Солевой расплав для растворения щелочных металлов (его варианты). Советский патент 1991 года по МПК G21F9/06 

Изобретение относится к ядерной технике, преимущественно к средствам для растворения щелочных металлических теплоносителей ядерных энергетических установок.

Известны составы солевых расплавов, предназначенные для удаления пленки щелочных металлов с оборудования. Состав эти-х расплавов (мас.%} Первый расплав:

Натрия нитрат 6,0 Калия нитрат 52,0 Натрия нитрит 42,0 Второй расплав:

Натрия карбонат 33,5 Калия карбонат 3455 Лития карбонат 32,0 Третий расплав:

Натрия хлорид 21,7

Калия хлорид27,8

Цинка хлорид50,5

Взаимодействие расплавов нитратов

СО

со щелочными металлами протекает по

5

реакции:

о: ел

I ,, - Me 2p - ivu,

+ NO,

Me + MeNO

у:

TO есть один моль нитратов способен связать один моль щелочного металла. В расплавах композиций карбонатов при температуре вьше 400°С щелочные металлы, по-ввдимому, растворяются

по механизму внедрения, поэтому при охлаяодении системы щелочной металл может выделиться из солевого ра.сплава в отдельную фазу. ПРи переработке отходов водой может произойти образование гремучей смеси водорода с воздухом и взрыв. Использование расплава хлоридов цинка и щелочных элементов основано на реакции: Me MeNO + Образующийся цинк взаимодействует с натрием, увеличивая вязкость систетф, что может привести к- неполному .растворению щелочного металла. В дальнейшем, при окончательном удалении отходов, например, растворение в воде, может произойти образование гремучей смеси и взрыв. Поэтому безопасность работы с использованием указанных расплавов сохраняется только при растворении незначительных.(грамм) количеств щелочного металла. Наиболее близок к заявляемому ве Ществу расплав нитратов и нитритов щ лочных элементов состава (мас.%) Натрия нитрат 6,0 Калия нитрат 52,0 Натрия нитрит 42,0 , Этот расплав используют при.темпе ра туре / 150°С. Один килограмм тако го расплава теоретически, должен связать, например, натрия,не менее 0,274 кг, т.е. расплав обладает высокой емкостью по щелочному металлу, Нитраты и нитриты термически нестойки и при температурах 380...400 С полностью разлагаются. При повьшенных температурах 200...400°С реакция этих соединений их сплавов со щелочными металлами протекает с высокой скоростью, принимая взрывной характер. Существенные осложнения процесс растворения щелочных металлов нитрат ными расплавами вызываются также обр зующимися окислами-, так как они увеличивают вязкость расплава. Это затт рудняет вьшод продуктов взаимодействия из зоны реакции, что может привести к неполноте растворения щелочного металла. Приведенные недостатки показывают, что использование нитрат ных и нитритных расплавов возможно только для растворе.ния небольших кол чёств щелочно-го металла, находящегося в виде пленки (толщиной ) на поверхности оборудования. Целью изобретения является повышение безопасности процесса растворения больши-х количеств щелочного металла. Поставленная цель достигается тем, что в расплав содержащий нитрат и/или нитрит натрия, введена . смесь хлоридов натрия и цезия. Содержание указанных компонентов в этом расплаве должно быть в следующих соотношениях (мас.%): Натрия нитрат и/или нитрит 15...20 Натрия -хлорид 14... 16 Цезия -хлорид 64... 70 Предлагаемый расплав указанного состава позволяет повысить безопасность растворения щелочных металлов в частности, натрия. Содержание нитратов и/или нитритов менее 20% приводит, к тому, что растворение натрия в расплаве происходит быстро, спокойно, без возгорания. При количестве нитратов и/или в расплаве более 20% происходит возгорание натрия. При содержании нитратов и/или нитритов меньше 15% удельный расход расплава для растворения единицы массы щелочного металла увеличивается, что экономически нецелесообразно. Поставленная цель достигается тем, что в расплав, содержащий нитрат и/или нитрит натрия, введена смесь хлоридов натрия и кальция. Содержание указанных компонентов должны быть в следующих соотношениях: (мас.%): Натрия нитрат 16... 18 и/или нитрит Натрия хлорид 23...25 Кальция .