[go: up one dir, main page]

RU2371792C2 - Method and plant for recycling of spent nuclear fuel - Google Patents

Method and plant for recycling of spent nuclear fuel Download PDF

Info

Publication number
RU2371792C2
RU2371792C2 RU2007131674A RU2007131674A RU2371792C2 RU 2371792 C2 RU2371792 C2 RU 2371792C2 RU 2007131674 A RU2007131674 A RU 2007131674A RU 2007131674 A RU2007131674 A RU 2007131674A RU 2371792 C2 RU2371792 C2 RU 2371792C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
condensation
products
plutonium
fuel
Prior art date
Application number
RU2007131674A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007131674A (en
Inventor
Леонид Георгиевич Бабиков (RU)
Леонид Георгиевич Бабиков
Сергей Павлович Распопин (RU)
Сергей Павлович Распопин
Original Assignee
Леонид Георгиевич Бабиков
Сергей Павлович Распопин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Леонид Георгиевич Бабиков, Сергей Павлович Распопин filed Critical Леонид Георгиевич Бабиков
Priority to RU2007131674A priority Critical patent/RU2371792C2/en
Publication of RU2007131674A publication Critical patent/RU2007131674A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2371792C2 publication Critical patent/RU2371792C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: fuel systems. ^ SUBSTANCE: invention is related to recycling of return nuclear fuel (RNF) and materials of blanket region (BR) of fast breeder reactors (FBR) for their multiple use with the possibility to adjust content in creation of a new fuel composition. Initial chemical state of processed material may vary: oxides, nitrides, metals and alloys. Method represents a combination of serial processes of chemical transformation of radiated nuclear fuel (RNF): fluoridation with gaseous fluorine and extraction of main uranium mass; transition of fluoridation remains into oxides (pyrohydrolysis); - chlorination of oxides in recovery conditions with group separation of plutonium chlorides, uranium (left in process of fluoridation) and fission products. Further "plutonium" and "uranium" fraction, and also fraction containing fission products (and, possibly, minor-actinides), are used each separately in various processes according to available methods. Earlier produced uranium hexafluoride, with low boiling fluorides of fission products, is cleaned from the latter and used, according to objectives of processing, also by available methods. Using waterless processes with application of salt melts, suggested version makes it possible to realise continuous highly efficient processes of fuel components production, moreover, it is stipulated to carry out preparation stages in continuous mode. Plant for processing of spent nuclear fuel containing uranium and plutonium includes three serially installed devices: fluoridiser; pyrohydrolysis device; chlorinator-condensator-granulator device. Two last devices are of flame type. The last of devices represents a pipe with a central element, in which lines of inlet product and reagents supply are installed. In lower part there is an expansion in the form of pear with a flame burner along its axis, and medium part has a row of conical shelves inside, between which there are nozzles with pipelines for chlorides outlet. Nozzle for chlorides outlet is also arranged in lower point of pear-like part. Nozzle for exhaust of non-condensed gases is provided in upper part. Granulator is arranged as reservoir with low boiling incombustible liquid, and to produce drops, capillaries are provided at pipeline ends. ^ EFFECT: highly efficient method for processing of spent nuclear fuel of practically any composition from thermal reactors and fast breeder reactors, blanket region of fast breeder reactors and some other types of reactors with the possibility to produce several other types of fuel compositions. ^ 19 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к регенерации (переработке) оборотного ядерного топлива (ОЯТ) и материалов зоны воспроизводства (3В) реакторов на быстрых нейтронах (РБН) для их неоднократного использования с возможностью корректирования состава при формировании новой топливной композиции. Исходное химическое состояние перерабатываемых материалов может быть различным: оксиды, нитриды, металлы и сплавы.The invention relates to the field of nuclear energy, in particular to the regeneration (reprocessing) of recycled nuclear fuel (SNF) and materials of the reproduction zone (3B) of fast neutron reactors (RBN) for their repeated use with the possibility of adjusting the composition when forming a new fuel composition. The initial chemical state of the processed materials may be different: oxides, nitrides, metals and alloys.

Классический (водный) способ переработки ОЯТ [Химическая технология облученного ядерного горючего. Под ред. В.В.Шевченко. - М., Атомиздат, 1971] широко известен и наряду с достоинствами имеет два важнейших недостатка:The classical (water) method for processing spent nuclear fuel [Chemical technology of irradiated nuclear fuel. Ed. V.V.Shevchenko. - M., Atomizdat, 1971] is widely known and, along with advantages, has two major disadvantages:

- большой объем жидких отходов (большие затраты на их перевод в менее опасное состояние);- a large amount of liquid waste (high costs of their transfer to a less dangerous state);

- низкая радиационная стойкость применяемых водной и органической сред (невозможность работы с малоохлажденным ОЯТ, дополнительная пожаро- и взрывоопасность).- low radiation resistance of the applied aqueous and organic media (inability to work with low-cooled SNF, additional fire and explosion hazard).

Известен фторидногазовый способ переработки ОЯТ [Jonke А.А. Reprocessing of nuclear Reactor Fuels by Processes, based on Volatilization, fractional Distillation and selective Adsorption. Atomic Energy Review, V.3, №1, 1965], заключающийся во фторировании измельченного оксидного ОЯТ, переводе всего количества U и Pu совместно с многими элементами - продуктами деления (ПД) в летучие низкокипящие фториды (НКФ). Далее U и Pu освобождают от этих НКФ (проводят их очистку). В дальнейшем совместно или раздельно очищенные гексафториды U и Pu могут быть использованы по разным сценариям:Known fluoride-gas method of processing spent nuclear fuel [Jonke A.A. Reprocessing of nuclear Reactor Fuels by Processes, based on Volatilization, fractional Distillation and selective Adsorption. Atomic Energy Review, V.3, No. 1, 1965], which consists in the fluorination of crushed oxide SNF, the conversion of the total amount of U and Pu together with many elements - fission products (PD) into volatile low boiling fluorides (NFC). Next, U and Pu are freed from these NKF (carry out their cleaning). Further, together or separately purified hexafluorides U and Pu can be used in different scenarios:

- дообогащение по изотопу 235U;- enrichment of the isotope 235 U;

- раздельная переработка в диоксиды (в т.ч. методом пирогидролиза);- Separate processing into dioxides (including the method of pyrohydrolysis);

- совместное превращение в топливо (МОКС, в т.ч. методом пирогидролиза).- joint conversion to fuel (MOX, including the method of pyrohydrolysis).

