применения способа согласно изобретению.

Газовый поток, использованный в способе этого изобретения, вводится в зону контакта и обеспечивается высокой механической и термической энергией. Его вводят в зону контакта в виде симметричного вихревого потока.

В соответствии с предпочтительной альтернативной формой ось симметрии вихревого потока введенного газа совпадает не только с продольной осью реакционной камеры, но также с осью устройства для впрыска жидкой фазы.

Тепло, необходимое для разложения смеси нитратов металлов, поступает с горячим газовым потоком. Этот газовый поток может состоять из воздуха, инертного газа, такого как азот или газы, образующиеся при сгорании:
- топлива, которым может быть водород или углеводороды, предпочтительно газообразные, такие как метан, этан, пропан, бутан;
- в присутствии окислителя, выбранного из группы, состоящей из воздуха, кислорода или их смеси.

Удобно, если горячий газовый поток может иметь более или менее восстановительный характер, например, вследствие наличия восстанавливающего газа, такого как водород, оксид углерода, или вследствие неполного сгорания, когда горячий газ образуется при сгорании топлива в присутствии окислителя.

Когда вводимый газообразный поток является воздухом или инертным газом, с которым может смешиваться восстанавливающий газ, он может нагреваться до желаемой температуры с помощью косвенного нагревающего устройства такого, как, например, электрический обогрев вне камеры сгорания. Однако, когда вводимый газообразный поток образуется при сгорании топлива в присутствии окислителя, он может образовываться в камере сгорания, которая не зависит от реакционной камеры (внешнее нагревание) или связана с реакционной камерой (нагревание на месте).

Температура, которая должна быть преобладающей в зоне контакта и, следовательно, в реакционной камере, чтобы обеспечить мгновенное разложение нитратов металлов, присутствующих в обрабатываемом растворе, которую называют "установленной температурой", выбирают таким образом, чтобы она была больше или по меньшей мере равной 500oС и предпочтительно была больше или по меньшей мере равной 700oС.

Установленная температура действует либо при регулировании средств нагрева газового потока, либо при регулировании скорости потока сырьевого раствора нитратов металлов, подлежащих разложению.

Реакционная камера, в которой осуществляется разложение нитратов металлов и в которой находится зона контакта, где происходит термомеханический контакт между водным раствором нитратов металлов, составляющим жидкую фазу, и газовым потоком, снабженным высокой термомеханической энергией, может быть выбрана из тех, что описаны, например, в патенте Франции 2257326, в Европейском патенте 0007846, в патенте США 3041136 или в статье Informations Chimie, 342, октябрь 1992.

В ходе разложения нитратов металлов в водном растворе получается, с одной стороны, порошкообразная смесь оксидов, карбонатов и неорганических солей металлов и, с другой стороны, газовая фаза, которая отделяется.

В соответствии с альтернативным способом в перерабатываемый раствор могут быть введены подходящие добавки, такие как, например, оксид алюминия и диоксид кремния, для того, чтобы облегчить манипуляции с полученным твердым веществом или для возможной его инактивации.

В соответствии со второй стадией способа согласно изобретению газовая фаза, образовавшаяся при разложении нитратов металлов, присутствующих в обрабатываемом водном растворе, состоит из паров воды и паров оксидов азота. Эту газовую фазу охлаждают и поглощают, например, путем рециркуляции водного раствора азотной кислоты в соответствующей зоне абсорбции в соответствии с хорошо известными условиями.

Это изобретение можно лучше понять с помощью примеров, составленных просто для иллюстрации.

Пример 1
В этом примере иллюстрируется рекуперация в виде азотной кислоты нитрат-ионов, содержащихся в водной фазе - стоках ядерной промышленности. Эта водная фаза, называемая полупродукт колонны, образуется путем растворения урансодержащих концентратов в азотной кислоте, экстракции уранил-нитрата фосфорорганическим растворителем и разделение двух фаз, одной органической и содержащей уран, и другой - водной и содержащей нитрат-ионы, подлежащие рекуперации.

Этот водный раствор имел следующий состав, в г/л:
Нитрат- - 119
Аммоний+ - 12,5
Фтор- - 1,4
Хлор- - 0,2
Сульфат- - 5,8
Силикат- - 0,24
Натрий - 8,6
Калий - 1,0
Кальций - 0,8
Магний - 1,4
Железо - 1,5
Молибден - 0,21
Цирконий - 0,41
Алюминий - 0,41
Фосфор - 0,11
Уран - 5 ч/млн
Азотная кислота - 1,1 г/экв
Присутствующую в водном растворе свободную азотную кислоту удаляют посредством нагрева, и раствор, обрабатываемый в соответствии со способом согласно изобретению, концентрируют до тех пор, пока не будет достигнута концентрация нитратов около 250 г/л.

