RU2154691C1

RU2154691C1 - Method of production of crude enriched uranium

Info

Publication number: RU2154691C1
Application number: RU99104689A
Authority: RU
Inventors: В.С. Львов; А.Б. Александров; А.И. Дробяз
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-08-20

Abstract

FIELD: metallurgy; methods of reduction of tetrafluoride of uranium by calcium thermal method. SUBSTANCE: melting is performed in graphite reactor preheated to at least 200 C and enclosed in heat- insulating casing. Preheating the reactor and placing it in heat-insulating casing make is possible to preserve heat and consequently to keep the reaction products in liquid state during the period of time when the most complete separation of uranium and slag takes place, thus excluding complex technology of reworking of uranium chips. EFFECT: possibility of production of uranium ingots without local inclusions of slag; increased yield of enriched uranium. 3 cl, 1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам восстановления тетрафторида урана кальциетермическим способом. The invention relates to metallurgy, and in particular to methods for the reduction of uranium tetrafluoride by a calcium thermal method.

Известен способ получения урана восстановлением тетрафторида урана кальцием (Ю. Н. Сокурский, Я. М. Стерлин "Уран и его сплавы", М., Атомиздат, 1971 г. стр. 33) на заводе Буше во Франции, по которому в реактор загружают спрессованные брикеты из смеси фторида урана и кальциевой стружки, реактор с шихтой промывают чистым аргоном, возбуждают реакцию электрическим запалом, и слиток охлаждают в среде аргона. A known method of producing uranium by reducing uranium tetrafluoride with calcium (Yu. N. Sokursky, Ya. M. Sterlin "Uranium and its alloys", M., Atomizdat, 1971, p. 33) at the Boucher plant in France, by which the reactor is charged compressed briquettes from a mixture of uranium fluoride and calcium chips, the reactor with the charge is washed with pure argon, the reaction is excited by electric fuse, and the ingot is cooled in argon.

Недостатком указанного способа является невозможность получения обогащенного чернового урана. The disadvantage of this method is the inability to obtain enriched crude uranium.

Наиболее близким решением, выбранным за прототип, является способ кальциетермического восстановления тетрафторида урана, приведенный в монографии "Основы металлургии" т. 5, Москва, 1968, Металлургия, стр. 72. Способ включает смешение тетрафторида урана с металлическим кальцием, заполнение тигля аргоном и инициирование плавки электрозапалом. The closest solution selected for the prototype is the method of calcium thermal reduction of uranium tetrafluoride, given in the monograph Fundamentals of Metallurgy, Vol. 5, Moscow, 1968, Metallurgy, p. 72. The method involves mixing uranium tetrafluoride with calcium metal, filling the crucible with argon and initiating melting electrostop.

Недостатком способа является невозможность получения обогащенного чернового урана. The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining enriched crude uranium.

Задача изобретения - получение слитков обогащенного чернового урана без локальных включений шлака, увеличение выхода обогащенного урана в черновой слиток и создание условий для металлургической переработки стружки обогащенного урана. The objective of the invention is the receipt of ingots of enriched crude uranium without local inclusions of slag, increasing the yield of enriched uranium in the rough ingot and creating conditions for metallurgical processing of chips of enriched uranium.

Поставленная задача решается благодаря тому, что плавка проводится в подогретом до температуры не менее 200^oC графитовом реакторе, заключенном в теплоизоляционный кожух.The problem is solved due to the fact that the melting is carried out in a graphite reactor heated to a temperature of at least 200 ^o C, enclosed in a heat-insulating casing.

Указанная совокупность признаков способа является новой и обладает изобретательским уровнем, т. к. подогрев реактора и помещение его в теплоизоляционный кожух позволяют сохранить тепло, благодаря чему продукты реакции находятся в жидком состоянии с течение времени, за которое происходит наиболее полное разделение урана и шлака, а также исключают сложную технологию переработки стружки урана. The specified set of features of the method is new and has an inventive step, because heating the reactor and placing it in a heat-insulating casing allows to keep heat, so that the reaction products are in a liquid state over time, during which the most complete separation of uranium and slag occurs, and also eliminate the complex technology of processing uranium chips.