Способ характеризуется высокой производительностью на головной стадии (фторирование, отделение урана и других НКФ от нелетучих высококипящих «остатков» фторирования - (ВКОФ)), возможностью без промежуточных превращений проводить коррекцию изотопного состава урана с последующим переводом гексафторида урана методом пирогидролиза в диоксид, пригодный для производства твэлов как по технологии виброуплотнения (гранулированый), так и по «таблеточной» технологии («пушенка»).The method is characterized by high productivity at the head stage (fluorination, separation of uranium and other NKF from non-volatile high-boiling fluorination “residues” (VKOF)), the ability to conduct correction of uranium isotope composition without intermediate transformations, followed by conversion of uranium hexafluoride by pyrohydrolysis into dioxide suitable for production fuel rods both according to the technology of vibration compaction (granular) and by the “tablet” technology (“cannon”).

Недостатки обсуждаемого способа:The disadvantages of the discussed method:

1) термическая и радиационная неустойчивость гексафторида плутония, которые приводят к образованию отложений твердого PuF4 в используемом оборудовании и трубопроводах, что затрудняет их обслуживание, снижает производительность и повышает радиационную опасность;1) thermal and radiation instability of plutonium hexafluoride, which lead to the formation of deposits of solid PuF 4 in the equipment and piping used, which complicates their maintenance, reduces productivity and increases the radiation hazard;

2) термодинамические свойства фторидов урана и плутония таковы, что равновесие PuF6+UF4→PuF4+UF6 сильно сдвинуто вправо, то есть только после полного перевода урана в газовую фазу возможен перевод в газовую фазу плутония, причем для полного превращения плутония в гексафторид требуется значительный избыток фтора.2) the thermodynamic properties of uranium and plutonium fluorides are such that the equilibrium of PuF 6 + UF 4 → PuF 4 + UF 6 is strongly shifted to the right, that is, only after complete conversion of uranium to the gas phase is it possible to transfer plutonium to the gas phase, moreover, to completely transform plutonium into hexafluoride requires a significant excess of fluoride.

Может быть реализован вариант, по которому плутоний не фторируют до гексафторида, оставляя его в сумме ВКОФ в виде PuF4, для этого не переводят в газовую фазу некоторую долю урана (доли процента). Затем с гексафторидом урана поступают, как и в предыдущем примере-аналоге, а ВКОФ переводят в расплав солей, далее Pu может быть очищен от ПД пирохимическим способом и извлечен в виде PuO2 [В.Ф.Горбунов и др. Журнал «Радиохимия», т.18, вып.1, с.109-114, 1976] или другими известными способами.A variant can be implemented in which plutonium is not fluorinated to hexafluoride, leaving it in the total amount of VKOF in the form of PuF 4 ; for this, some fraction of uranium (a fraction of a percent) is not transferred to the gas phase. Then, uranium hexafluoride is supplied, as in the previous analogue example, and VKOF is converted to molten salts, then Pu can be purified from PD by the pyrochemical method and extracted in the form of PuO 2 [V.F. Gorbunov et al. Journal of Radiochemistry, t.18, issue 1, p.109-114, 1976] or other known methods.

Недостатком этого способа является низкая производительность извлечения и очистки Pu, невозможность непосредственного использования выделенного PuO2 в технологии виброуплотнения, а также ограниченность вариантов его перевода в другие топливные композиции, кроме оксида: металл (сплав), нитрид (негибкость технологии).The disadvantage of this method is the low productivity of Pu extraction and purification, the impossibility of directly using the extracted PuO 2 in vibration compaction technology, as well as the limited options for its transfer to other fuel compositions, except for oxide: metal (alloy), nitride (rigidity of the technology).

Известен способ переработки ОЯТ с использованием расплавленных хлоридов щелочных металлов [A.V.Bychkov, S.K.Vavilov, O.V.Skiba, P.T.Porodnov et al. Pyroelectrochemical Reprocessing of Irradiated FBR MOX Fuel. III. Experiment on High Burn-Up Fuel of the BOR-60 Reaktor. Proc. Int. Confer, on Fut. Nucl. Syst. GLOBAL'97. Oct.5-10, 1997, Yokohama, Japan], включающий растворение измельченного оксидного ОЯТ барботированием газообразного хлора. Далее проводят:A known method of processing spent nuclear fuel using molten alkali metal chlorides [A.V. Bychkov, S.K.Vavilov, O.V. Skiba, P.T. Porodnov et al. Pyroelectrochemical Reprocessing of Irradiated FBR MOX Fuel. III. Experiment on High Burn-Up Fuel of the BOR-60 Reaktor. Proc. Int. Confer, on Fut. Nucl. Syst. GLOBAL'97. Oct.5-10, 1997, Yokohama, Japan], comprising dissolving the ground oxide SNF by bubbling chlorine gas. Then carry out:

- разделительный электролиз с выделением на катоде некоторой доли U в виде UO2 с частичным (или полным) включением электроположительных ПД: Zr, Nb, Mo, Тс, Ru, Rh, Pd, Ag;- separation electrolysis with the allocation at the cathode of a fraction of U in the form of UO 2 with a partial (or full) inclusion of electropositive PD: Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag;

- окисление расплава с последующей объемной кристаллизацией PuO2;- melt oxidation followed by bulk crystallization of PuO 2 ;

- электролиз доизвлечения U (в виде UO2) с ПД (часть РЗЭ) и компонентами конструкционных материалов (ККМ);- electrolysis of the extra recovery of U (in the form of UO 2 ) with PD (part of REE) and components of structural materials (CCM);

- регенерация расплава для его повторного применения (с использованием фосфата натрия), в расплаве остаются ПД: Sr, Ва, Cs.- melt regeneration for its reuse (using sodium phosphate), PD remains in the melt: Sr, Ва, Cs.

Недостатками обсуждаемого способа являются:The disadvantages of the discussed method are:

- перевод U в некондиционное состояние (что неприемлемо для ОЯТ энергетических реакторов на тепловых нейтронах (РТН) и ЗВ РБН);- transfer of U to a substandard state (which is unacceptable for spent nuclear fuel of thermal neutron reactors (RTN) and RB RB);

- низкая производительность из-за периодичности процесса, операции которого (в несколько стадий) проводят в одном аппарате, ванна которого имеет короткий срок службы;- low productivity due to the periodicity of the process, the operations of which (in several stages) are carried out in one apparatus, the bath of which has a short service life;

- отсутствие других вариантов выделения Pu, кроме объемной кристаллизации PuO2 (негибкость технологии).- the absence of other options for the allocation of Pu, except for bulk crystallization of PuO 2 (inflexibility of the technology).

