Детальный анализ процессов прямой денитрации

MDD-процесс.

Модифицированный метод прямой денитрации был разработан в Ок-Риджской национальной лаборатории в США [] с целью использования надежного и несложного оборудования для изготовления UO2-продукта с хорошими керамическими свойствами. MDD-процесс основан на разложении двойной твердой соли NH4UO2(NO3)3 []. Двойная соль образуется до начала денитрации и расплава UO2(NO3)2 в процессе не образуется. Так как твердая двойная соль образуется при термической денитрации в кальцинаторе по мере испарения воды, нет необходимости отделять, или обрабатывать твердые соединения. Продукты разложения имеют тот же химический состав, что и продукты простой термической денитрации раствора UO2(NO3)2 плюс некоторое количество N2O и Н2О из NH4NO3 [11, ]. Площадь поверхности, размер частиц и поведение MDD-продукта при изготовлении таблеток весьма близки к этим параметрам хорошего ADU-продукта []. Вращающаяся печь, используемая в MDD-методе денитрации, удовлетворяет таким же требованиям к теплопереносу и защите от критичности, что и печь, применяемая в ранее освоенном ADU-процессе, однако операции осаждения и промывки в MDD-процессе отсутствуют. Поэтому для реализации MDD-процесса достаточно семи из тринадцати технологических операций, показанных на рис. 1, хотя могут понадобиться и операции измельчения и гранулирования продукта перед прессованием таблеток. Казалось бы, этот процесс заслуживал дальнейшего изучения и промышленного применения, однако прошло более 20 лет после первых публикаций, но какие-либо новые сведения о нем обнаружить не удалось.

NITROX-процесс.

Этот метод разработан фирмой Comurhex во Франции и предполагает использование термической обработки UO2(NO3)2·6Н2О в две стадии. На первой стадии проходит дегидратация под вакуумом при температурах ниже 62 0C, температуры плавления уранилнитрата. На второй стадии дегидратированная соль разлагается в вакууме в атмосфере водяных паров до UO3. [, ] Разложение в этом случае проходит без образования расплава, поэтому полученные оксиды должны иметь благоприятные технологические свойства. Показано, что NITROX-процесс может быть использован и для получения порошков UO2 – PuO2 с последующим изготовлением смешанного топлива [], в этом случае добавляется еще операция восстановления, а в целом NITROX-процесс применительно к нитратам урана и плутония включает следующие операции.

1. Смешивание растворов нитратов урана и плутония до заданного соотношения (если такой раствор не получен естественным образом в ходе переработки ОЯТ).

2. Концентрирование раствора нитратов до примерно 1200 г/л тяжелых металлов.

3. Дегидратация полученной смеси нитратов при пониженном давлении и при начальной температуре 50 0С, которая постепенно увеличивается до 270 0С. При этом в материале остается 1,2 масс. % воды и 75 масс. % начального содержания нитрата.

4. Прокаливание при температуре выше 600 0С до полного превращения нитратов в оксиды.

5. Восстановление оксидов смесью аргона и водорода с переводом урана и плутония в четырехвалентное состояние.

6. Стабилизация смешанных диоксидов контролируемым окислением.

В целом NITROX является многоступенчатым и включает довольно сложные термические процедуры, в том числе при пониженном давлении. Несмотря на некоторые успехи, достигнутые при разработке технологий типа “NITROX”, по-видимому, исследования в этом направлении были прекращены.

MWD-процесс.

Этот процесс был разработан и продемонстрирован в Японии Корпорацией по разработке энергетических реакторов и ядерного топлива []. Раствор нитратов урана и плутония в этой технологии обрабатывается СВЧ-излучением с частотой 2450 МГц, что приводит вначале к удалению воды и азотной кислоты, а затем при температуре выше 300 0С образуется смесь UO3 и PuO2. Получаемый промежуточный продукт представляет собой губкообразный кек, который передают в печь для окончательного прокаливания и восстановления. Смешанные диоксиды подвергается размолу в шаровой мельнице с целью получения порошка с размерами частиц, не превышающими 1-2 мкм. Прессованием и спеканием из полученного порошка успешно изготавливались топливные таблетки.