Объекты и методы исследования

Для проведения испытаний процесса получения оксидов урана термохимической денитрацией азотнокислых растворов уранилнитрата, получаемых при экстракционной переработке ОЯТ, создан лабораторный стенд, состоящий из следующих основных узлов (рис. 3): ультразвукового распылителя раствора (1), трубчатой электропечи (4), позволяющей получать температуру в рабочей зоне до 700 0С, сепаратора разделения твердой и парогазовой фазы (7), а также конденсатора паров азотной кислоты (10).

Процесс получения оксидов урана из растворов уранилнитрата состоял из следующих операций:

-ультразвуковое диспергирование раствора уранилнитрата с превращением его в аэрозоль с размером частиц менее 10 мкм;

-транспортирование полученного аэрозоля в трубчатую печь, что осуществлялось с помощью газа-носителя, в качестве которого использовался воздух, поток газа-носителя на стенде создавался прокачкой воздуха с помощью водоструйного или форвакуумного насоса. Контроль скорости газового потока осуществлялся по высоте водяного столба в U-образном манометре.

-термообработка аэрозоля раствора уранилнитрата в трубчатой печи при температуре 500 – 7000С, температура в электропечи измерялась при помощи термопары.

Рисунок 3 - Аппаратурная схема лабораторного стенда денитрации азотнокислого раствора уранилнитрата

1 – ультразвуковой распылитель; 2 – питательная емкость; 3 – U-образный манометр; 4 – трубчатая электропечь; 5 – цифровой прибор определения температуры; 6 – источник питания; 7 – сепаратор конечного продукта; 8 – конденсатор паров азотной кислоты; 9 – приемная емкость азотной кислоты; 10 – щелочная ловушка; 11 – форвакуумный насос.

Получение аэрозоля раствора уранилнитрата осуществлялось с помощью ультразвукового диспергатора, схема которого представлена на рис. 4

Распыляемый раствор уранилнитрата помещался в кювету (2), в дно которой была вмонтирована проницаемая для ультразвука мембрана.

Ультразвуковой излучатель, изготовленный из титаната бария, был помещен в камеру, заполненную дистиллированной водой, которая обеспечивала охлаждение излучателя и передачу УЗ в кювету с распыляемым раствором.

Образовавшийся аэрозоль отделялся от крупных капель раствора с помощью конического стеклянного отсекателя (5) и с потоком газа-носителя подавался в цилиндрическую электропечь (поз. 4 на рис. 3) для термической денитрации.

Рисунок 4 - Общий вид ультразвукового распылителя

1 – ультразвуковой излучатель; 2 – стеклянная кювета для раствора; 3 - полиэтиленовая мембрана; 4 – охлаждающая вода; 5 – стеклянный конический отсекатель; 6 – распыляемый раствор.

В предварительных экспериментах для распыления водных растворов использовался ультразвуковой диспергатор, который имел следующие основные параметры:

Частота ультразвука – 2,6 МГц;

Потребляемая мощность – 25 Вт.

Размер 90 % частиц полученного аэрозоля не более 10 мкм;

Температура распыляемой жидкости 18 – 40 0С.

Проведенные предварительные опыты показали, что такой диспергатор не обеспечивает достаточной производительности по распыляемому раствору, поэтому в дальнейших экспериментах был использован более мощный УЗ распылитель с производительностью до 400 мл/час по воде.

Проверка распылительного устройства на воде подтвердила его достаточно высокую эффективность.