Полученный раствор распыляют в контактной зоне реакционной камеры, как описано в Европейском патенте 0007846, в котором горячие газы получают на месте посредством полного сгорания пропана.

Полученные горячие газы, снабженные высокой механической и термической энергией, достигают зоны контакта одновременно с жидкой фазой в виде симметричного вихревого потока (соосно с устройством для введения этого раствора).

Скорость потока введенного раствора составляет 20 л/ч.

Установленная температура разложения нитратов составляет 800oС: эта температура регулируется скоростью потока пропана, используемого в камере сгорания. Температура газов составляет приблизительно 1500oС.

Из реакционной камеры удаляют мелкий порошок оксидов, карбонатов и неорганических солей, которые не разлагаются при этой температуре.

Что касается газовой фазы, полученной при разложении нитратов, присутствующих в обрабатываемом водном растворе, то она состоит из паров воды и окисидов азота. После охлаждения эту газовую фазу вводят в зону абсорбции, через которую в противотоке пропускают рециркуляционный водный раствор азотной кислоты. Из этой зоны абсорбции выводят азотную кислоту концентрацией 4 н.

Пример 2
В этом примере иллюстрируется рекуперация в виде кислоты нитрат-ионов, содержащихся в водной фазе, происходящей из жидкости над осадком в водоемах для хранения водных стоков, полученных в ядерной промышленности.

Этот водный раствор, который необходимо переработать, имел следующий состав, в г/л:
Нитрат- - 625
Аммоний+ - 62
Кальций - 95
Натрий - 41,0
Калий - 12,0
Магний - 6,0
Хлор - 3,0
Никель - 0,11
Кобальт - 0,025
Этот раствор распыляют в контактной зоне реакционной камеры, как описано в патенте Франции 2257326, с помощью потока воздуха, нагретого электрически до температуры 1100oС.

Полученные горячие газы, снабженные высокой механической и термической энергией, достигают зоны контакта одновременно с жидкой фазой в виде симметричного вихревого потока (соосно с устройством для введения этого раствора).

Скорость потока введенного водного раствора составляет 10 л/ч.

Установленная температура разложения нитратов составляет 700oС: эта температура регулируется скоростью потока горячих газов в реакционной камере.

Из реакционной камеры удаляют мелкий порошок оксидов металлов и неорганических солей, которые не разлагаются при этой температуре. Содержание остаточных нитратов было порядка 7 мас.%.

Что касается газовой фазы, полученной при разложении нитратов, присутствующих в обрабатываемом водном растворе, то она состоит из паров воды и оксидов азота. После охлаждения эту газовую фазу вводят в зону абсорбции, через которую в противотоке пропускают рециркулирующий водный раствор азотной кислоты. Из этой зоны абсорбции выводят азотную кислоту с концентрацией около 4 н.

Пример 3
В этом примере иллюстрируется рекуперация в виде азотной кислоты нитрат-ионов, содержащихся в водном растворе, называемом полупродукт колонны, стоке ядерной промышленности. Способ образования такого водного раствора описан в примере 1.

Этот водный раствор имел следующий состав, в граммах/литр
Нитрат- - 129,1
Аммоний+ - 11,5
Фтор- - 1,4
Хлор- - 0,2
Сульфат- - 5,7
Силикат- - 0,19
Натрий - 4,1
Калий - 1,3
Кальций - 0,9
Магний - 1,4
Железо - 1,5
Молибден - 0,20
Цирконий - 0,27
Алюминий - 0,42
Фосфор - 0,10
Уран - 10 ч/млн
Азотная кислота - 1,1 г/эк.

Этот водный раствор концентрируют в вакууме, чтобы получить, с одной стороны, чистый 0,7 н. раствор азотной кислоты и подлежащий разложению раствор, обогащенный нитратами.

Чистый раствор азотной кислоты концентрируют до тех пор, пока не будет достигнута концентрация азотной кислоты 10,2 н.

Подлежащий разложению раствор, обогащенный нитратами и содержащий все неорганические соли из упомянутого выше стока полупродукта из колонны, имеет содержание нитратов 350 г/л и кислоты 2,1 г/экв.

Подлежащий разложению раствор, обогащенный нитратами, распыляют в контактной зоне реакционной камеры, как описано в Европейском патенте 0007846, в котором горячие газы получают на месте посредством полного сгорания пропана.

Полученные горячие газы, снабженные высокой механической и термической энергией, достигают зоны контакта одновременно с жидкой фазой в виде симметричного вихревого потока (соосно с устройством для введения этого раствора).

Скорость потока введенного раствора составляет 15 л/ч.

Установленная температура разложения нитратов составляет 750oС: эта температура регулируется скоростью потока пропана, используемого в камере сгорания. Температура газов составляет приблизительно 1300oС.

Из реакционной камеры удаляют мелкий порошок оксидов, карбонатов и неорганических солей, которые не разлагаются при этой температуре.

