×
10.09.2015
216.013.77eb

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНВЕРСИИ ОТВАЛЬНОГО ГЕКСАФТОРИДА УРАНА В МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ УРАН

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области экологии и направлено на предупреждение возможности загрязнения окружающей среды и отравления населения радиоактивными веществами. Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран включает взаимодействие гексафторида урана с металлическим натрием, при этом исходные компоненты подают в реактор в стехиометрическом соотношении в виде газообразного гексафторида урана и жидкого металлического натрия, распыленного через форсунки, температуру поддерживают от 1133°С до 1705°С. Изобретение обеспечивает эффективную конверсию гексафторида урана. 1 пр.
Основные результаты: Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран, включающий взаимодействие гексафторида урана с металлическим натрием, отличающийся тем, что исходные компоненты подаются в реактор в стехиометрическом соотношении в виде газообразного гексафторида урана и жидкого металлического натрия, распыленного через форсунки, температуру поддерживают от 1133°C до 1705°C.

Изобретение относится к области экологии, оно направлено на предупреждение возможности загрязнения окружающей среды и отравления населения радиоактивными веществами. В результате разделения изотопов урана получается две фракции: обогащенная с содержанием изотопа 235U больше 0,72% масс. и отвальная, в которой содержится 0,1-0,3% масс. 235U.

Отвального гексафторида урана в России накопилось более 700 тысяч тонн, а в мире более 1,5 млн тонн.

Отвальный гексафторид урана хранится в контейнерах, преимущественно на открытых площадках. Это представляет значительную опасность для природы и населения. В результате коррозии при длительном хранении, действии природных явлений - гроза, землетрясение, а также диверсий и бомбардировок может нарушиться герметичность части контейнеров и в окружающую среду выйдет гексафторид урана - радиоактивный ядовитый газ, обладающий удушающим действием, что может привести к массовому отравлению населения

Известен способ конверсии гексафторида урана в тетрафторид урана и безводный фтороводород, и устройство для его осуществления (патент RU №2188795 от 23.11.2000). Изобретение используют для переработки обедненного гексафторида урана. Способ заключается во взаимодействии гексафторида урана с водородом во фтороводородном пламени. Процесс ведут в реакторе при давлении в нем 540-720 мм рт. ст. Мольное соотношение компонентов UF6:F22 = 1:(0,12-0,36):(1,5-3). В качестве восстановителя используют катодный газ.

Температуру стенок реактора поддерживают около 480°C. Охлаждение продуктов реакции осуществляют путем охлаждения стенок реактора. Порошок тетрафторида урана шнеком-питателем разгрузочного устройства перемещают в приемник готового продукта. Корпус разгрузочного устройства выполнен в виде вертикального овала. Фтористый водород из технологических газов конденсируют при температуре (-35)-(-40)°C и при (-70)-(-80)°C. Дополнительно извлекают HF фторидом натрия при температурах 70-80°C и 20-30°C. Десорбцию фтористого водорода ведут при температуре 350-375°C. Результат изобретения: степень превращения гексафторида урана в тетрафторид урана до 99,5%. Степень извлечения фтористого водорода до 99,6%.

Недостаток способа - конечным продуктом является порошкообразный продукт - тетрафторид урана, который при аварии загрязняет и атмосферу, и гидросферу.

Известен способ получения порошка диоксида урана из гексафторида урана (пат. RU 2381993 от 16.01.2008), включающий подачу в предварительно разогретую реакционную зону реакционной камеры гексафторида урана и водяного пара, подачу во вторую реакционную зону реакционной камеры смеси водяного пара и водорода с переводом в этой зоне уранилфторида до диоксида урана, выгрузку порошка из реакционной камеры до восстановления непрореагировавшего уранилфторида. Полученный порошок охлаждают и стабилизируют смесью воздуха и азота.

Недостатки данного способа - многостадийность операций, получение конечного продукта в виде порошка, что усложняет его хранение и дает возможность загрязнения окружающей среды.

Известен способ конверсии обедненного гексафторида урана в оксид урана (U3O8) путем высокотемпературного пирогидролиза [Proven managemen for flepleted uranium: the French reference of Cogema′s defluorination plant / P. Netter, B. Dupperret, B. Le Motais. - International Conferences "Decomissioning, decontamination and reutilization of commercial and government facilities". Knoxville, USA, September 12-16, 1999. - 11 p.].

Недостаток способа - высокая энергоемкость процесса, а также получение конечного продукта в виде порошка, что может ухудшить экологическую обстановку в случае повреждения упаковки.