Из доступных источников известно, что при хлорировании (высокая температура, наличие восстановителя) любые оксиды и смеси оксидов можно перевести в хлориды [Краткая химическая энциклопедия / Под ред. И.Л.Кнунянца, Г.Я.Бахаровского, А.И.Бусева и др. М.: Советская энциклопедия, 1963]. Известно, что образующиеся хлориды обладают существенно различной температурой кипения (конденсации) в диапазоне более 1500 градусов [Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: АН УССР, 1967. С.40]. Можно представить процесс, по которому оксиды (ОЯТ) хлорируют, пары хлоридов направляют в протяженный конденсатор, в котором по мере снижения температуры осаждаются все более низкокипящие хлориды. Однако техническое решение, позволяющее с высокой производительностью проводить хлорирование оксидов и непрерывно выводить из конденсатора разделенные (полностью или частично) хлориды, не найдено.From available sources it is known that during chlorination (high temperature, the presence of a reducing agent), any oxides and mixtures of oxides can be converted to chlorides [Brief Chemical Encyclopedia / Ed. I.L. Knunyantsa, G.Ya. Bakharovsky, A.I. Busev, etc. M .: Soviet Encyclopedia, 1963]. It is known that the resulting chlorides have a significantly different boiling point (condensation) in the range of more than 1500 degrees [Goronovsky I.T., Nazarenko Yu.P., Nekryach E.F. A quick reference to chemistry. Kiev: AN USSR, 1967. P.40]. One can imagine the process by which oxides (SNF) are chlorinated, chloride pairs are sent to an extended condenser, in which increasingly low-boiling chlorides precipitate as the temperature decreases. However, a technical solution that allows high-performance chlorination of oxides and continuously removed from the condenser separated (in whole or in part) chlorides was not found.

Техническим результатом изобретения (целью) является разработка высокопроизводительного способа переработки ОЯТ практически любого состава (оксиды, нитриды, металлические сплавы) из РТН, РБН, зоны воспроизводства РБН и некоторых других типов реакторов с возможностью производства также нескольких видов топливных композиций (оксиды, нитриды, в том числе U-Pu топливо на основе механической смеси, металлы и сплавы).The technical result of the invention (goal) is the development of a high-performance method for processing spent nuclear fuel of almost any composition (oxides, nitrides, metal alloys) from RTN, RBN, the reproduction zone of RBN and some other types of reactors with the possibility of producing several types of fuel compositions (oxides, nitrides, including U-Pu fuel based on a mechanical mixture, metals and alloys).

Сущность изобретения заключается в том, что на начальной стадии процесса переработки измельченное топливо фторируют, при этом U частично оставляют в ВКОФ, в этом случае по термодинамическим свойствам Pu остается в «нелетучем» состоянии. Основную массу U в виде гексафторида и все НКФ ПД направляют на «урановый» передел, где проводят очистку гексафторида известными способами, при необходимости проводят коррекцию изотопного состава и в зависимости от задачи производят топливные композиции (оксид, нитрид, металл, сплавы) известными способами (предпочтительно в непрерывном режиме).The essence of the invention lies in the fact that at the initial stage of the processing process, the crushed fuel is fluorinated, while U is partially left in VKOF, in this case Pu remains in a “non-volatile” state due to the thermodynamic properties. The bulk of U in the form of hexafluoride and all NKF PD are sent to the “uranium” redistribution, where the hexafluoride is purified by known methods, if necessary, the isotopic composition is corrected and, depending on the task, fuel compositions (oxide, nitride, metal, alloys) are produced by known methods ( preferably in continuous mode).

ВКОФ, в т.ч. фториды Pu, МА и ПД передают (пневмотранспортом или «самотеком») на пирогидролиз (в пламенном аппарате) с целью конверсии снова в оксиды по обобщенной реакцииVKOF, including fluorides Pu, MA, and PD are transferred (by pneumatic transport or by gravity) to pyrohydrolysis (in a flame apparatus) for the purpose of conversion again to oxides by a generalized reaction

Figure 00000001
Figure 00000001

где n - коэффициент для определения стехиометрии;where n is the coefficient for determining stoichiometry;

Q1 - тепловой эффект реакции, кДж/моль.Q 1 is the thermal effect of the reaction, kJ / mol.

Поскольку тепла Q1 для протекания реакции может быть недостаточно, предусмотрено получать дополнительное тепло по реакцииSince the heat Q 1 for the reaction may not be enough, it is envisaged to obtain additional heat from the reaction

Figure 00000002
Figure 00000002

где Q2 - тепловой эффект реакции, кДж/моль.where Q 2 is the thermal effect of the reaction, kJ / mol.

Вклад реакции (2) (вплоть до 100%) определяют в зависимости от производительности и регулируют подачей реагентов. Реакция горения водорода в кислороде сама по себе легко управляема и может служить «дежурной», поддерживая аппарат в «режиме ожидания», когда отсутствует подача входного продукта и реагентов.The contribution of reaction (2) (up to 100%) is determined depending on the productivity and is regulated by the supply of reagents. The reaction of burning hydrogen in oxygen by itself is easily controllable and can serve as a “standby”, supporting the apparatus in “standby mode” when there is no supply of input product and reagents.

Избыточные реагенты и газообразные продукты реакции не являются отходами, поскольку могут быть разделены известными способами и использованы вновь. Фтористый водород, кислород и водород можно легко разделить ступенчатым охлаждением и вернуть в цикл [например, см. Пат.1716574 РФ. Способ очистки хлорсодержащих газов от радиоактивных аэрозольных частиц актиноидов / Р.К.Газизов, Л.Г.Бабиков, А.Ф.Сироткин и др. // БИ, 1992. №8; Пат.2071805 РФ. Способ конденсации хлора из отходящих газов и устройство для его осуществления / Р.К.Газизов, Л.Г.Бабиков, А.Ф.Сироткин и др. // БИ, 1997. №2].Excess reagents and gaseous reaction products are not waste, since they can be separated by known methods and used again. Hydrogen fluoride, oxygen and hydrogen can be easily separated by step cooling and returned to the cycle [for example, see Pat. 1716574 of the Russian Federation. The method of purification of chlorine-containing gases from radioactive aerosol particles of actinides / R.K.Gazizov, L.G. Babikov, A.F. Sirotkin and others // BI, 1992. No. 8; Pat. 2071805 of the Russian Federation. A method of condensation of chlorine from exhaust gases and a device for its implementation / R.K.Gazizov, L.G. Babikov, A.F. Sirotkin and others // BI, 1997. No. 2].

Оксиды направляют (пневмотранспортом или «самотеком») на стадию хлорирования (восстановительного в пламенном аппарате) по обобщенной реакцииOxides are sent (by pneumatic transport or "gravity") to the stage of chlorination (reduction in a flame apparatus) according to a generalized reaction

Figure 00000003
Figure 00000003

где n и m - коэффициенты для определения стехиометрии;where n and m are the coefficients for determining stoichiometry;

Q3 - тепловой эффект реакции, кДж/моль.Q 3 is the thermal effect of the reaction, kJ / mol.

