ПЕРАРБОТКА НЕ КОНДЕНСАЦИОННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА ( ТАБЛЕТКИ UO2) ПЛАЗМОХИМИЧЕКИМ МЕТОДОМ.

 

Фиськов А.А.

 

Северский государственный технологический институт

 

Использование плазмохимических процессов в ядерно—химических технологиях общеизвестно. Плазмохимические реакторы зарекомендовали себя там, где требуется высокая производительность и высокая мгновенная концентрация энергии. Так, с помощью плазмохимического гидролиза можно эффективно проводить процессы разложения нитратов и аксалатов урана, получение смешанного топлива и т.д. Плазмохимические реакторы нашли своё применение и при переработке отходов ядерно—топливного цикла. Примером может служить плазмохимический пирогидролиз отвального гексафторида урана.

В настоящее время в СГТИ разрабатывается технология переработки некондиционных топливных таблеток. Топливные таблетки представляют собой прессованный порошок мелкодисперсного диоксида урана UO2. Готовая таблетка должна обладать строго определёнными геометрией и физико-механическими характеристиками. Некондиционные таблетки (10—15 % от объема производства) бракуются  и отправляются на переработку.

Традиционно некондиционные таблетки UO2  подвергали растворению в азотной кислоте, осаждению или выпариванию урансодержащих солей, их прокалке до оксидов и измельчению до требуемого гранулометрического состава. Процесс не лишён недостатков, аппаратурно сложен и растянут во времени.

Мы предлагаем использовать для прокалки плазмохимический реактор, что позволит качественно и количественно изменить показатели существующей технологии переработки.

Некондиционные таблетки измельчают в дезинтеграторе и растворяют в азотной кислоте. Полученные нитратные растворы подвергают плазмохимической денитрации в восстановительной среде, для создания которой в исходный нитратный раствор добавляют спирт.  Для денитрации рекомендуется использовать плазмохимический реактор с тремя плазмотронами. Это позволит повысить стабильность плазмы и степень превращения продуктов. Основная реакция — UO2(NO3)2.xH2ONO + NO2 + UO2 + 3/2O2 протекает в верхней части плазмохимического реактора, а в нижней части происходит охлаждение продуктов. Разделение пылегазовой смеси проводится в циклоне и металлокерамических фильтрах. При этом получается ультрадисперсный порошок UO2, заданного размера, пригодный для прессования новых топливных таблеток. Далее сбросные газы поступают в орошаемую водой колонну для улавливания NO и NO2. Образующаяся азотная кислота попадает в сборник и может быть использована повторно для растворения некондиционных таблеток. Далее газовая смесь поступает в скруббер для нейтрализации остаточного количества NO. В качестве насадки скруббера используется пористый SiO2, насыщенный раствором мочевины. После нейтрализации  газовая смесь, состоящая из N2, CO2 и H2O через фильтр Петрянова выбрасываются в атмосферу.

Как видим, предлагаемая технология переработки не некондиционных топливных таблеток UO2  плазмохимическим методом достаточно проста.  А процесс разложения проходит в небольшом аппарате за очень короткое время. Технология компактна и проста в обслуживание.

Единственный на наш взгляд недостаток технологии — большая энергоёмкость плазмотронов, которая, однако, может быть снижена путём использования современного плазмохимического оборудования.