Общая оценка известных процессов денитрации

Обобщенная технологическая схема процесса изготовления порошка UO2 приведена на рис. 1. Она включает 13 возможных операций, часть из которых при рассмотрении конкретной технологии может быть исключена. В публикации [9] рассмотрены восемь различных процессов денитрации, типичные характеристики которых приведены в табл. 1.

В табл. 1 приведены лишь те процессы денитрации, которые позволяют из чистых растворов нитрата уранила получить UO2, пригодный для дальнейшего изготовления топливных таблеток. Метод термической денитрации простым нагреванием раствора уранилнитрата в табл. 1 не упомянут, т.к. получающийся при этом оксид урана, как уже отмечалось, имеет неудовлетворительные характеристики для изготовления топливных таблеток.

Ниже приведены также уравнения реакций, на которых основаны рассматриваемые технологические процессы.

Список химических реакций, используемых в процессе денитрации:

1. Восстановление до UO2 при 500-800 0C (все методы):

UO3 + Н2 → UO2 + Н2О.

2. Стабилизация при температуре примерно 100-400 0C (все методы):

UO2 + хСО2 → UO2+х + хСО, х = ~0,15.

3. ADU, осаждение и разложение:

2UO2(NO3)2 + 6NH4ОН → (NH4)2U2O7 + 4NH4NO3 + 3Н2О,

(NH4)2U2O7 → 2UO3 + 2NH3 + Н2О.

Рисунок 1 - Обобщенная технологическая схема процесса денитрации [9]

4. AUC, осаждение и термическое разложение:

UO2(NO3)2 + 3Н2О + 6NH3 + 3СО2 → (2NH4)4UO2(СО3)3 + 2NH4NO3,

(NH4)4UO2(СО3)2 → UO3 + 4NH3 + 3СО2 + 2Н2О.

выпаривание

5. MDD, образование двойной соли и разложение:

до 180 ºС

UO2(NO3)2 + NH4NO3 NH4UO2(NO3)3,

NH4UO2(NO3)3 → UO3 + N2O + 2Н2О + хNO2 + (2-х)NO + (1.5-x)О2, х = ~0,2.

6. NITROX, вероятная реакция:

UO2(NO3)2·Н2О → UO3 + 2HNO3.

7. MWD, как в простой денитрации

UO2(NO3)2·6Н2О → UO3 + 6Н2О + хNO2 + (2-х)NO + (1.5-x)О2, х = ~0,14.

8. COPRECAL, осаждение и разложение избытка реагентов:

3UO2(NO3)2 + 7NH4OH + Н2О → (UO3)2·NH3·5Н2О + 6NH4NO3,

2NH4NO3 → 2N2 + 4Н2О + О2,

4NH4(OH) + 3О2 → 2N2 + 10Н2О.

9. DIPRES, реакции с ураном:

UO22+ + 2ОН– → UO2(OH)2 → UO3·Н2О → UO3 + Н2О.

10. Другие осадительные методы. Реакции могут быть самыми различными, например реакция осаждения перекисью водорода:

UO2(NO3)2 + Н2О2 + 3Н2О → UO4·2Н2О + 2HNO3,

UO4·2Н2О → UO3 + 2Н2О + 1/2О2.