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^.xH₂O → NO + 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.