СОРБЕНТ НА ОСНОВЕ УРАНИЛФТОРИДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК B01J20/02 B01J20/30 C01G43/06 C01G56/00 

Изобретение относится к технологии получения сорбентов для очистки гексафторида урана, получаемого из облученного ядерного топлива (ОЯТ), от гексафторида плутония, в частности к технологии синтеза фтористого сорбента на основе уранилфторида.

Одной из важных технологических операций при переработке ОЯТ по газофторидной технологии является удаление РuF₆ из технологических газов после стадии фторирования.

Специалистами фирмы «Hitachi» (Япония), которые разрабатывают газофторидную технологию переработки ОЯТ - процесс «FLUOREX» -показано, что РuF₆ из газов может быть эффективно выделен с помощью смешанного сорбента уранилфторида и фтористого лития [Заявка США №2006/0057042, А1, 2006, заявка США №2006/0057043, А1, 2006 г].

Уранилфторид для операции удаления гексафторида плутония используется в виде порошка, который синтезируется путем гидролиза гексафторида урана. В патенте [Патент Великобритании №1260562, 1969 г.] описано получение уранилфторида путем гидролиза гексафторида урана с получением частиц размером от -60 до +100 меш. В патенте [Патент Великобритании №1075233, 1965 г.] описывается получение частиц уранилфторида с поверхностью 6,1 см²/г и 9,2 см²/г. Задачей изобретений являлось получение порошкообразного уранилфторида.

Способ улавливания фторида плутония на порошкообразном сорбенте, содержащем уранилфторид [заявка США №2006/0057043, А1, 2006 г.], принятый нами за прототип, имеет серьезные недостатки, в том числе:

- большое гидравлическое сопротивление слоя порошка;

- значительный пылеунос применяемых мелкодисперсных частиц UO₂F₂;

- неравномерное прохождение газов через слой порошка, пристеночный эффект прохождения газов.

В настоящем изобретении предлагается осуществлять процесс очистки гексафторида урана от гексафторида плутония с помощью гранулированного сорбента на основе уранилфторида с использованием в качестве связующих добавок фторидов щелочноземельных металлов, которые инертны по отношению к гексафториду урана (СаF₂, MgF₂, SrF₂, BaF₂).

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении прочных гранул уранилфторида с высокой пористостью, для чего используется связующая добавка фторида щелочноземельного металла.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что сорбент для очистки гексафторида урана от гексафторида плутония, содержащий уранилфторид, дополнительно содержит добавку, увеличивающую пористость сорбента, выбранную из фторидов кальция, магния, стронция или бария в количестве 5-25 мас.%. Сорбент получают путем смешивания уранилфторида, добавки, выбранной из фторидов кальция, магния, стронция или бария. После смешения полученную массу формуют, сушат при 20-25°С и приготовленные гранулы сушат в режиме ступенчатого нагрева, ступенчатый нагрев проводят при 75, 120 и 150°С соответственно.

Сорбент на основе UO₂F₂ можно приготавливать в широком диапазоне соотношений UO₂F₂ и фторидов кальция, магния, стронция или бария (5-25 мас.% фторида щелочноземельного металла). При более низком содержании фторидов кальция, магния, стронция или бария (менее 5 мас.%.) значительно уменьшается показатель сорбента по пористости, которые играют важную роль при избирательной сорбции, а при более высоком содержании фторидов кальция, магния, стронция или бария (25 мас.%.) уменьшается прочность сорбента, что может привести к его разрушению, а также содержание основного вещества (UO₂F₂), что может привести к ухудшению процесса сорбции РuF₆.

Согласно предлагаемому изобретению приготовление сорбента на основе уранилфторида осуществляют следующим образом.

Исходные порошки уранилфторида и фторидов кальция, магния, стронция или бария тщательно смешивают, увлажняют смесь водой для получения гелеобразной пасты, из пасты формуют гранулы, которые затем сушат и прокаливают.

