Изобретение относится к созданию энергетических ядерных реакторов (ЯР) нового поколения на быстрых нейтронах, активная зона (A3) которых представляет собой расплавленные смеси хлоридов, содержащих делящиеся изотопы урана непосредственно контактирующими с жидким теплоносителем - расплавленным свинцом (ТН). В частности, все исследования были проведены для использования предлагаемого способа, - очистки ТН ядерного реактора с активной зоной в виде солевого расплава (Патент РФ №2344500, зарегистрированный 20.01.2009 г. Опубликован 20.01.2009, Бюл.№2).
Часть образующихся при делении ядер урана и плутония радионуклидов деления (РНД) взаимодействуют со свинцом и, как показали наши исследования, образуют с ним сплавы, а чаще суспензии (шламы). К таковым РНД относятся радиоизотопы элементов, обладающих более электроположительными, чем свинец, потенциалами выделения в хлоридных электролитах. А именно: ниобий, молибден, технеций, рутений, родий, палладий и серебро. Их суммарный выход при делении урана - 235 достигает примерно 220 кг/т урана с общей активностью около 35% от активности всех образующихся РНД. Большая часть из них оказывается в свинце в виде взвесей.
По мере загрязнения свинца его необходимо периодически выводить из контура теплосъема и очищать, не останавливая циркуляции ТН, отбирая его относительно небольшие фракции. Одновременно следует позаботиться о концентрировании выделяемых изотопов ценных металлов, их последующей выдержке для спада активности и получении в чистом виде.
Поскольку очищенный свинец возвращается в контур ТН, естественно, задача глубокой, сильно осложняющей и удорожающей процесс его очистки, не ставится.
Анализ уровня техники рафинирования свинца с использованием солевых расплавов показывает разнообразие предлагаемых решений и достигаемых целей.
Например:
1. Бычков С.И., Подойницын С.В. Технология получения особо чистого свинца для теплоносителя реакторов «Брест-300»; Материалы 2-ой Международной конференции «Металлургия цветных и редких металлов», Красноярск, 2003, с.63-64. Технология ориентирована на получение свинца высокого качества. Она довольно сложна, включает много операций: окислительно-флюсовой обработки, фильтрации расплава, ликвации, вакуумного прогрева расплава и направленной перекристаллизации свинца на специальной установке.
2. Гольдштейн С.Л., Лебедев В.А., Ничков И.О., Распопин С.П.. Авторское свидетельство СССР №1642622/22-1, 5.04.1971 г. Опубликовано Бюл.27, 21.06.1973. «Способ электрохимического осаждения и рафинирования металлов». В этом способе предлагается повысить эффективность процесса рафинирования металлов, в т.ч. свинца, за счет применения импульсных токов. Поведение многих примесей в процессе рафинирования рассмотрено в других наших работах.
3. Козицын А.А., Плеханов К.А., Ашихин В.В., Тропников Д.Л., Ежов В.В., Зайков Ю.П.. Архипов П.А. Патент РФ №RU 2291213 C2, 13.06.2006. Опубликовано Бюл. 1,10.01.2007. «Способ рафинирования свинца от примесей». Достоинство способа в том, что достигается хорошая очистка свинца от сурьмы и серебра при относительно простом оформлении процесса однократного электролитического рафинирования. Существенный недостаток - неприемлемая степень очистки от нерастворимых примесей, в основном от молибдена и ниобия.
Предлагаемый способ позволяет решить две задачи:
1. Очистить свинец от растворимых в нем примесей и от нерастворимых шламов без предварительной операции фильтрования ТН, двукратным электролизом в ванне с промежуточным биполярным электродом. Внутренняя полость электролизера должна быть футерована огнеупорным материалом. Перегородка в ней из этого же материала разделяет полость на две части, которые можно рассматривать как две последовательно соединенные ячейки с общим - биполярным свинцовым электродом, который в первой - черновой ячейке служит катодом, а во второй - чистовым анодом.
2. Не менее важно сконцентрировать и периодически выводить из ванны, накапливающиеся в черновом (первичном) аноде - жидком свинце, шламы ценных радиоактивных элементов-изотопов ниобия, молибдена, технеция, рутения, родия, палладия и серебра
В качестве исходного электролита в черновой и чистовой частях электролизера предлагается одна и та же расплавленная смесь хлоридов NaCl-PbCl2 с мольным отношением 1:2 (температура плавления 410°C). В рабочем режиме электролиза температура 460-470°C и плотность тока на поверхности анода исходного свинца не должна превышать 0,2 А/см2.
