Способ переработки уран-гадолинийсодержащих скрапов производства топлива из диоксида урана

(51) 01 43/00 (2006.01) 01 17/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВА ИЗ ДИОКСИДА УРАНА(57) Способ переработки уран-гадолинийсодержащих скрапов производства топлива из 2 путем растворения скрапа в минеральной кислоте,фильтрации раствора, экстракции урана трибутилфосфатом. С целью очистки от примесей экстрагент в зоне экстракции, в основном свободной от урана,выводится на дополнительную ступень промывки раствором комплексона или фторида аммония, после чего возвращается на очередную ступень экстракции. Способ позволяет получить порошки оксидов урана ядерной чистоты из уран-гадолинийсодержащих скрапов с использованием одного цикла экстракции.(72) Абрамов Николай Васильевич Бежецкий Сергей Владимирович Бирюкова Алла Геннадьевна Бирюков Петр Борисович Гофман Андрей Альбертович Столбова Елена Федоровна Ярошенко Наталья Николаевна(73) Акционерное общество Ульбинский металлургический завод(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УРАНГАДОЛИНИЙСОДЕРЖАЩИХ СКРАПОВ 17357 Изобретение относится к области получения ТВЭЛ для атомных электростанций и может быть использовано в технологии изготовления ядерного керамического топлива. Известен способ переработки скрапов ядерного горючего (пат.4 891163), содержащих оксид гадолиния, включающий растворение скрапа в минеральной кислоте, экстракцию урана с помощью органического растворителя - трибутилфосфата,который используют в мольном отношении ТБФ/2-3, промывку экстракта водой или разбавленной минеральной кислотой при соотношении водной и органической фаз менее 1/10, повторение стадии промывки несколько раз (до шести) и извлечение урана из органической фазы путем реэкстракции водой или разбавленной минеральной кислотой. Недостатком способа являются ограниченные возможности по очистке растворов от гадолиния при увеличении концентрации его в растворах до экстракционной очистки более 1 г/л, необходимость проведения многократной промывки экстракта для получения оксидов урана ядерной чистоты, снижение степени извлечения урана в экстракт в результате многократной промывки экстракта. Способ извлечения урана из скрапа от производства ядерного горючего (заявка 61-236615), предусматривает растворение скрапа, содержащего 23, в минеральной кислоте, например, азотной с добавкой нитрата натрия. Из полученного раствора экстрагируют уран трибутилфосфатом (ТБФ) при мольном отношении ТБФ/2-2,5. Экстракт промывают водой или разбавленной азотной кислотой для удаления гадолиния и других примесей, соотношение объемов водной и органической фаз должно быть не менее 110. Степень очистки урана от гадолиния зависит от мольного отношения ТБФ/ и соотношения водной и органической фаз при промывке экстракта - с увеличением мольного отношения ТБФ/ экстрагируемость гадолиния возрастает,а увеличение соотношения ВО на промывке способствует извлечению гадолиния и примесей из экстракта, хотя при этом снижается извлечение урана в органическую фазу. Способ обеспечивает очистку от гадолиния на операции экстракции до содержания его в оксидах урана 0,1-1 в зависимости от концентрациив исходном растворе. Недостатком данного способа являются ограниченные возможности экстракционной очистки урана от гадолиния при содержании последнего в растворе, направляемом на фильтрацию, более 0,1 г/л. Для получения оксидов урана ядерной чистоты при переработке растворов с концентрацией гадолиния более 0,1 г/л необходимо проведение двух циклов экстракционной очистки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ переработки урангадолиниевых скрапов (п/п РК 13397). Способ заключается в растворении скрапа в азотной кислоте, проведении экстракции урана трибутилфосфатом и промывки экстракта, причем растворение скрапа проводят с добавлением плавиковой кислоты концентрацией 2 15-180 г/л, полученный раствор перед экстракцией фильтруют при температуре 60-100 С, а экстракт промывают раствором ЭДТА или трилоном Б в растворителе. Предпочтительно, ЭДТА или Трилон Б растворяют в азотной кислоте или смеси азотной кислоты с нитратом аммония или натрия, взятых в количестве 1-3 М, концентрация трилона Б или