Известен способ восстановления гексафторида урана (Патент RU №2204529 от 28.03.2001). Изобретение относится к способам восстановления гексафторида урана до низших фторидов и металлического урана и может быть использовано при переработке обедненного гексафторида урана. Результат способа: возможность получения продукта заданного состава и осуществление реакции восстановления гексафторида урана при более низкой температуре. Восстановление гексафторида UF6 осуществляют предварительно атомизированным водородом в химическом реакторе в смеси с буферным газом-разбавителем в режиме непрерывного самопроизвольного горения. Атомарный водород получают при смешении в потоке молекулярного водорода в избытке молекулярного фтора, поджигаемого в блоке горелок, так что избыток молекул фтора термически диссоциирует на атомы фтора. Восстановление UF6 осуществляется до металлического урана при соотношении концентраций атомарного водорода и молекул UF6 в смеси, подаваемой в реактор, 6:1 соответственно. Восстановление гексафторида UF6 осуществляют до тетрафторида урана при соотношении концентраций атомарного водорода и молекул UF6 в смеси, подаваемой в реактор, 2:1 соответственно. Результат способа: возможность получения продукта заданного состава и осуществление реакции восстановления гексафторида урана при более низкой температуре.

Недостаток способа - металлический уран получается в виде мелкодисперсного пирофорного порошка, не пригодного для хранения.

Известен способ переработки гексафторида урана в тетрафторид урана (Ф.С. Паттон, Д.М. Гуджин, В.Л. Гриффитс «Ядерное горючее на основе обогащенного урана», Атомиздат, М., 1966, стр. 42-47). Согласно этому способу, через сопло типа «труба в трубе» по его внешней части в реактор подается водород, а затем через внутреннюю часть сопла начинают подавать смесь гексафторида урана и фтора, причем фтор подается для достижения нужного температурного режима. Происходят следующие реакции:

UF6(газ)+H2(газ)→UF4(газ)+2HF(газ), ΔH329=-280 кДж/моль

F2(газ)+H2(газ)→2HF(газ), ΔH298=-268 кДж/моль

Избыток водорода 100-500%, расход фтора 20-32 г/кг UF6, 90% полученного UF4 оседает в нижнем бункере, UF4, унесенный газами, улавливают металлокерамическими фильтрами.

Недостатком данного способа является получение сыпучего порошкообразного продукта сравнительно малой плотности (ρ(UF4)=6,7 г/см3), что затрудняет условия его хранения.

Известен способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран (пат. RU №2444475 от 29.07.2010 г. ), принятый за прототип. Способ предусматривает взаимодействие гексафторида урана с металлическим кальцием.

При проведении процесса газообразный гексафторид урана вводят в расплав металлического кальция путем барботажа. Для получения компактного слитка урана температуру процесса поддерживают выше температуры плавления фторида кальция.

Недостатки способа - высокая температура начала процесса - выше 842°C, это выше температуры плавления кальция, высокая стоимость металлического кальция 4000 долларов за тонну, высокая температура процесса - выше температуры плавления фторида кальция - 1418°C, дефицит металлического кальция.

Задача изобретения - превращение токсичного гексафторида урана в нелетучий компактный продукт - слиток металлического урана, не обладающий высокопроницающей гамма-активностью.

Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран включает взаимодействие гексафторида урана с металлическим натрием. Исходные компоненты подают в реактор в стехиометрическом соотношении в виде газообразного гексафторида урана и жидкого металлического натрия, распыленного через форсунки, температуру поддерживают от 1133°C до 1705°C.

Процесс проводят путем соединения в стехиометрическом соотношении в реакторе восстановления газообразного гексафторида урана с распыленным жидким металлическим натрием по реакции:

UF6+6Na=U+6NaF

Реакция необратима, так как изменение свободной энергии Гиббса составляет большую отрицательную величину -1238 кДж/моль.

В ходе реакции выделяется значительное количество тепла - ΔН°298=-1256,4 кДж/моль. Теоретическая температура процесса 2561°C. Большое значение теплового эффекта реакции указывает на то, что процесс проходит без подвода тепла извне и то, что продукты реакции будут находиться в расплавленном состоянии. Температуру процесса для получения компактного слитка урана за счет охлаждения продуктов реакции поддерживают выше температуры плавления урана 1133°C и ниже температуры кипения фторида натрия 1705°C, чтобы предупредить повышения давления в реакторе.

