Подготовка растворов ОЯТ к экстракции.

После растворения концентрация взвесей в растворе достигает примерно 1—3 г/дм³, концентрация урана - 300-350г/л, концентрация плутония - 3г/л концентрация азотной кислоты – 3-3,5моль/л. Плотность такого раствора достигает 1,4.Азотнокислые растворы, передающиеся на экстракционную переработку, относятся к высококонцентрированным суспензиям. Полученный в процессе растворения ядерного топлива продукт всегда содержит некоторое количество осадков, взвесей и коллоидов, состоящих из труднорастворимых компонентов. Их состав зависит от многих факторов: химического состава сердечника и конструкционных материалов твэла, глубины выгорания топлива в ядерном реакторе, температурного режима в процессах изготовления твэлов и облучения топлива в ядерном реакторе, способа снятия оболочки и переведения топлива в раствор и др.

До поступления на экстракцию растворы необходимо очистить от взвесей и провести корректировку состава раствора. Попадание частиц в экстракционную аппаратуру приводит к нарушению гидродинамики процесса из-за образования эмульсий.

Кроме нарушения гидродинамики наблюдается изменение технологических показателей:

1) увеличение потерь ценного компонента;

2) снижение производительности;

3) ухудшение очистки от продуктов деления.

Взвеси образуются в процессе растворения ТВЭЛов, состоят из нерастворимых компонентов, состав их зависит от типа ТВЭЛов, глубины выгорания, способа растворения и снятия оболочки, химического состава и условий хранения растворов.

Состав взвесей не всегда постоянен. Нерастворимые частицы можно разделить на:

1. тонкодисперсные частицы графита – из частиц связки недовыгоревшей композиции;

2. частицы, образование которых обусловлено наличием в топливе примесей, образованных нерастворимыми соединениями (Al, Si);

3. частицы материалов оболочки;

4. частицы, образовавшиеся в результате осаждения некоторых соединений продуктов деления (Mo, Sn, Nb, Zr);

5. полиметаллические включения, образующиеся в топливе в процессе облучения (сплавы Mo, Pd, Po, Tc).

Zr, Mo, Pd, Po, Tc, которые накапливаются в больших количествах могут образовывать труднорастворимые соединения (например, оксиды), а при высоких температурах – полиметаллические соединения.

Коллоиды на основе Si и др. элементов обуславливают уменьшение скорости разделения фаз. Для H₂SiO₃ существует 3 модификации, причем

мономеры – не оказывают существенного влияния, а полимерные формы приводят к ухудшению процесса (вплоть до остановки процесса).

Раствор, содержащий 0,4 -2 г/л взвесей (размер частиц 3-5 мкм), 300-350 г/л U, 3 г/л Pu, 3-3,5 моль/л HNO₃ направляют на экстракцию.

С увеличением (степени) глубины выгорания увеличивается количество взвесей. Суммарное количество осадков достигает нескольких килограммов на 1 т урана и составляет для оксидного уранового топлива 0,19— 0,59 %массы исходного топлива; для смешанного уран-плутониевого топлива реакторов на быстрых нейтронах 1—4 %, а для уран-плутониевого топлива легководных реакторов — примерно 0,7 % .

В процессе экстракции взвеси концентрируются на границе раздела фаз, образуются межфазные пленки (медузы), которые снижают скорость расслоения фаз, дестабилизируют процесс и снижают эффективность очистки. Медузы концентрируют гамма-активные компоненты, следовательно, в аппарате возникают локальные области с повышенным гамма-фоном, это приводит к увеличению радиоактивного воздействия на экстрагент (снижает скорость экстракции, уменьшает срок службы экстрагента, приводит к зарастанию системы).