способ переработки уран-молибденовой композиции

Формула изобретения

Способ переработки уран-молибденовой композиции, включающий окисление уран-молибденовой композиции при температуре 750-850°С, растворение композиции в 2-3 молярном растворе щелочи при температуре кипения, отделение раствора от твердого остатка декантацией, растворение твердого остатка в 4-6 молярной азотной кислоте при температуре кипения, отличающийся тем, что после растворения урансодержащего твердого остатка в 4-6 молярной азотной кислоте проводят переочистку раствора уранилнитрата раствором щавелевой кислоты из расчета на 1 кг урана 0,75-1,0 кг щавелевой кислоты при температуре 60-80°С в течение 30-40 мин, полученный осадок оксалата уранила промывают 2-3%-ном раствором щавелевой кислоты и отделяют фильтрованием, после чего осадок прокаливают при температуре 750-850°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к способу переработки уран-молибденовой композиции, представляющей собой брак и отходы ядерного производства.

Известен способ переработки уран-молибденовой композиции, заключающийся в растворении композиции в смеси азотной и фосфорной кислот, экстракционном извлечении урана из полученного раствора с последующим его аффинажем. («Химическая технология облученного ядерного горючего». Атомиздат, М. 1971. с.125).

Недостатком известного способа переработки уран-молибденовой композиции является низкая концентрация урана в растворе (до 100 г/л), что влечет за собой значительное увеличение объемов отвальных отходов, нуждающихся в специальном захоронении.

Известен способ переработки уран-молибденовой композиции, заключающийся в растворении уран-молибденовой композиции в 11-молярной азотной кислоте, отделении раствора от твердого остатка (молибденовой кислоты) путем фильтрации, растворении твердого остатка в щелочи, отделении твердых частиц урана центрифугированием и растворении их в азотной кислоте с последующей экстракцией, пероксидном осаждении урана и прокаливании осажденной перекиси урана при температуре 600°С с получением трехокиси урана (UO₃). («Переработка ядерного горючего». Атомиздат, М. 1964. с.110, 554-559).

Недостатком этого способа переработки уран-молибденовой композиции является низкая степень извлечения урана из композиции, составляющая 92,4%.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по совокупности существенных признаков и назначению является способ переработки уран-молибденовой композиции, заключающийся в окислении уран-молибденовой композиции при температуре 750-850°С, растворении композиции в 2-3-молярном растворе щелочи при температуре кипения, отделении раствора от твердого остатка декантацией, растворении твердого остатка в 4-6-молярной азотной кислоте при температуре кипения, пероксидном осаждении урана из раствора и прокаливании осажденной перекиси урана при температуре 750-850°С. («Способ переработки уран-молибденовой композиции», патент RU № 2395857, МПК G21C 19/44, 26.01.2009).

Недостатком этого способа переработки уран-молибденовой композиции является низкая степень очистки получаемой закиси-окиси урана от молибдена. Содержание молибдена в конечном продукте (U₃O ₈) составляет 0,04-0,1 масс.%, что требует по ТУ на готовую продукцию дополнительной очистки закиси-окиси урана до содержания в ней молибдена не более 0,01 масс.%.

Задачей данного изобретения является повышение степени очистки закиси-окиси урана от молибдена.

Поставленная задача и технический результат достигаются способом переработки уран-молибденовой композиции, включающим окисление уран-молибденовой композиции при температуре 750-850°С, растворение композиции в 2-3-молярном растворе щелочи при температуре кипения, отделение раствора от твердого остатка декантацией, растворение твердого остатка в 4-6-молярной азотной кислоте при температуре кипения, в котором согласно данному изобретению после растворения урансодержащего твердого остатка в 4-6-молярной азотной кислоте проводят переочистку раствором щавелевой кислоты из расчета на 1 кг урана 0,75-1,0 кг щавелевой кислоты при температуре 60-80°С в течение 30-40 мин, полученный осадок оксалата уранила промывают 2-3% раствором щавелевой кислоты и отделяют его фильтрованием, после чего прокаливают при температуре 750-850°С.