Что касается газовой фазы, полученной при разложении нитратов, присутствующих в обрабатываемом водном растворе, то он состоит из паров воды и оксидов азота. После охлаждения эту газовую фазу вводят в зону абсорбции, через которую в противотоке пропускают рециркулирующий водный раствор азотной кислоты. Из этой зоны абсорбции выводят азотную кислоту, имеющую концентрацию приблизительно 5 н.

Похожие патенты RU2179761C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ ИЗ НИТРАТОВ МЕТАЛЛОВ В ЯДЕРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 1996
  • Фарон Робер
  • Шалль Жильбер
  • Давиед Сильви
RU2175643C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИОКСИДА УРАНА ПУТЕМ ПРЯМОГО ТЕРМИЧЕСКОГО ДЕНИТРИРОВАНИЯ УРАНИЛНИТРАТА 1996
  • Жильбер Шааль[Fr]
  • Робер Фарон[Fr]
RU2106308C1
СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО АФФИНАЖА УРАНА 2005
  • Островский Юрий Владимирович
  • Заборцев Григорий Михайлович
  • Александров Александр Борисович
  • Сайфутдинов Сергей Юрьевич
  • Дробяз Андрей Иванович
  • Хлытин Александр Леонидович
RU2295168C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕШАННЫХ ОКСИДОВ УРАНА И ПЛУТОНИЯ 2015
  • Жабин Андрей Юрьевич
  • Апальков Глеб Алексеевич
  • Дьяченко Антон Сергеевич
  • Коробейников Артем Игоревич
  • Смирнов Сергей Иванович
RU2626854C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ОКСИДОВ АКТИНИДОВ 2012
  • Семенова Надежда Андреевна
  • Красников Леонид Владиленович
  • Лумпов Александр Александрович
  • Мурзин Андрей Анатольевич
RU2494479C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ РАСТВОРА И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОСАДКА НИТРАТА МОЧЕВИНЫ 2003
  • Островский Ю.В.
  • Заборцев Г.М.
  • Шпак А.А.
  • Александров А.Б.
  • Сайфутдинов С.Ю.
  • Дробяз А.И.
  • Хлытин А.Л.
RU2253161C2
СПОСОБ КОНВЕРСИИ ГЕКСАФТОРИДА УРАНА 1998
  • Мазин В.И.
RU2203225C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДОВ УРАНА 2008
  • Журавлев Виктор Дмитриевич
  • Карташов Вадим Викторович
  • Бекетов Аскольд Рафаилович
  • Бамбуров Виталий Григорьевич
RU2404925C2
СПОСОБ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ (ВОЛОКСИДАЦИИ) ОБЛУЧЕННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 2017
  • Гаврилов Пётр Михайлович
  • Меркулов Игорь Александрович
  • Друзь Дмитрий Витальевич
  • Бондин Владимир Викторович
  • Апальков Глеб Алексеевич
  • Смирнов Сергей Иванович
  • Жабин Андрей Юрьевич
  • Аксютин Павел Викторович
RU2654536C1
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ УРАНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ К ЭКСТРАКЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ 2012
  • Галата Андрей Александрович
  • Каменев Евгений Александрович
  • Козырев Анатолий Степанович
  • Сильченко Андрей Иванович
  • Твиленёв Константин Алексеевич
  • Тинин Василий Владимирович
  • Шевелёв Андрей Михайлович
RU2514557C1

Реферат патента 2002 года СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ НИТРАТ-ИОНОВ В ВИДЕ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ СТОКОВ ЯДЕРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Изобретение относится к способу рекуперации нитрат-ионов, содержащихся в водных стоках ядерной промышленности. Сущность способа рекуперации нитрат-ионов из водных стоков ядерной промышленности в виде азотной кислоты состоит в термическом разложении этих нитрат-ионов в растворе и рекуперации паров оксидов азота, образовавшихся при термической обработке в водной среде, при этом в контактной зоне реакционной камеры обеспечивают термомеханический контакт между этим раствором и газовым потоком, введенным одновременно в реакционную камеру в виде симметричного газового потока, и этот газовый поток имеет температуру, которая по меньшей мере выше температуры разложения основной части нитратов в растворе, и имеет механическую энергию, которая достаточно высока для того, чтобы вызвать тонкое распыление раствора и осуществить мгновенное разложение этих нитратов с образованием паров оксидов азота, которые затем превращают в азотную кислоту посредством охлаждения и поглощения в водной среде. Способ обеспечивает мгновенное разложение всех нитратов, содержащихся в водном растворе, независимо от температуры разложения каждого из них, при этом не образуется неупорядоченного осадка на стенках устройства. 21 з.п.ф-лы.

