НЕВОДНЫЕ МЕТОДЫ РАДИОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОБЛУЧЕННОГО ОКСИДНОГО УРАН-ПЛУТОНИЕВОГО ТОПЛИВА


Используемая в настоящее время PUREX-технология переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ) при всех ее несомненных достоинствах обладает рядом очевидных недостатков, среди которых следует отметить:

- техническую сложность ее реализации;

- использование большого количества, зачастую дорогих, реагентов, неустойчивых в радиационных полях;

- образование значительного количества жидких высокоактивных отходов (ВАО);

- очень высокую стоимость;

- сложные системы обеспечения безопасности многофункциональной технологической схемы;

- принципиальная возможность нарушения режима нераспространения ядерных материалов.

Перспективной альтернативой PUREX-технологии считают пирохимическую, “сухую” технологию переработки ОЯТ, впервые разработанную в Аргоннской Национальной Лаборатории (ANL*)) в США. Известен целый ряд вариантов “сухих” технологий, один из которых - переработка в расплавленных солях - разработан наиболее тщательно. Привлекательные стороны этой технологии связаны со следующими обстоятельствами:

- в солевых расплавах деградация в радиационных полях значительно ниже, чем в растворах; тем самым снимаются ограничения на удельную активность перерабатываемых материалов;

- все химические операции могут быть проведены в одном или нескольких компактных аппаратах;

- переработка в солевых расплавах может быть использована для топлив различных типов (металлическое, оксидное, карбидное, нитридное) с одним и тем же оборудованием;

- в ряде случаев в результате переработки ОЯТ в солевых расплавах можно получить конечный продукт, готовый для непосредственного изготовления ядерного топлива.

Переработка ОЯТ в солевых расплавах предполагает:

- растворение ОЯТ в солевом расплаве;

- выделение из расплава делящихся материалов с ограниченной очисткой их от ПД и загрязнений;

- получение плутония в форме, пригодной для рециклирования;

- концентрирование ПД;

- рецикл реагентов, что позволяет существенно ограничить объем используемых в технологическом процессе солей и других реагентов (5-20 г на 1 кг перерабатываемого топлива).

ОЯТ можно растворять и перерабатывать в различных солевых расплавах:

- хлориды щелочных или щелочноземельных металлов,

- фториды различных металлов,

- нитраты и сульфаты щелочных металлов,

- молибдаты и вольфраматы щелочных металлов и др.

В дальнейшем будут рассмотрены лишь хлориды щелочных металлов - система, наиболее часто используемая или предлагаемая к использованию при разработке пирохимических методов на разных этапах переработки ОЯТ и/или РАО.

Существует два основных способа переработки ОЯТ в солевых расплавах (на примере оксидного топлива):

I. Пироэлектрохимическая переработка с использованием хлорирующего агента с непосредственным растворением оксидного топлива. Процесс протекает при температуре 500-700 °С и включает следующие реакции:

1. Хлорирование:

UO2 + Cl2 → UO2Cl2

PuO2 + 2Cl2 → PuCl4 + O2

PuCl4 + O2 → PuO2Cl2 Cl2

2. Электролиз:

на катоде UO + 2e → UO2

PuO + 2e → PuO2

на аноде 2Cl – 2e = Cl2

3. Осаждение: PuCl4 + O2 ® PuO2 + 2Cl2

II. Пирометаллургическая обработка с восстановлением оксидов до металлов или до катионов, не содержащих кислород, с последующей очисткой при электролизе или при обменных реакциях с получением актиноидов в виде металлов. Такая обработка проводится также при температуре 500-700 °С и включает реакции:

1. Восстановление кальцием (СаСl2 - CaF2) в жидком металле (кадмии или др.):

UO2 + 2Ca(Cd) ® U(Cd) + 2CaO

PuO2 + 2Ca(Cd) ® Pu(Cd) + 2CaO

Кальций удаляется из расплава при электролизе с графитовым анодом.

2. Электролиз (в расплаве LiCl - KCl):

на аноде: U(Cd) – 3e ® U3+

Pu(Cd) – 3e ® Pu3+

на катоде: Pu3+ + 3e ® Pu(Cd)сплав.

Очевидно, что реализация пирохимической переработки возможна не только различными способами, но и на разных этапах переработки ОЯТ, включая обработку жидких ВАО, образовавшихся в результате переработки ОЯТ с использованием иных технологий.

В данном учебном пособии предполагается выявить основные направления и тенденции при разработке и использовании пирохимической технологии за последние годы. Особое внимание будет обращено на те возможные изменения ЯТЦ, которые могут явиться следствием использования пирохимических технологий в тех вариантах ЯТЦ, которые описаны в предыдущих главах.

Глава 8 Пироэлектрохимическая технология переработки



Дата добавления: 2019-05-21; просмотров: 611;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.013 сек.