<<
>>

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. УРАН ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ UO2
  2. ЦИНКА ХЛОРИД ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