хлорид 58...60 . Предлагаемый солевой расплав обла дает такой же растворяющей способ- ностью, как и предьрущий, но его преимущество - в меньшей стоимости используемых компонентов. Примеры конкретного выполнения. Пример 1. Натрия нитрат 15% Натрия -хлорид 15% Цезия зшорид 70% Солевой расплав получают смещиванием предварительно обезвоженных солей и плавлением при температуре /v400С в тигле из никеля или нержавеющей стали в атмосфере очищенного и осушенного аргона. Растворение щедочньлх металлов, например натрия, проводят заполнением очищаемого и нагретого i до рабочих температур оборудования предлагаемым расплавом или погружением оборудования, загрязненного натрием, в расплав или, наконец, см нием щелочного металла с сОлевым расллавом. В солевом расплаве растворяет 0,05 г натрия/т расплава. П р и м е р 2: Натрия нитрит 15% Натрия хлорид 15% Цезия хлорид 70% Солевой расплав готовят как примере 1. В нем растворяется 0 натрия/г расплава. П р и м е р 3: Натрия нитрат 5% Натрия нитрит 10% Натрия хлорид 15% Цезия хлорид 70%. Солевой расплав готовят, как примере 1. В расплаве растворяет 0,04 г натрия/г расплава. П р и м е р 4. Натрия нитрат 17% Натрия хлорид 24% Кальция хлорид 59% Солевой расплав готовят смеши нием предварительно обезвоженных лей с последующим плавлением при пературе 510°С в тигле из никеля нержавеющей стали в атмосфере очищен- Q кого и осушенного аргона. В расплаве растворяется натрия/г расплава. П р и м е р 5: Натрия нитрат20% Натрия .хлорид16% Цезия хлоридб4% Солевой расплав готовят мере 1. В расплаве раствор 0,055 г натрия/г расплава. Примерб: Натрия нитрит 20% Натрия хлорид 16% Цезия хлорид 64% В расплаве растворяется рия/г расплава. Ц р и м е р 7: Натрия нитрат16% Натрия хлорид25% Кальция хлорид59% В расплаве растворяется натрия/г расплава. Примере: Натрия нитрат 18%. Натрия хпорид 23% Кальция хлорид 59%. В расплаве растворяется натрия/г расплава. При использовании предлагаемых солевых расплавов для растворения щелочных металлов обеспечивается безопасность процесса, так как предотвращаются возгорание натрия, образование аэрозолей щелочньк металлов, окислов (особенно радиоактивных) и их унос в атмосферу. Эти расплавы пригодны для растворения больших ксшичеств щелочного металла. Предложенные соотношения компонентов обеспечивают не только наиболее низкую температуру солевого расплава, но и безопасность процесса растворения щелочного металла. Это иллюстрировано таблицей. Из таблицы видно, что при содержании в солевом расплаве нитратов и/или нитритов от 15 до 20% растворение натрия в расплаве происходит без взрывов и возгораний, а при содержании этих компонентов свыше 20% (см.табл., N 9 п.п.) во всех случаях отмечалось возгорание. Уменьшение содержания кислородсодержащих компонентов солевого расплава (нитратов и/или нитритов) меньше 15% снизило растворимость натрия до О,03...О,035 г натрия/г расплава. т.е. происходило увеличение удельного расхода солевого расплава для растворения единицы массы щелочного металла, что экономически нецелесообразно (сМоТабл.., № 10, п.п.). Низкая вязкость позволяет использовать его для растворения и удаления щелочных металлов из узлов оборудования сложной конфигурации с одновременной дезактивацией оборудования . При горении щелочного металла из зоны реакции в атмосферу в виде аэрозолей уносятся до 1 окислов натрия. Так как удельная активность радионуклидов в натриевом теплоносителе реактора достигает (1. . .9)-10 Ки/кг, при растворении одного килограмма натрия с аэрозолями натрия в атмосфе ру может переходить до (,, ,9) радионуклидов. При этом образуется до 1 м газа, то есть его удельная активность равна (1..,9)х . Согласно нормам радиационной безопасности: (НРБ-76), допустимая концентрация загрязнения воздуха радионуклидами, находяищмися в натрии, равна (3.. .5) 10 Ки/л. Следовательно, установку по растворению радиоактивного теплоносителя необходимо оборудовать сложной и дорогостоящей фильтрационной установкой, так как необходимый коэффициент очистки газа должен быть не. менее 1 10 ,

В качестве базового объекта для сравнения принята парогазовая смесь.

которая Б настоящее время является наиболее эффективной для растворения щелочных металлов, в частности, натрия.

Предлагаемые расплавы, особенно второй вариант расплава, дают по сравнению с базовым объектом экономию средств.

СОЛЕВОЙ РАСПЛАВ ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ 1ЦЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, содержащий нитрат и/или нитрит натрия, о т л ичающийся тем, что, с целью повишения безопасности процесса растворения, в него введена смесь хлоридов натрия и цезия при следующем соотношении ингредиентов (мас.%): Натрия нитрат 15...20 и/или натрия нитрит Натрия хлорид 14... 16 Цезия хлорид 64...70 2. Солевой расплав для растворения щелочных металлов, содержащий нитрат и/или нитрит натрия, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения безопасности процесса растворения , в него введена смесь хлоридов натрия и кальция при следующем соотношении ингредиентов (мас.%): Натрия нитрат 16... 18 и/или натрия нитрит ...25 Натрия хлорид 23, 58...60 Кальция хлорид