Получение металлического чернового обогащенного урана путем кальциетермического восстановления тетрафторида урана осуществляется в малых весовых количествах. Obtaining metallic rough enriched uranium by calcium thermal reduction of uranium tetrafluoride is carried out in small weight quantities.

Ограничение массы загружаемых шихтовых материалов приводит процесс восстановления тетрафторида урана к значительному отклонению от нормального адиабатического процесса. Это связано с большими тепловыми потерями, что приводит к уменьшению выхода металла и загрязнению слитков металлического урана шлаком и неметаллическими включениями. По этой же причине невозможно переплавлять металлическую стружку обогащенного урана, образующуюся после механической обработки слитков. В результате стружка направляется на химическую переработку и только после прохождения полного дорогостоящего технологического цикла возвращается в виде тетрафторида урана на восстановительную плавку. The limitation of the mass of charged charge materials leads the reduction of uranium tetrafluoride to a significant deviation from the normal adiabatic process. This is associated with large heat losses, which leads to a decrease in metal yield and contamination of ingots of metallic uranium by slag and non-metallic inclusions. For the same reason, it is impossible to re-melt the metal shavings of enriched uranium formed after machining the ingots. As a result, the chips are sent for chemical processing and only after passing through a full expensive technological cycle is returned in the form of uranium tetrafluoride to reduction smelting.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Пример 1. Example 1

Реактор из графита типа АРВ, состоящий из изложницы 1, проставки 2 и корпуса 3 обмазывают технологической обмазкой, нагревают в печи сопротивления до температуры не менее 200^oC, собирают на теплоизоляционном поддоне 4, закрывают кольцевым теплоизоляционным кожухом 5 и заполняют аргоном.An ARV-type graphite reactor consisting of mold 1, spacers 2 and body 3 is coated with technological grease, heated in a resistance furnace to a temperature of at least 200 ^o C, collected on a heat-insulating tray 4, closed with an annular heat-insulating casing 5 and filled with argon.

Затем засыпают 6 кг тетрафторида урана, смешанного с 1900 г металлического кальция. Then 6 kg of uranium tetrafluoride mixed with 1900 g of calcium metal are filled up.

Сверху насыпают 20-30 г порошка металлического титана и инициируют плавку электрозапалом. From above, 20-30 g of titanium metal powder is poured and initiating melting with an electric fuse.

Время до застывания слитка составляет 3-5 часов, что является достаточным для полного разделения урана и шлака. The time before solidification of the ingot is 3-5 hours, which is sufficient for the complete separation of uranium and slag.

Оснастку разбирают и отделяют металл от шлака. The equipment is dismantled and the metal is separated from the slag.

Получают 4-4,5 кг металла с массовой долей урана 95%. 4-4.5 kg of metal with a mass fraction of uranium of 95% are obtained.

Пример 2. Example 2

На картонный диск, помещенный на изложницу, послойно засыпают 0.75-1.0 кг стружки металлического урана, 3 кг тетрафторида урана, смешанного с металлическим кальцием, 0,75-1,0 кг стружки металлического урана, 3 кг тетрафторида урана, смешанного с металлическим кальцием. 0.75-1.0 kg of uranium metal shavings, 3 kg of uranium tetrafluoride mixed with metallic calcium, 0.75-1.0 kg of uranium metal shavings, 3 kg of uranium tetrafluoride mixed with metallic calcium are poured onto a cardboard disk placed on the mold.

Инициируют плавку порошком металлического титана с помощью электрозапала. Initiate melting with a powder of titanium metal using an electric valve.

Охлаждают и отделяют металл от шлака. Cool and separate the metal from the slag.

Таким образом предлагаемый способ увеличивает выход обогащенного урана в черновой слиток и создает условия для металлургической переработки стружки обогащенного урана. Thus, the proposed method increases the yield of enriched uranium in a rough ingot and creates conditions for metallurgical processing of enriched uranium shavings.

Claims

1. A method of producing crude enriched uranium, comprising mixing uranium tetrafluoride with calcium metal, initiating smelting with electric fuse, melting the charge in argon, characterized in that the smelting is carried out in a preheated reactor placed in a heat-insulating jacket.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reactor is heated to a temperature of at least 200 ^o C.

3. The method according to claim 1, characterized in that chips of enriched uranium metal are introduced into the charge.