ЭДТА должна составлять 1-10 г/л. Указанный способ позволяет перерабатывать скрапы с широким диапазоном содержания гадолиния за счет проведения двух последовательных ступеней очистки осадительной, где основная масса гадолиния при взаимодействии с плавиковой кислотой переходит в осадок фторида гадолиния и отделяется от раствора и экстракционной с использованием комплексонов для промывки экстракта. Причем экстракционная очистка в данном способе позволяет получить оксиды урана ядерной чистоты из растворов с содержанием гадолиния не более 1 г/л. До концентрации 1 г/л исходные растворы после кислотного вскрытия скрапов должны быть очищены на стадии осадительного аффинажа. Недостатками указанного способа являются- необходимость применения специальных конструкционных материалов, стойких одновременно в азотнокислых и фтористоводородных средах- применение дополнительных реагентов, например, нитрата алюминия, для связывания фтора перед проведением экстракционной очистки- на эффективность осадительного аффинажа влияет в значительной степени примесный состав скрапов, присутствие в них кальция, алюминия,кремния, железа приводит к увеличению расхода плавиковой кислоты. Данный способ принимаем за прототип. Указанные недостатки устраняются предлагаемым способом. Задачей настоящего изобретения является создание способа переработки уран-гадолинийсодержащих скрапов производства топлива из 2, позволяющего получать порошки оксидов урана с содержанием гадолиния не более 0,5 рр за один экстракционный цикл при содержании гадолиния в растворах перед экстракцией более 1 г/л. Технический результат состоит в исключении стадии осадительного аффинажа урана от гадолиния с использованием плавиковой кислоты, снижении коррозионной нагрузки на оборудование из нержавеющей стали, сокращении расхода реагентов. Поставленная задача решается тем, что, в отличие от известного способа переработки урангадолиний содержащих скрапов производства топлива из 2, включающего растворение скрапа в азотной кислоте с добавлением плавиковой кислоты с концентрацией 15-180 г/л, фильтрацию полученного раствора, экстракцию урана трибутилфосфатом,промывку экстракта раствором комплексона с концентрацией 1-10 г/л ЭДТА или трилона Б в растворителе, представляющем собой 1-3 М раствор азотной кислоты или ее 1-3 М смесь с нитратом аммония или натрия, в предлагаемом способе растворение скрапа проводят в азотной кислоте, а экстрагент в 17357 зоне экстракции, в основном свободной от урана,выводится на дополнительную ступень промывки раствором комплексона или фторида аммония, после чего возвращается на очередную ступень экстракции. Используемый в предлагаемом способе прием дополнительной промывки экстрагента позволяет снизить концентрацию гадолиния в экстракте и нагрузку на промывные ступени за счет реэкстракции гадолиния из экстрагента в зоне экстракции, где имеет место наибольший его переход в экстрагент. Это позволяет проводить экстракционный аффинаж урана от гадолиния из растворов с более высоким его содержанием(более 1 г/л) за один цикл и исключить стадию осадительного аффинажа. Вывод экстрагента в зоне экстракции, в основном свободной от урана, уменьшает переход урана в водную фазу, позволяет поддерживать требуемую степень насыщения экстрагента ураном, получить кондиционные по содержанию урана рафинаты и минимизировать концентрацию гадолиния в экстракте. Состав раствора для дополнительной промывки экстрагента обеспечивает наиболее полное связывание гадолиния в комплекс и выделение его из органической фазы. Из полученного по предлагаемому способу экстракта в дальнейшем по известной технологии получают оксиды урана ядерной чистоты (0,5 рр) при переработке уран-гадолинийсодержащих скрапов. Примеры осуществления способа Пример 1 (по прототипу) 300 г урансодержащего скрапа состава,- 12,5 Са - 20,0- 15,2 А 1 - 10- 8- 0,3 выщелачивают в 0,9 л раствора, содержащего 500 г/л азотной кислоты и 180 г/л плавиковой кислоты при температуре 100 С. Пульпу фильтруют. Раствор после выщелачивания имеет следующий состав, г/л- 40,50,10. Уран из раствора экстрагируют 25 ТБФ, экстракт промывают раствором, содержащим 4 г/л трилона Б,2 М азотной кислоты, при соотношении 0 В 