<<
>>

УРАН ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ UO2

Для изготовления топливных элементов ядерных реакторов используется UO2. Широко распространенным методом является переработка UF6 с получением ди- ураната аммония (ДУА), который затем прокаливают и восстанавливают до UO2. В процессе получения ДУА газ с повышенным содержанием UF6 реагирует в водой, образуя водный раствор уранилфторида UO2F2, который затем обрабатывают избытком гидроксида аммония для осаждения ДУА, который выделяют в виде водной суспензии. Осадок можно отфильтровать или отделить от водной части суспензии путем центрифугирования.

Получающиеся сточные воды содержат большие количества фторидов, прежде всего NH4F, избыток аммиака и небольшие количества растворенного урана.

Удаление этих сточных вод связано с серьезными проблемами, обусловленными токсичностью фторидов и присутствием аммиака и, хотя и небольших, но заметных количеств радиоактивного урана. Для решения этих проблем желательно проводить полное извлечение урана из сточных вод, что позволит устранить опасность для окружающей среды и получить дополнительные количества урана, стоимость которого очень высока.

Процесс, разработанный Т. Дж. Кроссли (патент США 3961027, I июня 1976 г., фирма «Вестингхауз Электрик Корпорейшн»), предназначен для обработки сточных вод с высокой концентрацией фторидов и аммиака, содержащих следы урана, которые образуются при гидролизе и обработке гидроксидом аммония гексафторида урана UF6 с получением ДУА. Сначала сточные воды обрабатывают достаточным количеством извести для осаждения основного количества присутствующих фторидов в виде малорастворимого CaF2.

Обработанный таким образом раствор дистиллируют для удаления аммиака, который повторно используется на стадии осаждения ДУА. Осадок CaF2 отделяют от водного раствора, а последний обрабатывают катионитом, в результате чего из него удаляются основные количества кальция и других ионов металлов. Получаемая таким образом вода содержит небольшие количества урана, фторид и аммиак, и возвращается для взаимодействия с UF6 либо смешивается с отгоняемым гидроксидом аммония и свежим концентрированным раствором гидроксида аммония для получения раствора с требуемой концентрацией NH3, который используется для осаждения ДУА. Осуществление такого рецикла повышает экономичность процесса и позволяет устранить вредные воздействия на окружающую среду и здоровье людей.

Схема этого процесса представлена на рис. 169. Отмеренные количества гашеной извести Ca(OH)2 из резервуара I шнековым транспортером 22 подаются в резервуар для суспензии 4. В случае необходимости известь взвешивают отдельными порциями, которые подают в резервуар 4. Воду в количестве, необходимом для получения суспензии, подают по трубопроводу 3 с регулировочным вентилем. Хотя с гашеной известью проще работать, но ее можно заменить окисью кальция или другими реак- ционноспособными соединениями щелочноземельных металлов.

Продажная гашеная известь содержит различные примеси, например, соединения магния, алюминия, железа, а также кремнезем. Желательно использовать возможно более чистую известь, содержание примесей в которой не превышает 5 %. Поскольку фторид магния имеет лишь немного большую растворимость, чем фторид кальция, его допустимая концентрация выше, чем для других примесей. В продаже имеется гашеная известь, в которой общее содержание гидроксидов кальция и магния превышает 98 %. В резервуар подают 2—20 частей извести и 100 частей воды и перемешивают мешалкой 5, в результате чего образуется однородная суспензия.

В резервуар 7 с мешалкой 8 по линии 9 подают сточные воды со стадии центрифугирования ДУА. После введения определенного количества сточных вод, имеющих величину pH ~ 9,5, в реактор 7 из резервуара 4 по линии 6 добавляют рассчитанное количество суспензии извести, обеспечивающее небольшой избыток гидроксида кальция (и магния) по отношению к количеству, требуемому для полного взаимодействия с фторидами, содержащимися в сточных водах. Так, например при содержании в 1800 кг сточных вод 34 кг NHiF к смеси добавляют несколько более 34 кг суспендированной извести. В случае суспензии, содержащей 15 % извести, для полного взаимодействия с фторидами и создания небольшого избытка необходимо добавить ~260 кг суспензии.

Добавление к сточным водам извести в стехиометрическом количестве или в избытке не является обязательно необходимым. Можно добавлять известь и в несколько

Ряс. 169. Схема процесса рециклизации сточных вод, образующихся при производстве UO2

меньших (например, на I—5 %) количествах, чем стехиометрические, поскольку в рециркулируемых водах допустимо присутствие небольших количеств фторида.