Выделяемого по реакции тепла Q3 может быть недостаточно, для увеличения выделения тепла следует использовать реакциюThe heat generated by the reaction Q 3 may not be enough; to increase the heat generation, use the reaction

Figure 00000004
Figure 00000004

где Q4 - тепловой эффект реакции, кДж/моль.where Q 4 is the thermal effect of the reaction, kJ / mol.

Поскольку во входном оксидном продукте будет присутствовать UO2, при его хлорировании в присутствии Cl2, кроме UCl4, могут образовываться UCl5 и UCl6.Since UO 2 will be present in the input oxide product, when chlorinated in the presence of Cl 2 , in addition to UCl 4 , UCl 5 and UCl 6 can form.

Для регулирования окислительно-восстановительной среды в зоне реакции можно использовать варианты:To regulate the redox environment in the reaction zone, you can use the options:

- увеличение доли Н2 в реакции (4);- an increase in the proportion of H 2 in reaction (4);

- добавка UCl3, U(мет) или UH3 (все - в мелкодисперсном состоянии);- the addition of UCl 3 , U (meth) or UH 3 (all in a finely divided state);

- добавка Na в парообразном состоянии.- Additive Na in a vapor state.

Добавки (кроме UCl3) также вносят свой тепловой эффект Qдоб.Additives (except for UCl 3 ) also contribute to the heat effect Q add .

Напротив, для повышения окислительных способностей среды можно увеличивать добавку Cl2 (уменьшать долю Н2 в реакции (4)).On the contrary, to increase the oxidizing abilities of the medium, it is possible to increase the addition of Cl 2 (to reduce the proportion of H 2 in reaction (4)).

Как и горение водорода в кислороде, реакция (4) легко управляема и также может служить «дежурной», поддерживая аппарат в «режиме ожидания», когда отсутствует подача входного продукта и реагентов.Like the combustion of hydrogen in oxygen, reaction (4) is easily controllable and can also serve as a “standby”, maintaining the apparatus in “standby mode” when there is no supply of input product and reagents.

При некоторых задачах стадия «хлорирование-конденсация» может играть роль головной, т.е. на стадию хлорирования может поступать исходное оксидное ОЯТ (после измельчения: химического для ОЯТ РТН, а также уранового ОЯТ и материала ЗВ РБН; механического - для смешанного ОЯТ РБН), тогда «роли» урановой составляющей и низкокипящих хлоридов (НКХ) ПД будут доминировать.For some tasks, the stage of “chlorination-condensation” can play a leading role, i.e. The initial oxide SNF can come to the chlorination stage (after grinding: chemical for SNF RTN, as well as uranium SNF and RB RB material; mechanical - for mixed SNF RBN), then the “role” of the uranium component and low boiling chlorides (NLC) of PD will dominate.

Высококипящие хлориды (ВКХ) ПД и компонентов конструкционных материалов (ККМ) (даже с учетом их совместного сплавления) при рабочей температуре реакции (3) могут оставаться в твердом состоянии. Для их перевода в жидкое состояние (для вывода из зоны реакции) предусматривается либо уже упомянутая добавка Na, который переводится в NaCl, либо непосредственно добавка NaCl в зону реакции. Возможны варианты:High boiling chlorides (WCC) of PD and components of structural materials (CCM) (even taking into account their joint fusion) at the working temperature of reaction (3) can remain in the solid state. To transfer them to a liquid state (for withdrawal from the reaction zone), either the already mentioned addition of Na, which is converted to NaCl, or directly the addition of NaCl to the reaction zone, is provided. The options are:

- подача в мелкодисперсном состоянии с оксидами или с газообразными реагентами, что может быть полезно для регулирования скорости реакции;- feed in a finely divided state with oxides or with gaseous reagents, which may be useful for controlling the reaction rate;

- подача в гранулированном или в расплавленном состоянии в зону конденсации ВКХ ПД и ККМ.- feed in granular or molten state into the condensation zone of the water supply complex of PD and KKM.

Газообразные продукты реакции и избыточные реагенты (HCl, H2O, Cl2, Н2) проходят зоны конденсации, далее их направляют на очистку от радиоактивных аэрозолей и других примесей известными способами и используют снова после разделения, либо сбрасывают, если это дешевле.Gaseous reaction products and excess reagents (HCl, H 2 O, Cl 2 , H 2 ) pass through the condensation zones, then they are sent for cleaning from radioactive aerosols and other impurities by known methods and used again after separation, or discarded if it is cheaper.

Хлориды U (UCl4), Pu (PuCl3), минор-актинидов (МА), ПД, ККМ (а также добавка NaCl) будут конденсироваться в зоне реакции и около нее при температуре, соответствующей их свойствам при выбранном рабочем давлении. В зависимости от поставленной технологической задачи конденсацию хлоридов можно проводить на двух (разделение только U и Pu) или нескольких (от трех до любого разумного n: разделение U, Pu, МА; групповое и индивидуальное разделение ценных ПД) участках.Chlorides U (UCl 4 ), Pu (PuCl 3 ), minor actinides (MA), PD, CMC (as well as NaCl additive) will condense in and around the reaction zone at a temperature corresponding to their properties at the selected working pressure. Depending on the set technological task, the condensation of chlorides can be carried out in two (separation of only U and Pu) or several (from three to any reasonable n: separation of U, Pu, MA; group and individual separation of valuable PD) sections.

Возможны два варианта конденсации:Two condensation options are possible:

- в жидком состоянии (в том числе за счет сплавления смеси хлоридов, близких по температуре кипения или возгонки); в этом случае вывод продуктов из зоны конденсации (в том числе с каждого участка) может быть организован в непрерывном режиме. Кроме этого, при частичном перетоке жидкого конденсата с вышележащих участков на нижерасположенные может быть реализован режим, приближающийся к ректификации, то есть с более «строгим» разделением хлоридов по участкам;- in a liquid state (including due to fusion of a mixture of chlorides close in boiling or sublimation temperature); in this case, the withdrawal of products from the condensation zone (including from each section) can be organized in a continuous mode. In addition, with a partial flow of liquid condensate from overlying areas to lower ones, a regime approaching distillation can be implemented, that is, with a more “strict” separation of chlorides into sections;

- в твердом (или, в основном, в твердом состоянии), тогда для каждого участка должен быть предусмотрен периодический нагрев до полного расплавления хлоридов на поверхности конденсации или введение на соответствующие участки легкоплавкой соли и их совместный вывод из зоны конденсации.- in the solid (or, basically, in the solid state), then for each section periodical heating should be provided until the chlorides completely melt on the condensation surface or introduction of low-melting salt to the corresponding sections and their joint removal from the condensation zone.

