Пирометаллургические методы переработки ОЯТ
Многие элементы в высоких степенях окисления способны образовывать не только летучие фториды, но и летучие хлориды. Поэтому хлорирование ОЯТ и перегонка образовавшихся хлоридов позволяет разделять элементы. Последовательность отгонки хлоридов отличается от аналогичной последовательности для фторидов, например, можно сначала отогнать ZrCl3 и SnCl3, поскольку они имеют относительно низкие… Читать ещё >
Пирометаллургические методы переработки ОЯТ (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Пирометаллургические методы переработки ОЯТ: дистилляция, экстракция солями и экстракция расплавленными металлами в настоящее время ещё находятся в стадии разработки.
Пирометаллургия — совокупность металлургических процессов, протекающих при высоких температурах. Это отрасль металлургии, связанная с получением и очищением металлов и сплавов при высоких температурах.
Пирометаллургические методы для переведения в раствор твёрдых веществ используют не водные или органические растворители, а расплавы солей (например, LiCl+KCl, LiF+CaF2 и др.) и металлов (Cd, Bi, Mg и др.). Перспективно их применение для переработки ОЯТ с высокой степенью выгорания. Такое топливо можно начинать перерабатывать практически сразу после извлечения из реактора, в горячем состоянии, т. е. его не надо подвергать длительному хранению и остыванию с последующим нагревом. Пирометаллургические методы не используют растворители, содержащие водород и углерод, т. е. элементы — замедлители нейтронов. Их присутствие уменьшает критическую массу растворов и может привести к серьёзным авариям. К тому же тритий и ‘"С входят в состав молекул растворителя и их потом трудно удалить при регенерации растворителя. К преимуществам также относится то, что в ходе волоксидации из ОЯТ можно удалить 99% трития. Оборудование компактно, что позволяет осуществить переработку прямо на АЭС, избежав транспортировку' ОЯТ и связанных с ней проблем безопасности. Объём высокоактивных отходов здесь существенно меньше, чем в водных методах.
К недостатку пирометаллургического метода относятся трудности с переводом продуктов переработки ОЯТ в стеклообразную форму.
На первом этапе переработки ОЯТ нагрев отработанного оксидного топлива в инертной атмосфере или вакууме при температурах 700-г-юоо0 удаляет несколько летучих элементов. Особенно важным является извлечение цезия, поскольку половина тепла выделяемого ОЯТ в течение юо лет хранения генерируется изотопом wCs (большая часть второй половины связана с ^°Sr, который прогревом не удаляется).
На втором этапе ОЯТ обрабатывают фтором, который активно взаимодействует с оксидами, причём выделение тепла при реакции способствует развитию химических процессов. Уран, составляющий большую часть топлива, переходит в летучий UFe. Технеций — важный продукт деления урана — также переходит в летучий фторид. Во фториды переходят и некоторые другие элементы, содержащиеся в ОЯТ. Летучие фториды отделяют от избытка фтора методом конденсации, после чего фториды разделяют фракционной перегонкой. Плутоний и часть урана оседают (образующаяся U-Pu смесь годится для изготовления МОКС-топлива). Дальнейшее фторирование осадка отгоняет весь U, Np и Pu в виде летучих фторидов, а Ат и Cm не образуют летучие фториды и остаются в осадке. Там же остаются благородные металлы, которые вообще не образуют фторидов. Перегонка остатка при более высоких температурах отделяет низкокипящие фториды переходных металлов и щелочных металлов (Cs, Rb) от высококипящих фторидов лантанидов и щёлочно-земельных металлов (Sr, Ва) и иттрия. Температура довольно высока, но может быть несколько снижена, если перегонку вести в вакууме.
Летучие фториды используют для удаления элементов с валентностью 5 или больше: U, Np, Pu, металлоиды (Те и As), неметаллы (Se), галогены (J2 и Вг2), переходные металлы (Nb, Mo, Тс, Ru, Rd). Благородные газы (ксенон, криптон) летучи и без фторирования. При обычных температурах они не конденсируются. Фторированием не удаляются щелочные (Cs, Rb), щёлочноземельные металлы (Sr, Ва), лантаниды, некоторые актиниды (Am, Cm) и переходные металлы (Y, Zr, Pd, Ag, Cd), а также Sn и In.
Многие элементы в высоких степенях окисления способны образовывать не только летучие фториды, но и летучие хлориды. Поэтому хлорирование ОЯТ и перегонка образовавшихся хлоридов позволяет разделять элементы. Последовательность отгонки хлоридов отличается от аналогичной последовательности для фторидов, например, можно сначала отогнать ZrCl3 и SnCl3, поскольку они имеют относительно низкие температуры кипения (3310 и 114,1°, соответственно). Таким образом, можно удалить оболочку ТВЭЛа вместо того, чтобы прибегать к механическому сдиранию. При необходимости хлориды легче, чем фториды, преобразовать в оксиды. Хлориды, оставшиеся после испарения, разделяют, используя их различные растворимости в воде: хлориды Am, Cm, РЗЭ и Sr более растворимы, чем хлориды U, Np, Pu и Zr.
Из расплавленного урана Pu можно экстрагировать жидким Mg, Ag, Се или La, которые не смешиваются с жидким ураном. Магний можно отделить от плутония возгонкой. При использовании серебра последующее отделение плутония затруднительно, его лучше отделять дистилляцией. Церий и лантан также можно применять как возможные экстрагенты.