После тщательного перемешивания мешалкой 8, способствующего полному протеканию реакции извести с фторидом, содержащимся в сточных водах, происходит выпадение крупных кристаллов фторида кальция. Суспензию из реактора 7 по трубопроводу 10 перекачивают в дистилляционную колонну 11, куда по трубопроводу 12 подается водяной пар. В колонне происходит отпарка аммиака, который вместе с водяным паром по трубопроводу 13 поступает в конденсатор 14, где смесь охлаждается и конденсируется с получением, иапример 25 % раствора NH4OH, который по трубопроводу 17 направляют на храпение в резервуар 18.

Из куба колонны 11 кубовый остаток, содержащий осадок фторида кальция и некоторое количество иерастворивщейся извести и примесей, суспендированных в виде, подают на центрифугу 16. Оттуда пастообразный шлам 24, содержащий фторид к гидроксид кальция и твердые примеси, а также небольшое количество воды, по линии 22 подают в резервуар для отходов 25. Фторид кальция и другие компоненты остатка можно удалять из сточных вод до стадии дистилляции, однако это менее предпочтительный вариант, поскольку он связан с потерями некоторого количества аммиака.

Жидкую фазу из сепаратора 16 по трубопроводу 20 подают в дополнительный фильтр 21 для удаления последних следов присутствующих мелкодисперсных материалов. Небольшое количество твердой фазы из фильтра 21 по лииии 23 также направляют в резервуар для отходов 25. Поскольку в твердых отходах практически ие содержится урана, они могут найти применение в качестве сырья, содержащего

фторид кальция, например в производстве стекла. Осветленный водный раствор, выходящий из фильтра, содержит ~200 мг/л свободного аммиака, ^50 мг/л фторидов, кальция, магния, железа и других растворимых примесей и практически все количество урана, содержащееся в сточных водах, поступивших по трубопроводу 9. По линии 26 этот раствор подают в колонну 27, заполненную катионитом, который абсорбирует кальций, магний, железо и примеси других металлов. В случае необходимости может быть присоединена вторая колонна с ионообменной смолой, в которой удаляются анионы, в частности хлориды. Кальций является особенно вредной примесью в производстве ДУА. Ионообменные смолы могут быть регенерированы и выделяющиеся катионы по линии 28 поступают в резервуар для обработки кислотой с целью регенерации и повторного использования. В качестве катионитов используют известные продукты-смолы на основе сополимеров дивинилбензола и стирала, обработанные сульфоновой кислотой.

Относительно чистая вода, содержащая небольшое количество аммиака, из ионообменной колонны 27 по трубопроводу 29 направляется в резервуар .30, откуда по линии 31 она может быть подана в реактор для растворения UF6 или в резервуар для получения суспензии извести. Ее также можно подать по трубопроводу 32 в резервуар для свежего аммиака 33, куда по трубопроводу 35 также подается концентрированный аммиак из резервуара 34. Оба раствора смешивают в требуемых соотношениях, необходимых для получения раствора с концентрацией 24—29 % NH3, используемого на стадии осаждения ДУА. Малые количества фтора в воде, находящейся в резервуаре 30, не оказывают отрицательного влияния на процесс. Присутствие небольших количеств урана в воде позволяет избежать его выброса в виде отходов.

Таким образом, помимо твердого фторида кальция, являющегося товарным продуктом, в результате переработки и рециркуляции сточных вод процесса производства ДУА не образуется никаких отходов, требующих удаления. При осуществлении описанного процесса не требуется добавления воды, либо в систему вводятся только небольшие количества свежей воды. Единственные потери воды в ходе процесса связаны с образованием шламов ДУА и CaF2. Эти потери приблизительно компенсируются водой, содержащейся в свежем аммиаке, добавляемом на стадии получения ДУА. В связи с этим процесс протекает практически без сброса сточных вод.

<< | >>
Источник: М. Ситтиг. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов. 1985

Еще по теме УРАН ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ UO2:

  1. ГАЛЛИЙ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
  2. 4.3. Аэробная очистка сточных вод гидролизного производства
  3. Очистка и обезвреживание сточных вод. 
  4. золото из сточных ВОД
  5. 4.3.2. Очистка сточных вод активным илом
  6. РЕНИЙ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД
  7. ХЛОР ИЗ СТОЧНЫХ ВОД
  8. КАЛЬЦИЯ ФТОРИД ИЗ ФОСФАТСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД
  9. АММИАК из СТОЧНЫХ вод ТЕКСТИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
  10. Биотестирование загрязнения пресных водоемов и сточных вод
  11. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫСООРУЖЕНИЙ ПО ОЧИСТКЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД
  12. ИЗВЕСТЬ ИЗ ОСТАТКОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПРИ СЖИГАНИИ отстоя сточных вод
  13. ОТБЕЛИВАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ОТБЕЛИВАЮЩИХ УСТАНОВОК