После вывода продуктов из зоны конденсации (в жидком виде) их желательно перевести в состояние, более удобное как для транспортирования (при загрузке в аппараты), так и для временного хранения. Для этого жидкие солевые плавы переводят в капли и фиксируют это состояние затвердеванием (гранулирование) в легкокипящей негорючей жидкости (например, СС14) или другими известными способами.After the products are removed from the condensation zone (in liquid form), it is desirable to transfer them to a state that is more convenient both for transportation (when loading into devices) and for temporary storage. For this, liquid salt melts are transferred into drops and this state is fixed by solidification (granulation) in a low-boiling non-combustible liquid (for example, CC1 4 ) or other known methods.

ВКХ ПД и ККМ с добавкой NaCl (или без нее, если при рабочей температуре будут образовываться жидкофазные системы из нескольких компонентов и не будут требовать дополнительного растворителя) далее будут выведены из зоны реакции, также пройдя гранулирование.VKH PD and KKM with the addition of NaCl (or without it, if at the operating temperature liquid-phase systems of several components are formed and will not require additional solvent) will be further removed from the reaction zone, also passing through granulation.

Поскольку U выполняет «служебную роль» (уменьшает переход Pu в НКФ на головной стадии), его необходимо зацикловать, т.е. перевести известными способами в мелкодисперсный оксид и передать в голову процесса (на фторирование).Since U plays a “service role” (reduces the transition of Pu to NKF at the head stage), it must be looped, i.e. transfer by known methods into a finely divided oxide and transfer to the head of the process (for fluorination).

Далее каждый из оставшихся продуктов (возможно, через этап временного хранения) направляют на переработку в соответствии с технологической задачей, в основном для производства топливных композиций твэлов АР. При этом возможны многие известные варианты получения сплавов, индивидуальных металлов, оксидов, нитридов; при сочетании топливных компонентов с МА (в частности, U с Np), ПД (с целью их трансмутации) как непосредственно в процессе их получения, так и для последующего смешивания при изготовлений твэлов, возможно. и индивидуальное получение МА для их облучения в виде «мишеней». Химическое и физико-механическое состояние промежуточных продуктов (бескислородных гранулированных растворимых в расплаве солей без хлорирования) позволяет организовать высокопроизводительные непрерывные процессы производства топливных композиций.Further, each of the remaining products (possibly through the temporary storage stage) is sent for processing in accordance with the technological task, mainly for the production of fuel compositions of AR fuel rods. Moreover, many well-known options for producing alloys, individual metals, oxides, nitrides are possible; when combining fuel components with MA (in particular, U with Np), PD (for the purpose of their transmutation) both directly in the process of their production and for subsequent mixing in the manufacture of fuel elements, it is possible. and individual production of MA for their irradiation in the form of "targets". The chemical and physico-mechanical state of the intermediate products (oxygen-free granular soluble in the melt salts without chlorination) allows you to organize high-performance continuous processes for the production of fuel compositions.

К известным достоинствам пирохимических процессов (малое число операций, минимальное количество отходов в удобной для последующего обращения химической и агрегатной форме, внутреннеприсущая безопасность) добавляется возможность организации непрерывных высокопроизводительных процессов в аппаратах из стойких материалов. Предлагаемый способ позволяет перерабатывать несколько видов топлива по химическому составу и получать практически любой его вид (универсальность технологии по входным продуктам и ее гибкость для производства любых видов топлива и топливных композиций). Постоянное сопровождение наиболее привлекательного делящегося материала (Pu) высокоактивными ПД и неполная очистка от них на конечных стадиях производства (оксида, нитрида, металла) дополняют его защиту от несанкционированного использования.The well-known advantages of pyrochemical processes (a small number of operations, the minimum amount of waste in a convenient chemical and aggregate form, intrinsic safety) are supplemented with the possibility of organizing continuous high-performance processes in apparatuses made of resistant materials. The proposed method allows you to process several types of fuel in chemical composition and get almost any type of it (the versatility of the technology for input products and its flexibility for the production of any type of fuel and fuel compositions). Constant maintenance of the most attractive fissile material (Pu) with highly active PDs and incomplete purification from them at the final stages of production (oxide, nitride, metal) complement its protection against unauthorized use.

Установка для реализации заявляемого способа отличается от известных тем, что она включает в себя 3 аппарата, предназначенных для непрерывной работы. Передачу твердофазных продуктов (порошков) между ними предусмотрено проводить известными способами (бункер-накопитель и дозатор-питатель или пневмотранспортом, если нет возможности разместить аппараты друг под другом).Installation for implementing the proposed method differs from the known ones in that it includes 3 apparatuses designed for continuous operation. The transfer of solid-phase products (powders) between them is provided for by known methods (storage hopper and metering feeder or pneumatic transport, if it is not possible to place the devices under each other).

Последовательность их размещения по технологической цепочке, выполняемые функции, входные продукты и реагенты, движение продуктов и рециркуляция реагентов схематически показаны на фиг.1.The sequence of their placement in the processing chain, the functions performed, the input products and reagents, the movement of products and the recycling of reagents are shown schematically in figure 1.

Аппарат 3 выполняет функции хлоратора (3а), конденсатора (3б) и гранулятора (3в), он также может (для определенных задач) выполнять роль головного аппарата.The apparatus 3 performs the functions of a chlorinator (3a), a condenser (3b) and a granulator (3c), it can also (for certain tasks) play the role of the head unit.

Хлоратор представляет собой узел пламенного аппарата, включающий питатель для подачи порошка оксидов, устройства для подачи газообразных и мелкодисперсных твердых реагентов и добавок (не показаны). Эти решения известны, и предлагаемое изобретение не вносит в них существенных признаков.The chlorinator is a unit of the flame apparatus, including a feeder for feeding oxide powder, a device for supplying gaseous and finely divided solid reagents and additives (not shown). These solutions are known, and the present invention does not introduce significant features into them.

