Навигация
3.3 Переработка руды
Извлеченная из земли урановая руда содержит рудные минералы и пустую породу. Дальнейшая задача состоит в том, чтобы руду переработать – отделить полезные минералы от пустой породы и получить химические концентраты урана. Обязательные стадии при получении урановых химических концентратов – дробление и измельчение исходной руды, выщелачивание (перевод урана из руды в раствор). Очень часто перед выщелачиванием руду обогащают – различными физическими методами увеличивают содержание урана.
3.4 Аффинаж
На всех этапах переработки урановых руд происходит определенная очистка урана от сопутствующих ему примесей.
Однако полной очистки достичь не удается. Некоторые концентраты содержат всего 60 – 80%, другие 95 – 96% оксида урана, а остальное – различные примеси. Такой уран не пригоден в качестве ядерного топлива. Следующая обязательная стадия ядерного топливного цикла – аффинаж, в котором завершается очистка соединений урана от примесей и особенно от элементов, обладающих большим сечением захвата нейтронов (гафний, бор, кадмий и т.д.).
Методы аффинажа урана разнообразны. Наибольшее распространение получили следующие способы очистки:
– пероксидный (выделение пероксида урана UO4•H2O из раствора уранилнитрата UO2(NO3)2 под действием пергидроля H2O2);
– карбонатный (добавляют бикарбонат аммония NH4HCO3,уран осаждают в виде очень устойчивого комплексного соединения – уранилтрикарбоната аммония);
– экстракционный растворителями (урановая руда удаляется из щелока от выщелачивания подкисленной породы при помощи смеси растворителей).
Прокаливание полученных при аффинаже осадков урановых солей позволяет получить чистые оксиды урана. Важнейшие промежуточные продукты уранового производств – UO3, U3O8.
3.5 Обогащение урана
Современная ядерная энергетика с реакторами на тепловых нейтронах базируются на слабообогащенном (2 – 5%) урановом топливе. В реакторе на быстрых нейтронах используется уран с еще большим содержанием урана-235 (до 93%). Следовательно прежде чем изготавливать топливо природный уран, содержащий только 0,72% урана-235, необходимо обогатить – разделить изотопы урана-235 и урана-238. Химические реакции слишком малочувствительны к атомной массе реагирующих элементов. Поэтому они не могут быть использованы для обогащения урана; необходимы физические методы разделения изотопов.
Основные используемые методы разделения изотопов:
• Электромагнитное разделение.
• Газовая диффузия.
• Жидкостная термодиффузия.
• Газовое центрифугирование.
• Аэродинамическая сепарация.
• Химическое обогащение.
• Дистилляция.
• Электролиз.
В настоящее время основным, а до недавнего времени единственным, промышленным методом производства обогащенного урана был газодиффузионный.
Этот метод использует различие в скоростях движения различных по массе молекул газа. Вещество должно находиться в газообразном состоянии.
Принцип действия представлен на рисунке 2.
При различных скоростях движения молекул, если заставить их двигаться через тонкую трубочку, более быстрые и легкие обгонят более тяжелые. Для этого трубка должна быть настолько тонка, чтобы молекулы двигались по ней поодиночке. Таким образом, ключевой момент здесь – изготовление пористых мембран для разделения. Они должны не допускать утечек, выдерживать избыточное давление.
Для некоторых легких элементов степень разделения может быть достаточно велика, но для урана - только 1.00429 (выходной поток каждой ступени обогащается в 1.00429 раза). Поэтому газодиффузионные обогатительные предприятия – огромные по размерам, состоят из тысяч ступеней обогащения.
В 1980 г. на долю газодиффузионных заводов приходилось 98% всех мощностей по обогащению. В последние годы получает все большее распространение конкурирующий с ним центробежный метод, основанный на использовании высокоскоростных газовых центрифуг. В обоих методах применяют уран в виде гексафторида UF6. Гексафторид урана обладает интересными и важными для технологии физическими свойствами. Во-первых, UF6 — единственное урансодержащее вещество, существующее при обычной температуре, но при пониженном давлении в газообразном состоянии. Во-вторых, гексафторид урана при обычных условиях легко возгоняется, т.е. превращается в газ из твердого состояния, минуя жидкую фазу.
Обогащение урана методом газовой диффузии основано на явлении молекулярной диффузии через пористую перегородку с мельчайшими отверстиями. В замкнутом пространстве при тепловом равновесии все молекулы газовой смеси обладают одной и той же кинетической энергией. Менее тяжелые молекулы 235UF6 обладают большей средней скоростью теплового движения и поэтому чаще ударяются о перегородку, чем более тяжелые молекулы 235UF6. В результате через отверстия перегородки чаще будут проникать (диффундировать) более легкие молекул 235UF6. Соответственно молекулы тяжелого изотопа будут концентрироваться перед перегородкой.
Метод газовой диффузии чрезвычайно дорогостоящий, так как требует огромных площадей и большого количества достаточно сложного оборудования. Кроме того, газодиффузионные заводы потребляют очень много электроэнергии.
Как и в любом другом технологическом процессе, при обогащении урана существуют некоторые материальные потери продукта, В частности, несколько десятых частей процента общей массы обогащаемого урана остается внутри разделительного оборудования и трубопроводов, накапливаясь в виде твердых отложений. При остановках и ремонтах разделительных установок твердые отложения, конечно же, извлекаются из технологического оборудования. Эти потери неизбежны и их заранее предусматривают.
Несмотря на то, что потери продукта малы, они существенны с точки зрения обеспечения радиационной безопасности на заводах.
В настоящее время отвал поступает для хранения на склады до того времени, когда его можно будет использовать как воспроизводящий материал в реакторах-размножителях для производства плутония.
Похожие работы
... создания определенной базы компетентности в области ядерной науки и техники, которые повысили возможности Кубы в области национальной энергетики и науки[9]. Глава 3. Состояние ядерной энергетики в странах региона 3.1 Аргентина Среди стран Латинской Америки Аргентина обладает наиболее развитой ядерной промышленностью. Страна располагает надежной сырьевой базой для развития атомной энергетики ...
... . И все же целесообразность строительства и эксплуатации АЭС часто ставят под сомнение из-за вредного воздействия радиоактивных веществ на окружающую среду и человека. Мировой опыт и перспективы развития ядерной энергетики По данным МАГАТЭ, в настоящее время более 18% электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится на ядерных реакторах, которые, к тому же, в отличие от электростанций, ...
... предпринимать для ограничения облучения, если общественные издержки невелики; во-вторых, следует выработать принципы оценки размеров радиационной опасности при данных уровнях облучения» Облучение от контролируемых источников Если источник облучения контролируется, например ядерный реактор при нормальных условиях работы, то регулированием режима работы оборудования можно добиться того, чтобы ...
... и участие в целом комплексе оборонных блоков и соглашений с приграничными государствами. 2. СТАНОВЛЕНИЕ СУВЕРЕННОГО КАЗАХСТАНА И ЕГО МЕСТО В ФОРМИРОВАНИИ СОВРЕМЕННОЙ СТРАТЕГИИ ЯДЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 2.1 Ядерное наследство СССР и Казахстан Рассматриваемый период, начиная от закрытия Семипалатинского полигона, охватывает 1990 – 1995 годы, когда политическая обстановка в республике находилась ...
0 комментариев