Преимущества предлагаемого способа:

- температура начала реакции натрийтермии (98°C) гораздо ниже, чем кальцийтермии (842°C);

- нижний температурный предел натрийтермии определяется температурой плавления урана, а кальцийтермии - температурой плавления фторида кальция (1418°C), то есть кальцийтермия более энергозатратна;

- стоимость восстановителя при натрийтермии (Na 99,7% - 3000 долл/тонну) ниже, чем при кальцийтермии (Ca 98,5% - 4000 долл/тонну), для получения 1 кг урана по стехиометрии требуется 0,58 кг натрия стоимостью 1,74 доллара, а при кальцийтермии - 0,5 кг кальция стоимостью 2 доллара, то есть больше на 0,26 доллара/кг урана;

- оборудование будет работать при более мягком температурном режиме, что снизит скорость коррозии;

- полученный фтористый натрий может быть использован как интенсивный антисептик или для получения фтороводорода, а также как сорбент.

Пример

В предварительно вакуумированный аппарат, представляющий собой цилиндрический сосуд, футерованный внутри, одновременно подают в стехиометрическом соотношении газообразный гексафторид урана и жидкий металлический натрий, распыленный через форсунки. Процесс идет с образованием жидких фаз (фторида натрия и металлического урана), что создает вакуум в реакторе, улучшающий диспергирование жидкого натрия. Небольшой избыток натрия вводится в реактор в конце процесса для обеспечения полного восстановления гексафторида урана и высокого выхода урана в слиток.

Температуру процесса поддерживают от 1133°C (температура плавления урана) до 1705°C (температура кипения NaF). В этом диапазоне температур продукты реакции находятся в жидком состоянии, что положительно сказывается на их ликвации и формировании слитка урана, упругость паров фтористого натрия составляет менее 1 атмосферы.

Жидкие продукты реакции в соответствии с их плотностями распределяются следующим образом: нижний слой - расплав металлического урана, верхний слой - расплав фторида натрия. Избыток натрия находится в парообразном состоянии в свободном объеме реактора.

После охлаждения и кристаллизации продукты реакции извлекаются из реактора и разделяются: слиток металлического урана - на хранение, шлак - на использование в качестве сорбента, антисептика, сырья для получения фтороводорода, а металлический натрий - на повторное использование.

На получение 100 г урана в слитке требуется 150 г UF6, 61 г металлического натрия, при этом получается в шлаке 106 г NaF.

Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран, включающий взаимодействие гексафторида урана с металлическим натрием, отличающийся тем, что исходные компоненты подаются в реактор в стехиометрическом соотношении в виде газообразного гексафторида урана и жидкого металлического натрия, распыленного через форсунки, температуру поддерживают от 1133°C до 1705°C.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 143.
10.05.2014
№216.012.c128

Способ иммобилизации биомолекул на поверхности магнитоуправляемых наночастиц железа покрытых углеродной оболочкой

Изобретение относится к cпособу иммобилизации белковых молекул на поверхности магнитоуправляемых наночастиц железа, покрытых углеродной оболочкой. Способ включает взаимодействие порошка с растворенным в воде 4-карбоксибензолдиазоний тозилатом для формирования ковалентной связи органических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515197
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c311

Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в резонансных СВЧ компрессорах в качестве устройства вывода энергии для формирования мощных СВЧ импульсов наносекундной длительности. Технический результат - увеличение рабочей мощности переключателя при неизменной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515696
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c465

Устройство для измерения температуры

Изобретение относится к технике измерения физической температуры объекта с помощью термопары и может быть использовано в области температурных измерений с использованием термопар, в частности, в литейном производстве для определения скоростей охлаждения различных зон слитка при кристаллизации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516036
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c637

Вакуумно-дуговой генератор с жалюзийной системой фильтрации плазмы от микрочастиц

Изобретение относится к плазменным технологиям нанесения пленочных покрытий и предназначено для очистки плазменного потока дуговых ускорителей от микрокапельной фракции. Вакуумно-дуговой генератор с жалюзийной системой фильтрации плазмы от микрочастиц содержит охлаждаемый катод 1 в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516502
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c7de

Способ оценки эффективности стимуляции антиоксидантной активности

Изобретение относится к медицине и описывает способ оценки эффективности стимуляции антиоксидантной активности путем определения концентрации восстановленного глутатиона, при этом дополнительно в инкубационную среду добавляют 1,4-дитиоэритритол и аскорбиновую кислоту и при увеличении уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516925
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.05.2014
№216.012.c858

Способ прогнозирования течения липидемии

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в кардиологии и терапии для прогнозирования течения липидемии. Способ включает исследование сыворотки крови до и после лечения, где дополнительно перед исследованием проводят трехкратное замораживание и оттаивание сыворотки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517054
Дата охранного документа: 27.05.2014
20.06.2014
№216.012.d280