Конденсатором служит внутренняя поверхность стенок хлоратора, разделенная на зоны и подзоны (участки). Участки или зоны снабжены индивидуальными устройствами для поддержания нужной температуры (охлаждением или нагреванием). Каждый участок (или зона) снабжены коническими «буртиками» и выходами оплавленных хлоридов в виде отверстий и трубопроводов с элементами для подогрева. Зона факела и расширения газов выполнена в виде тела вращения, напоминающего незавершенную в верхней части грушу, которая имеет в нижней полусфере воронкообразное углубление. «Груша» состыкована с цилиндрической частью хлоратора, для выхода газов предусмотрен кольцевой зазор, достаточный для обеспечения их «умеренной» скорости (порядка 0,1-1,0 см/с).The capacitor is the inner surface of the walls of the chlorinator, divided into zones and subzones (sections). Plots or zones are equipped with individual devices to maintain the desired temperature (cooling or heating). Each section (or zone) is equipped with conical "shoulders" and exits of melted chlorides in the form of holes and pipelines with elements for heating. The zone of the torch and gas expansion is made in the form of a body of revolution, resembling a pear incomplete in the upper part, which has a funnel-shaped depression in the lower hemisphere. The “pear” is docked with the cylindrical part of the chlorinator, for the exit of gases there is an annular gap sufficient to ensure their “moderate” speed (of the order of 0.1-1.0 cm / s).

Размещенный вдоль центральной оси элемент аппарата, заканчивающийся форсунками, снабжен нагревателем (на схеме не показан) для создания на его наружной поверхности температуры более высокой, чем на том же уровне противоположной стенки, при этом ни один из хлоридов на ней не затвердевает.An element of the apparatus placed along the central axis, ending with nozzles, is equipped with a heater (not shown in the diagram) to create a temperature on its outer surface that is higher than at the same level of the opposite wall, while none of the chlorides on it harden.

Деление зон конденсации II и III на участки, снабженные «буртиками», позволяет выводить продукты конденсации как из отдельных (по выбору) участков, так и объединять их из нескольких участков, в т.ч. из всей зоны.The division of condensation zones II and III into sections equipped with “beads” allows one to derive condensation products both from separate (optional) sections, and to combine them from several sections, including from the whole zone.

Для грануляции предусмотрены устройства для дробления жидких хлоридов в капли и емкости с легкокипящей жидкостью (на схеме не показаны), в которые капли падают и затвердевают в виде гранул. Могут быть использованы и другие известные устройства для грануляции (охлаждаемые валки для затвердевания и дробления, устройства для организации относительных перемещений капель и охлаждающего газа и др.).For granulation, devices are provided for crushing liquid chlorides into droplets and containers with low-boiling liquid (not shown in the diagram), into which droplets fall and solidify in the form of granules. Other known devices for granulation (cooled rolls for solidification and crushing, devices for organizing relative movements of droplets and cooling gas, etc.) can be used.

Участок на пути капель расплава от патрубка до поверхности CCl4 должен быть загерметизирован и заполнен инертным газом (N2, Ar) или парами CCl4.The area on the path of the melt droplets from the nozzle to the surface of CCl 4 must be sealed and filled with an inert gas (N 2 , Ar) or CCl 4 vapor.

Далее предусмотрены устройства извлечения гранул, их сушки и транспортирования для использования или временного хранения (на схеме не показаны).The following are devices for extracting granules, drying and transporting them for use or temporary storage (not shown in the diagram).

При эксплуатации хлоратора-конденсатора-гранулятора возможны условия, при которых часть НКХ может выйти из зоны конденсации. На пути отходящих газов перед их разделением предусмотрена контрольная ловушка с интенсивно охлаждаемым контейнером, в который входит патрубок, подводящий газы. Контейнер может извлекаться из охлаждающего гнезда для опорожнения. Чтобы в это время не произошел проскок газов и НКХ, предусмотрено наличие двух контрольных ловушек с возможностью переключения потока газов с одной на другую.During the operation of a chlorinator-condenser-granulator, conditions are possible under which part of the NCC can leave the condensation zone. On the way of the exhaust gases before their separation, a control trap with an intensely cooled container, which includes a pipe supplying gases, is provided. The container can be removed from the cooling slot for emptying. In order to prevent the slip of gases and NCC at this time, two control traps are provided with the possibility of switching the gas flow from one to the other.

Аппараты и устройства для дальнейших операций по производству топлива (или иных целей) считаются известными, то есть предлагаемое решение не вносит для них отличительных признаков.Devices and devices for further operations for the production of fuel (or other purposes) are considered known, that is, the proposed solution does not introduce distinctive signs for them.

На фиг.1, где в правую сторону сведены операции (существенные признаки), не содержащие новых решений («урановый передел»), а в левую - операции, имеющие отличительные признаки, кратко представлена принципиальная схема технологического процесса по предлагаемому способу, включающая три расположенных последовательно аппарата непрерывного действия, второй и третий из них - пламенные. Для простоты восприятия «крупноблочно» даны такие операции как «Очистка UF6», «Рециркуляция F2», «Получение целевых продуктов: PuO2, PuN,Figure 1, where operations (essential features) that do not contain new solutions (“uranium redistribution”) are summarized on the right and operations that have distinctive features on the left, a schematic diagram of the technological process according to the proposed method, which includes three located consistently continuous apparatus, the second and third of them are fiery. For ease of perception, “large-block” operations are given such as “Cleaning UF 6 ”, “Recycling F 2 ”, “Obtaining target products: PuO 2 , PuN,

Puмет, сплавов Pu» и другие, т.к. предлагаемое решение не вносит в них отличительных признаков.Pu meth , Pu alloys and others, because the proposed solution does not introduce distinctive signs into them.

Фиг.2 показывает принципиальное устройство третьего аппарата - хлоратора-конденсатора-гранулятора (ХКГ) с расположением зон конденсации: I - высококипящие хлориды (ВКХ); II - хлориды с промежуточной температурой кипения и III - низкокипящие хлориды (НКХ). Сопряжение между элементом, расположенным по оси аппарата, и верхом зоны конденсации выполнено максимально протяженным для уменьшения взаимного температурного влияния. По мере охлаждения, а также конденсации газов и паров их объем уменьшается, и «живое» сечение потока газов можно уменьшить. Этим объясняется общая конфигурация аппарата. Центральный элемент аппарата, через который пропущены трубки и устройства для подачи входных продуктов, реагентов и добавок (не показаны) имеет дополнительный нагреватель для устранения возможности конденсации каких-либо хлоридов на его поверхности.Figure 2 shows the basic structure of the third apparatus - a chlorinator-condenser-granulator (HCH) with the arrangement of condensation zones: I - high-boiling chlorides (WCC); II — chlorides with an intermediate boiling point; and III — low-boiling chlorides (LCC). The pairing between the element located along the apparatus axis and the top of the condensation zone is made as long as possible to reduce the mutual temperature effect. With cooling, as well as condensation of gases and vapors, their volume decreases, and the "living" cross section of the gas flow can be reduced. This explains the overall configuration of the device. The central element of the apparatus through which tubes and devices for supplying input products, reagents and additives (not shown) are passed has an additional heater to eliminate the possibility of condensation of any chlorides on its surface.