Формование гранул осуществляли в перфорированных матрицах толщиной 4,0 мм с диаметром отверстий 3,5 мм. Гранулы сначала высушивали при комнатной температуре (20-25°С), а затем в режиме ступенчатого нагрева: 75, 120 и 150°С, который обеспечивал полное удаление воды. В полученных образцах гранулированных сорбентов определяли относительную пористость, прочность и другие структурно-механические свойства. Повышение температур при ступенчатом нагреве свыше указанных приводит к уменьшению пористости сорбента и снижению его сорбционных свойств.

Пример 1.

Смесь, содержащую 75 мас.%. UO₂F₂ и 25 мас.%. CaF₂ увлажняли водой. После перемешивания получали пластичную пасту, из которой формовали гранулы. Гранулы сушили при комнатной температуре (20-25°С) в течение 24 часов, а затем проводили их температурную обработку при 75°С в течение 3 часов, 120°С в течение 1,5 часов и 150°С в течение 1,5 часов соответственно. Полученные гранулы имели цилиндрическую форму диаметром 3,5 мм и высотой 4,0 мм.

Гранулы имели следующие характеристики:

- насыпной вес 1,63 г/см²;

- прочность 85,1 кгс/см²;

- относительная пористость 46,2%;

- химический состав гранул: U-58,8%; F-21,9%, Ca-12,4%, остальное - кислород;

Другие примеры состава сорбентов и их структурно-механических показателей полученных по предлагаемому способу приведены в таблице 1. В таблице приведены наиболее важные технологические характеристики сорбентов, определяющие эффективность их использования: относительная пористость и удельная поверхность, от которых непосредственно будет зависеть емкость сорбента по РuF₆, а также прочность гранул на раздавливание.

Таблица Структурно-механические характеристики сорбентов на основе уранилфторида Состав, мас.% Прочность, кг/см² Пористость, % 5% CaF₂ + 95% UO₂F₂ 102,0 40,1 10% CaF₂ + 90% UO₂F₂ 88,4 45,3 10% MgF₂ + 90% UO₂F₂ 95,3 43,7 10% SrF₂ + 90% UO₂F₂ 73,4 51,2 20% CaF₂ + 80% UO₂F₂ 82,5 48,7 20% BaF₂ + 80% UO₂F₂ 63,2 53,9 25% CaF₂ + 75% UO₂F₂ 75,6 54,8

Таким образом, изобретение позволяет получать гранулированный фтористый сорбент с высокой пористостью и прочностью на основе уранилфторида. Добавка фторидов кальция, магния, стронция или бария обеспечивает хорошее формирование гранул. Указанный сорбент может быть применен для извлечения гексафторида плутония из гексафторида урана при переработке ОЯТ.

Изобретение относится к технологии получения сорбентов для очистки гексафторида урана, получаемого из облученного ядерного топлива (ОЯТ), от гексафторида плутония. Сорбент содержит уранилфторид и добавку, увеличивающую пористость сорбента, выбранную из фторидов кальция, магния, стронция, бария в количестве 5-25 мас.%. Сорбент получают путем смешивания уранилфторида и добавки, полученную массу формуют, сушат при 20-25°С, в режиме ступенчатого нагрева при температурах 75, 120 и 150°С. Способ позволяет получать прочные гранулы сорбента с высокой пористостью 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Сорбент для очистки гексафторида урана от гексафторида плутония, содержащий уранилфторид, отличающийся тем, что сорбент дополнительно содержит добавку, увеличивающую пористость сорбента, выбранную из фторидов кальция, магния, стронция или бария, в количестве 5-25 мас.%.

2. Способ получения сорбента по п.1, отличающийся тем, что сорбент получают путем смешивания уранилфторида и добавки, выбранной из фторидов кальция, магния, стронция или бария, полученную массу формуют, сушат при 20-25°С и приготовленные гранулы сушат в режиме ступенчатого нагрева, ступенчатый нагрев проводят при 75, 120 и 150°С соответственно.