При электролизе на аноде первичной ячейки растворяется черновой свинец: Pb-2e+4Cl-=PbCl4 -; электроположительные РНД частично останутся в свинце, частично перейдут в шлам. На катоде будет осаждаться свинец по электродной реакции: PbCl4-+2e=Pb+2Cl-.
Таким образом, почти все РНД останутся в первичной ячейке. Биполярный электрод для них - непреодолимая преграда. На аноде вторичной - чистовой ячейки будет растворяться только свинец; на чистовом катоде ее выделяться конечный продукт - очищенный свинец. Его возвращают в контур ТН реактора.
Свинец первичного анода с накопившимися РНД периодически сливают, направляют на длительную выдержку для спада активности до приемлемого уровня, позволяющего извлечь и реализовать драгоценные металлы, позволяет получить концентрат драгметаллов. Выделить электролитически каждый из них и выгодно реализовать можно только после определенной выдержки.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР С АКТИВНОЙ ЗОНОЙ В ВИДЕ СОЛЕВОГО РАСПЛАВА | 2006 |
|
RU2344500C2 |
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУХФАЗНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ | 2013 |
|
RU2529638C1 |
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ТОНКОСЛОЙНОГО ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СВИНЦА | 2013 |
|
RU2522920C1 |
Атомная электростанция с керамическим реактором на быстрых нейтронах | 2022 |
|
RU2782232C1 |
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТРАНСУРАНОВЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ | 2013 |
|
RU2542740C1 |
ДВУХФЛЮИДНЫЙ РЕАКТОР | 2012 |
|
RU2608082C2 |
ГОМОГЕННЫЙ БЫСТРЫЙ РЕАКТОР-ХРАНИЛИЩЕ | 2004 |
|
RU2253912C1 |
СПЛАВ НА ОСНОВЕ FeCrAl ДЛЯ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ СО СВИНЦОВЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ | 2021 |
|
RU2785220C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВИСМУТА | 2010 |
|
RU2436856C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОИЗОТОПА МОЛИБДЕН-99 | 1996 |
|
RU2102807C1 |
Изобретение относится к созданию энергетических ядерных реакторов нового поколения на быстрых нейтронах, активная зона которых представляет собой расплавленные смеси хлоридов, содержащих делящиеся изотопы непосредственно контактирующими с жидким теплоносителем -расплавленным свинцом. Предложен способ очистки свинцового теплоносителя энергетического реактора с активной зоной в виде солевого расплава. Выводимый из контура теплоносителя ядерного реактора свинец, загрязненный радионуклидами деления (изотопами ниобия, молибдена, технеция, рутения, родия, палладия и серебра), подвергают двукратной электролитической очистке с использованием биполярного свинцового электрода и электролита (хлорид натрия - хлорид свинца с мольным отношением 1:2) при температуре 460-470°C с анодной плотностью тока, не превышающей 0,2 А/см2. Изобретение позволяет очистить свинец от растворимых в нем примесей и от нерастворимых шламов без предварительной операции фильтрования.
Способ очистки свинцового теплоносителя энергетического реактора с активной зоной в виде солевого расплава, отличающийся тем, что выводимый из контура теплоносителя ядерного реактора свинец, загрязненный радионуклидами деления (изотопами ниобия, молибдена, технеция, рутения, родия, палладия и серебра), подвергают двукратной электролитической очистке с использованием биполярного свинцового электрода и электролита (хлорид натрия - хлорид свинца с мольным отношением 1:2) при температуре 460-470°C с анодной плотностью тока, не превышающей 0,2 А/см2.
СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ СВИНЦА ОТ ПРИМЕСЕЙ | 2004 |
|
RU2291213C2 |
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР С АКТИВНОЙ ЗОНОЙ В ВИДЕ СОЛЕВОГО РАСПЛАВА | 2006 |
|
RU2344500C2 |
СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ И РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ | 0 |
|
SU387026A1 |
АНАЛОГОВЫЙ СЕЛЕКТОР | 2013 |
|
RU2514786C1 |
US 4052200 A, 04.10.1977. |
Авторы
Даты
2013-10-20—Публикация
2010-02-09—Подача