Соотношение диаметров (по участкам аппарата) и высоты должно быть выбрано с учетом как скорости потока газов (уменьшение температурного «размыва» зон конденсации отдельных компонентов или их групп), так и теплопроводности материала аппарата, чтобы обеспечивать достаточно «острый» нагрев, т.е. режим местного нагрева, сходный с режимом процесса зонной плавки.The ratio of the diameters (over the parts of the apparatus) and the height should be selected taking into account both the gas flow rate (reducing the temperature “erosion” of the condensation zones of individual components or their groups) and the thermal conductivity of the material of the apparatus to provide sufficiently “sharp” heating, . local heating mode similar to zone melting process mode.

На фиг.3 схематически показано устройство «контрольной» ловушки НКХ, которые могут выйти из зоны конденсации хлоратора при разгрузке его верхнего, наименее нагретого участка.Figure 3 schematically shows the device of the "control" NKH trap, which can exit the condensation zone of the chlorinator when unloading its upper, least heated section.

Предусмотрено охлаждаемое гнездо для контейнера, извлекаемого вниз. Так как конденсация будет происходить из влажных газов, а некоторые НКХ - гигроскопичны, одновременно с твердым конденсатом могут присутствовать жидкие фракции гидратов. Для простоты разгрузки контейнер может быть изготовлен из коррозионно-стойкого эластичного материала (пластик, резина и др.), в том числе и для разового использования. Предусмотрен вариант контейнера с жидкостным затвором для обстоятельств, когда будут преобладать жидкие фракции, и разгрузку можно проводить без остановки процесса.A refrigerated slot is provided for the container to be pulled down. Since condensation will occur from humid gases, and some NLCs are hygroscopic, liquid fractions of hydrates may be present simultaneously with solid condensate. For ease of unloading, the container can be made of a corrosion-resistant elastic material (plastic, rubber, etc.), including for single use. A variant of a container with a liquid shutter is provided for circumstances when liquid fractions will prevail, and unloading can be carried out without stopping the process.

Осуществление способаThe implementation of the method

1) Для переработки взято ~2000 кг ОЯТ РТН. После рубки твэлов, волоксидации, отделения от оболочечных обрезков и восстановления (совмещение вскрытия и измельчения) мелкодисперсные оксиды U, Pu и ПД подают на фторирование в реактор, работающий в непрерывном режиме с производительностью ~100 кг/ч.1) ~ 2000 kg of RTN SNF was taken for reprocessing. After felling of the fuel rods, voloxidation, separation from the clippings and recovery (combining opening and grinding), finely dispersed oxides U, Pu, and PD are fed for fluorination to a reactor operating in a continuous mode with a capacity of ~ 100 kg / h.

Сравнение термохимических реакцийComparison of thermochemical reactions

Figure 00000005
Figure 00000005

и

Figure 00000006
and
Figure 00000006

показывает, что изменение свободной энергии ΔZ01000 (при 1000К) для реакции (5) превышает таковую для реакции (6) в ~3 раза. [К.Е.Уикс, Ф.Е.Блок. Термодинамические свойства 65 элементов, их оксидов, галогенидов, карбидов и нитридов. - M., Металлургия, 1965] Если по реакции (6) производительность промышленного аппарата составляет 450 кг/ч [Труды Второй Международной конференции по мирному использованию атомной энергии (Женева, 1958 г). Избранные доклады иностранных ученых, т.7. Технология атомного сырья. М., Атомиздат, 1959, с.641. Пауэлл. Современные процессы, используемые в США для массового производства UF6], производительность, принятая в нашем примере (100 кг UO2/ч), вполне достижима.shows that the change in free energy ΔZ 0 1000 (at 1000K) for reaction (5) exceeds that for reaction (6) by ~ 3 times. [K.E. Wicks, F.E. Blok. Thermodynamic properties of 65 elements, their oxides, halides, carbides and nitrides. - M., Metallurgy, 1965] If, according to reaction (6), the productivity of an industrial apparatus is 450 kg / h [Proceedings of the Second International Conference on the Peaceful Use of Atomic Energy (Geneva, 1958). Selected Papers of Foreign Scientists, vol. 7. Technology of atomic raw materials. M., Atomizdat, 1959, p.641. Powell Modern processes used in the USA for mass production of UF 6 ], the productivity adopted in our example (100 kg UO 2 / h) is quite achievable.

Фторагент вводят в таком соотношении, чтобы ~0,1-0,5% от исходного количества U оставалось в ВКОФ совместно с Pu. Основную массу НКФ, в том числе U и многие ПД, отводили в газообразном состоянии на передел «Очистка UF6» и далее на корректировку массовой доли 235U (при необходимости), затем на передел производства целевых продуктов.The fluoro agent is introduced in such a ratio that ~ 0.1-0.5% of the initial amount of U remains in VKOF together with Pu. The bulk of the NKF, including U and many PD, was given in the gaseous state to the “UF 6 Purification” redistribution and then to the adjustment of the 235 U mass fraction (if necessary), then to the redistribution of the target product production.

ВКОФ передают на передел повторного превращения в оксиды в непрерывно работающем пламенном аппарате пирогидролиза с производительностью ~4 кг/ч. Собственного тепла реакции Q1 недостаточно, поэтому дополнительно вводят Н2 и O2 для энергодобавляющей реакции (2). В результате на этой стадии получают мелкодисперсные оксиды U, Pu и ПД, которые передают на передел «хлорирование-конденсация-гранулирование» с непрерывно работающим пламенным аппаратом хлорирования. Поскольку при производительности ~3,5 кг/ч собственного тепла реакции Q3 не хватает, дополнительно вводят реагенты Cl2 и Н2 для энергодобавляющей реакции (4), а для удержания U в четырехвалентном состоянии в факел совместно с газообразным Н2 подают мелкодисперсный порошок UH3.VKOF is transferred to a redistribution of conversion to oxides in a continuously operating flame pyrohydrolysis apparatus with a capacity of ~ 4 kg / h. The intrinsic heat of reaction Q 1 is insufficient, therefore, H 2 and O 2 are additionally introduced for the energy-adding reaction (2). As a result, at this stage finely dispersed oxides U, Pu, and PD are obtained, which are transferred to the “chlorination-condensation-granulation” redistribution with a continuously operating flame chlorination apparatus. Since at a productivity of ~ 3.5 kg / h the intrinsic heat of reaction Q 3 is not enough, reagents Cl 2 and Н 2 are additionally introduced for energy-adding reaction (4), and to keep U in the tetravalent state, finely dispersed powder is fed into the torch together with gaseous Н 2 UH 3 .