Комплексный препарат для профилактики и лечения кишечных инфекций

Изобретение относится к медицине и ветеринарии, а именно к медицинским и ветеринарным препаратам, предназначенным для профилактики и лечения кишечных инфекций различной этиологии у человека и животных. В комплексном препарате, содержащем носитель, представляющем собой энтеросорбент,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519659
Дата охранного документа: 20.06.2014
27.06.2014
№216.012.d8b5

Способ подземной газификации

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для получения газообразного энергоносителя из угля или сланца на месте залегания. Способ включает бурение скважин с поверхности земли в обрабатываемый интервал в подземном пласте, размещение в скважинах электродов, приложение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521255
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.d8f8

Способ оценки прогрессирования атерогенности при ишемической болезни сердца

Изобретение относится к области медицины и предназначено для оценки прогрессирования атерогенности при ишемической болезни сердца. Перед исследованием проводят трехкратное замораживание и оттаивание сыворотки по 20 и 10 минут соответственно, дезинтеграцию, перемешивание смеси при частоте 120...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521322
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.07.2014
№216.012.ddef

Способ получения нитрида циркония

Изобретение относится к области получения порошков тугоплавких соединений, которые могут быть использованы для получения высокотвердой керамики и защитных износостойких покрытий. Способ получения нитрида циркония заключается в проведении самораспространяющегося высокотемпературного синтеза...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522601
Дата охранного документа: 20.07.2014
Показаны записи 21-30 из 235.
27.05.2013
№216.012.45b5

Устройство управления асинхронным двигателем

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении управления электродвигателем. Для этого заявленное устройство содержит автономный инвертор напряжения, силовые выходы которого через датчики токов подключены к статорным обмоткам асинхронного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483422
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.47f1

Способ управления перемещением грузов и устройство для его реализации

Изобретение относится к области транспортирования и предназначено для перемещения грузов. Устройство перемещения грузов содержит привод (1) вертикального перемещения, соединенный с грузом (5) тросом (6), датчики (8, 9) отклонения троса (6) от вертикали, датчик (7) натяжения троса (6), приводы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483997
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.4811

Сырьевая смесь для изготовления пеностекла

Изобретение относится к области производства теплоизоляционного пеностекла. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности пеностекла, расширении сырьевой базы и снижении энергетических затрат при осуществлении технологического процесса. Сырьевая смесь для изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484029
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.4871

Способ изготовления топливных брикетов из биомассы

Изобретение относится к способу получения топливных брикетов из биомассы, включающему термическую обработку биомассы при температуре 200-500°C без доступа воздуха, подготовку связующего вещества, получаемого растворением декстрина в пиролизном конденсате в соотношении 1:(5÷20), смешивание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484125
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4c9b

Способ извлечения урана из руд

Изобретение относится к гидрометаллургии урана и может быть использовано для извлечения урана из руд. Способ включает выщелачивание урана и железа раствором серной кислоты с использованием в качестве окислителя трехвалентного железа, содержащегося в руде. После выщелачивания ведут извлечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485193
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.4fd9

Способ получения наночастиц свинца

Изобретение относится к способу получения наночастиц свинца. Способ включает получение раствора стеарата свинца в н-октаноле с последующим его кипячением при 195°C. После чего раствор охлаждают и путем декантации или фильтрации отделяют от него непрореагировавший стеарат свинца и продукты его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486034
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.505f

Способ управления активностью катализатора процесса дегидрирования высших н-парафинов

Изобретение относится к способу управления активностью катализатора процесса дегидрирования высших н-парафинов. Способ включает регулирование активности катализатора за счет увеличения подачи воды в реактор и характеризуется тем, что расход воды дополнительно корректируют в зависимости от типа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486168
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.51ab

Способ определения осмия инверсионно-вольтамперометрическим методом в природном и техногенном сырье

Изобретение может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов осмия. Способ определения осмия инверсионно-вольтамперометрическим методом в природном и техногенном сырье заключается в том, что осмий (VIII)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486500
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.5238

Способ формирования субнаносекундных свч импульсов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для формирования серии мощных СВЧ импульсов субнаносекундной длительности с высокой частотой следования в пределах входного микросекундного СВЧ импульса, генерируемого в частотно-периодическом режиме. Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486641
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.554c

Сверхпроводящий размыкатель

Изобретение относится к электротехнике, в частности к сверхпроводящим размыкателям постоянного тока многократного действия. Размыкатель содержит отключающий элемент (1), выполненный в виде двух последовательно соединенных проводников (2, 3) из сверхпроводящего материала, к выводам которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487439
Дата охранного документа: 10.07.2013
+ добавить свой РИД