Детальный анализ процессов прямой денитрации

Среди российских работ по денитрации известны работы, выполненные на СХК (г. Северск) и в Радиевом институте (СПб), с использованием нагрева с помощью ВЧ-плазмы []. Для генерации плазмы в работах последних лет чаще всего используют электродуговые и высокочастотные плазмотроны, хотя иногда упоминаются установки с применением сверхвысоких частот и других более экзотических способов генерации плазмы. Преимущество дуговых плазмотронов - несколько более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с высокочастотными и более простая электротехническая схема. Ресурс работы электродов таких плазмотронов считается удовлетворительным: так, по имеющимся данным, удельная эрозия катода составляет 2·10-9 кг/Кл, анода – 5·10-11 кг/Кл, ресурс плазмотрона обычно оценивается в 200 часов и может быть доведен до 500-700 часов дополнительными приемами. Плазменный шнур при дуговом разряде имеет малый диаметр; для преодоления этого недостатка нередко один плазмохимический реактор используют в сочетании с тремя симметрично расположенными дуговыми плазмотронами.

Ресурс плазмотрона с высокочастотной генерацией плазмы считается практически неограниченным [], и плазменный факел в этом случае имеет достаточно большой диаметр. Поэтому выбор плазмотронов такого типа для установок института им. В. Г. Хлопина можно считать достаточно обоснованным.

Несмотря на многочисленные сообщения о применении плазмохимических процессов, трудно найти точные сведения о масштабах производства порошков керамических соединений. Вероятно, в основном это объясняется неустойчивым состоянием экономики на территории бывшего Советского Союза. Например, на СХК предполагалось производить 250 т в год оксидов различных нерадиоактивных элементов, но фактическая производительность установок сейчас определяется не техническими возможностями, а платежеспособным спросом на продукцию. Пока нет необходимых установок для изготовления таблеток, ТВЭЛов и ТВС реакторов ВВЭР-1000, порошки оксидов урана и плутония также требуются лишь в небольших количествах. На СХК на установках с высокочастотной индукционной генерацией плазмы до сих пор было изготовлено 20 кг диоксида плутония, 40 кг смешанных оксидов плутония и урана и около 1000 кг оксидов урана. На одной из плазмохимических установок Радиевого института им. В. Г. Хлопина в г. Гатчине (с генератором мощностью 60 кВт) получено около 8 кг оксидов урана и столько же оксидов циркония и некоторых других металлов в качестве компонентов кристаллических матриц для захоронения радиоактивный отходов.

Одной из ключевых операций процесса денитрации растворов уранилнитрата, определяющей качество образующихся порошков, является подача исходного раствора в печь. Поэтому во всех процессах денитрации большое внимание уделяется выбору способа и конкретных конструкций узлов распыления растворов, которые должны обеспечить необходимую степень диспергирования.

Под распылением обычно понимают перевод жидкостей или их смесей в газовую фазу в виде мелких капелек. Для этого, как правило, используют метод пропускания жидкости, движущейся с высокой скоростью, через малое отверстие.