Формула изобретения RU 2 179 761 C2

1. Способ рекуперации в виде азотной кислоты, нитрат-ионов, содержащихся в водных стоках ядерной промышленности, образующих раствор, отличающийся тем, что а) на первой стадии в контактной зоне реакционной камеры обеспечивают термомеханический контакт между этим раствором и газовым потоком, введенным одновременно в реакционную камеру, причем этот газовый поток вводят в контактную зону в виде симметричного вихревого потока и газовый поток имеет температуру, которая по меньшей мере выше температуры разложения основной части нитратов в растворе, и имеет механическую энергию, которая достаточно высока для того, чтобы вызвать тонкое распыление раствора и осуществить мгновенное разложение этих нитратов с образованием паров оксидов азота; b) на второй стадии эти пары оксидов азота превращают в азотную кислоту посредством охлаждения и поглощения в водной среде. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный водный раствор нитратов металлов в основном содержит нитраты кальция, натрия, аммония, калия и магния. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что водный раствор нитратов металлов содержит до 800 г/л нитрат-ионов, подлежащих рециркуляции, в целом 50 - 700 г/л нитрат-ионов. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что водный раствор, содержащий нитраты металлов, концентрируют перед разложением. 5. Способ по любому из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что водный раствор нитратов металлов имеет кислотность приблизительно до 5 Н. 6. Способ по любому из пп. 1 - 5, отличающийся тем, что ось симметрии вихревого потока введенного газового потока предпочтительно совпадает с продольной осью реакционной камеры и с осью устройства для впрыска жидкой фазы. 7. Способ по любому из пп. 1 - 6, отличающийся тем, что газовый поток состоит из воздуха или инертного газа. 8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что инертным газом является азот. 9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что газовый поток содержит восстанавливающий агент, которым является водород или оксид углерода. 10. Способ по любому из пп. 1 - 9, отличающийся тем, что газовый поток нагревают до желаемой температуры с помощью косвенного электрического нагревающего устройства вне камеры реакции. 11. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что газовый поток состоит из газообразных продуктов горения. 12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что газовый поток образуется при сгорании водорода или углеводородов в присутствии окислителя. 13. Способ по любому из п. 11 или 12, отличающийся тем, что углеводород выбирают из группы, состоящей из метана, этана, пропана, бутана. 14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что окислитель выбирают из группы, состоящей из воздуха, кислорода или их смесей. 15. Способ по любому из пп. 11 - 14, отличающийся тем, что газовый поток является восстановительным за счет неполного сгорания. 16. Способ по любому из пп. 11 - 15, отличающийся тем, что газовый поток, образующийся при сгорании топлива в присутствии окислителя, получают во внешней камере сгорания, не зависящей от реакционной камеры. 17. Способ по любому из пп. 11 - 15, отличающийся тем, что газовый поток, образующийся при сгорании топлива в присутствии окислителя, получают во внутренней камере сгорания, зависящей от реакционной камеры. 18. Способ по любому из пп. 1 - 17, отличающийся тем, что температура мгновенного разложения или установленная температура, выбрана по меньшей мере равной 500oС и предпочтительно по меньшей мере 700oС. 19. Способ по любому из пп. 1 - 18, отличающийся тем, что установленная температура действует либо при регулировании средств нагрева газового потока, либо при регулировании скорости потока сырьевого раствора нитратов металлов, подлежащих разложению. 20. Способ по любому из пп. 1 - 19, отличающийся тем, что его используют для получения и рециркуляции азотной кислоты. 21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что его используют для растворения урансодержащих концентратов. 22. Способ по п. 20, отличающийся тем, что его используют для растворения брикетов ядерного топлива до их введения в ядерный реактор и в конце срока службы после их облучения в ядерном реакторе.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2179761C2

ДОЖДЕВАЛЬНАЯ МАШИНА 2008
  • Нагорный Владимир Афанасьевич
  • Рыжко Николай Федорович
  • Янюшкин Алексей Петрович
  • Марьин Максим Павлович
  • Горбачев Анатолий Сергеевич
  • Шушпанов Иван Анатольевич
RU2410870C2
Способ получения тонкодисперсных порошков тугоплавких окислов металлов 1973
  • Галкин Н.П.
  • Туманов Ю.Н.
  • Бутылкин Ю.П.
  • Коробцев В.П.
  • Хохлов В.А.
  • Батарев Г.А.
SU452177A1
ЕР 0328742 В1, 23.08.1989
Способ денитрации высокорадиоактив-НыХ жидКиХ ОТХОдОВ 1979
  • Франц Иозеф Гаттис
SU841612A3
US 4225455 А, 30.09.1980
Края машиниста 1937
  • Борисов Г.В.
SU54607A1

RU 2 179 761 C2

Авторы

Шалль Жильбер

Флореансиг Антуан

Давиед Сильви

Даты

2002-02-20Публикация

1996-12-12Подача