Сущность заявляемого способа переработки уран-молибденовой композиции заключается в том, что после растворения урансодержащего твердого остатка в 4-6-молярной азотной кислоте проводят переочистку урансодержащего раствора щавелевой кислотой из расчета на 1 кг урана 0,75-1,0 кг щавелевой кислоты при температуре 60-80°С в течение 30-40 мин, что сопровождается протеканием реакции:

UO ₂(NO₃)2+H₂C₂O₄ UO₂C₂O₄ i+2HNO₃

Осадок оксалата уранила (UO₂C₂O₄) промывают 2-3% раствором щавелевой кислоты с целью окончательной очистки конечного продукта от молибдена до содержания менее 0,01 масс.%. В процессе оксалатной очистки молибден комплексуется ионом оксалата с константой устойчивости 2,5-10 и находится в растворе который полностью переходит в маточный раствор и удаляется из осадка оксалата уранила. При этом степень извлечения урана из композиции составляет до 99%.

Параметры процесса переработки уран-молибденовой композиции установлены экспериментально и обеспечивают наиболее эффективную очистку урана от молибдена.

Так соотношение урана и щавелевой кислоты обеспечивает полноту протекания процесса комплексообразования молибдена ионами оксалата. При меньшем (менее 0,75 щавелевой кислоты на 1 кг урана) происходит неполное осаждение урана и недостаточно полное удаление соединений молибдена в виде растворимого комплекса, а избыток (более 1,0 кг кислоты) приводит к образованию растворимых комплексов урана и тем самым к потере продукта с маточным раствором.

Концентрация раствора щавелевой кислоты (2-3%) достаточна, что установлено экспериментально, для эффективной отмывки оксалата уранила от молибдена и примесей.

Температура и время переочистки определяют полноту процесса удаления молибдена, а температура прокаливания определяет чистоту фазового состава получаемой закиси-окиси урана.

Предложенный способ переработки уран-молибденовой композиции иллюстрируется следующим примером.

Пример:

Отходы U-Mo композиции, содержащие 9 масс.% Мо в виде прутков, брикетов, стружки или порошка массой 1,0 кг засыпали ровным слоем в лодочку и помещали в муфельную печь. Печь закрывали и устанавливали проток воздуха 70-100 л/ч по ротаметру. Включали автоматический режим нагрева и с помощью терморегулятора задавали температуру окисления продукта 800±50°С.

Окисление основных компонентов композиции происходило по реакциям:

3U+4O₂=U₃O₈

2Мо+3О₂=2МоО₃

Навеску оксидов урана и молибдена массой 500 г засыпали в реактор из нержавеющей стали объемом 5 л. В реактор заливали 600 мл 2-3-молярного раствора щелочи (NaOH) и нагревали до температуры кипения щелочи. Процесс растворения трехокиси молибдена вели в течение 40-50 мин, что соответствовало реакции:

MoO₃+2NaOH=Na ₂MoO₄+H₂O

Щелочной раствор молибдата натрия отделяли от порошка закиси-окиси урана декантацией и отправляли на утилизацию.

В реактор с порошком закиси-окиси урана заливали - 1,5 л 4-6-молярной азотной кислоты и растворяли его при кипении в течение 50-60 мин. После растворения твердого остатка в раствор добавляли щавелевую кислоту из расчета на 1 кг U урана 0,75-1,0 кг щавелевой кислоты и проводили переочистку урана при температуре 60-80°С в течение 30-40 мин. Полученный при этом осадок оксалата уранила промывали 2-3% раствором щавелевой кислоты, отделяли твердый остаток фильтрованием и прокаливали его при температуре 750-850°С.

Полученный продукт переработки уран-молибденовой композиции - U₃O₈ соответствовал ТУ по содержанию молибдена (<0,01 масс.%).

В таблице приведены примеры осуществления предложенного способа переработки уран-молибденовой композиции на граничные и промежуточные значения параметров, а также на параметры процесса, выходящие за заявленные пределы в сопоставлении с известным способом.

Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный способ переработки уран-молибденовой композиции (примеры 1-3) обеспечивает в сравнении с известным способом (пример 6) повышение степени очистки закиси-окиси урана от молибдена. Осуществление предложенного способа за пределами заявленных параметров (примеры 4, 5) приводит к снижению степени очистки продукта от молибдена.