51. Уран из промытого экстракта реэкстрагируют подкисленной водой. Из реэкстракта получают закисьокись урана путем осаждения и прокалки ПУА. Содержаниев закиси-окиси урана составило 0,1 рр. Пример 2 300 г урансодержащего скрапа состава,12,5 Са - 20,0- 15,2- 10- 8- 0,3 выщелачивают в 0,9 л раствора, содержащего 500 г/л азотной кислоты при температуре 100 С. Пульпу фильтруют. Раствор после выщелачивания имеет следующий состав, г/л- 40,5- 1,0. Уран из раствора экстрагируют 25 ТБФ в семь противоточных ступеней. Экстракт шестой ступени промывают раствором, имеющим состав трилон Б-4 г/л азотная кислота 2 М при соотношении ОВ 101 и подают на 5 ступень каскада экстракторов. Водная фаза поступает на 6 ступень экстракции, где объединяют с водной фазой пятой ступени. Концентрация урана в рафинате 7 ступени составляла 0,006 г/л. Экстракт с первой ступени экстракции промывают в соотношении ОВ 51 раствором трилона Б в 2 М азотной кислоте с концентрацией 4 г/л. Уран из промытого экстракта реэкстрагируют подкисленной водой. Из реэкстракта получают закись-окись урана путем осаждения и прокалки ПУА. Содержаниев закиси-окиси урана составило 0,1 рр. Пример 3 (по прототипу) Раствор после азотнокислого выщелачивания уран-гадолинийсодержащего скрапа состава, г/л 88,7- 5,1 направляют на противоточную 7-ми ступенчатую экстракцию 22 -ным раствором ТБФ. Экстракт промывают раствором комплексообразователя-трилона Б (10 г/л) в 2 М азотной кислоте при соотношении ОВ 51. Уран из промытого экстракта реэкстрагируют подкисленной водой. Из реэкстракта получают закись-окись урана путем осаждения и прокалки ПУА. Содержаниев закисиокиси урана составило 0,95 рр. Пример 4 Азотнокислый раствор после выщелачивания уран-гадолинийсодержащего скрапа в азотной кислоте имел следующий состав, г/л- 88,75,1. Уран из раствора экстрагируют 22 ТБФ в семь противоточных ступеней. Экстракт шестой ступени промывает раствором, имеющим состав трилон Б-4 г/л азотная кислота 2 М при соотношении ОВ 101 и подают на 5 ступень каскада экстракторов. Водная фаза поступает на 6 ступень экстракции, где объединяют с водной фазой пятой ступени. Концентрация урана в рафинате 7 ступени составляла 0,008 г/л. Экстракт с первой ступени экстракции промывают в соотношении ОВ 51 раствором трилона Б в 2 М азотной кислоте с концентрацией 4 г/л. Уран из промытого экстракта реэкстрагируют подкисленной водой. Из реэкстракта получают закись-окись урана путем осаждения и прокалки ПУА. Содержаниев закиси-окиси урана составило 0,4 рр. Пример 5 Азотнокислый раствор после выщелачивания уран-гадолинийсодержащего скрапа в азотной кислоте имел следующий состав, г/л- 90,5- 2,6. Уран из раствора экстрагируют 20 ТБФ в семь противоточных ступеней. Экстракт шестой ступени промывают раствором фторида аммония с концентрацией 10 г/л при соотношении ОВ 101 и подают на 5 ступень каскада экстракторов. Водная фаза поступает на 6 ступень экстракции, где объединяют с водной фазой пятой ступени. Концентрация урана в рафинате 7 ступени составляла 0,006 г/л. Экстракт с первой ступени экстракции промывают в соотношении ОВ 51 раствором трилона Б в 2 М азотной кислоте с концентрацией 4 г/л. Уран из промытого экстракта реэкстрагируют подкисленной водой. Из реэкстракта получают закись-окись урана путем осаждения и прокалки ПУА. Содержаниев закиси-окиси урана составило 0,22 рр. По сравнению с прототипом предлагаемый способ обеспечивает получение оксидов урана ядерной чистоты по гадолинию (менее 0,5 рр) из растворов, содержащих до 5 г/л гадолиния, без применения осадительного аффинажа урана с использованием плавиковой кислоты за один экстракционный цикл. 3 17357 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ переработки уран-гадолинийсодержащих скрапов производства топлива из 2, включающий растворение скрапа в минеральной кислоте, фильтрацию раствора, экстракцию урана трибутилфосфатом и промывку экстракта раствором комплексона, отличающийся тем, что растворение скрапа ведут в азотной кислоте, а экстрагент в зоне экстракции, в основном свободной от урана, выводится на дополнительную ступень промывки раствором комплексона или фторида аммония, после чего возвращается на очередную ступень экстракции.