Для облегчения вывода ВКХ ПД (и PuCl3) из I зоны конденсации в псе подавали гранулы NaCl. Образуя друг с другом и с NaCl сложные менее тугоплавкие солевые системы, ВКХ ПД (и PuCl3) «самотеком» покидают зону конденсации, после чего их подвергают грануляции.In order to facilitate the removal of the PDVC of PD (and PuCl 3 ) from the condensation zone I in the dog, NaCl granules were fed. Forming complex, less refractory, salt systems with each other and with NaCl, PDC (and PuCl 3 ) by gravity leave the condensation zone by gravity, after which they are subjected to granulation.

Более низкокипящие продукты реакции в газообразном состоянии поднимаются вверх (скорость порядка 0,1-1,0 см/с) и по мере снижения температуры стенок аппарата конденсируются на них. Избыточные неконденсируемые газы вместе с остатками хлоридов ПД (в виде аэрозолей) покидают аппарат, проходят контрольную ловушку и направляются на очистку, разделение и рециркуляцию. Для разгрузки конденсатора из зон, где конденсируются U и ПД в твердом состоянии, проводят периодический нагрев стенок до полного расплавления конденсатов и их стока в устройства для каплеобразования и далее в емкости с жидкостью для затвердевания (грануляции).The lower-boiling reaction products in a gaseous state rise upward (a velocity of the order of 0.1-1.0 cm / s) and condense on them as the temperature of the apparatus decreases. Excess non-condensable gases, together with the residues of PD chlorides (in the form of aerosols) leave the apparatus, go through a control trap and are sent for cleaning, separation and recycling. To unload the condenser from the zones where U and PD condense in the solid state, the walls are periodically heated until the condensates completely melt and drain into dripping devices and then in a container with liquid for solidification (granulation).

Гранулированные промежуточные продукты (числом от 2 до 10, в зависимости от задач переработки) направляют на соответствующие переделы:Granular intermediate products (from 2 to 10 in number, depending on the processing tasks) are sent to the appropriate stages:

- фракцию, содержащую наибольшее количество урана - на получение оксида урана (известными способами) для возврата в голову процесса (фторирование) или для получения композиций U-MA (с целью их трансмутации);- the fraction containing the largest amount of uranium - to obtain uranium oxide (by known methods) to return to the head of the process (fluorination) or to obtain U-MA compositions (for the purpose of their transmutation);

- фракцию, содержащую наибольшее количество плутония - на производство целевых продуктов (диоксид, нитрид, металл, сплавы с другими металлами). Одновременно с получением целевых продуктов производят очистку от ПД известными способами. Бескислородное состояние промежуточных продуктов (тетрахлорид урана и трихлорид плутония) позволяет организовывать непрерывные процессы для производства любого из указанных целевых продуктов в промышленном масштабе.- fraction containing the largest amount of plutonium - for the production of target products (dioxide, nitride, metal, alloys with other metals). Simultaneously with obtaining the target products, PD is purified by known methods. The oxygen-free state of intermediate products (uranium tetrachloride and plutonium trichloride) allows you to organize continuous processes for the production of any of these target products on an industrial scale.

За 20 ч непрерывной работы установки переработано 2000 кг ОЯТ РТН, при этом получены продукты:Over 20 hours of continuous operation of the installation, 2000 kg of SNF of RTH were processed, while the following products were obtained:

- гексафторид урана высокой чистоты, из которого еще через 20-50 ч (при необходимости дообогащения) можно произвести ~1900 кг UO2 (методом пирогидролиза в кипящем слое с электродом), пригодного для изготовления твэлов РТН по технологии виброуплотнения;- uranium hexafluoride of high purity, from which ~ 1900 kg of UO 2 (by the method of pyrohydrolysis in a fluidized bed with an electrode), suitable for the manufacture of RTN fuel elements using the technology of vibration compaction, can be produced after another 20-50 hours (if enrichment is necessary);

- трихлорид плутония с примесями ПД и МА, из которого через 20-50 ч (зависимости от необходимой очистки) можно произвести ~20 кг PuO2 (крупнокристаллический порошок), пригодного для изготовления твэлов реакторов РБН и РТН по технологии виброуплотнения с применением метода синхронного дозирования;- plutonium trichloride with impurities PD and MA, from which after 20-50 hours (depending on the necessary purification) ~ 20 kg of PuO 2 (coarse-grained powder) can be produced, suitable for the manufacture of fuel elements of RBN and RTN reactors using vibro-compaction technology using the synchronous dosing method ;

- ~20 кг UO2, предназначенного для возврата в голову процесса;- ~ 20 kg UO 2 , designed to return to the head of the process;

- ~60 кг ПД в оборотной хлоридной соли и в отходах фторидно-газового передела.- ~ 60 kg of PD in the circulating chloride salt and in the waste fluoride-gas redistribution.

2) Для переработки взято ~500 кг ОЯТ РБН. После освобождения топлива от конструкционных материалов (известными методами) и механического измельчения до размера частиц ≤0,1 мм топливо подают на фторирование в реактор, работающий в непрерывном режиме с производительностью ~20 кг/ч. Фторагент вводят с таким соотношением, чтобы ~1,5% от исходного количества U оставалось в ВКОФ совместно с Pu. Основную массу НКФ, в том числе U и ПД, отводят в газообразном состоянии на передел «Очистка UF6» и далее на передел производства целевых продуктов.2) ~ 500 kg of SNF RBN was taken for reprocessing. After releasing the fuel from structural materials (by known methods) and grinding it to a particle size of ≤0.1 mm, the fuel is supplied for fluorination to a reactor operating in a continuous mode with a capacity of ~ 20 kg / h. The fluo agent is introduced in such a ratio that ~ 1.5% of the initial amount of U remains in VKOF together with Pu. The bulk of the NKF, including U and PD, is taken off in a gaseous state to the “UF 6 Purification” redistribution and then to the redistribution of the production of target products.

ВКОФ (в том числе фторид Pu и частично U) передают на передел повторного превращения в оксиды в непрерывно работающем пламенном аппарате пирогидролиза с производительностью ~4 кг/ч. Собственного тепла реакции Q1 для интенсивного горения факела недостаточно, поэтому дополнительно вводят H2 и O2 для энергодобавляющей реакции (2). В результате на этой стадии получают мелкодисперсные оксиды Pu, U и ПД, которые подают на передел «хлорирование-конденсация-гранулирование» с непрерывно работающим пламенным аппаратом хлорирования. Поскольку при производительности ~3,5 кг/ч собственного тепла реакции Q3 для интенсивного горения факела не хватает, дополнительно вводят реагенты Cl2 и Н2 для энергодобавляющей реакции (4), а для удержания U в четырехвалентном состоянии в факел совместно с газообразным Н2 подают мелкодисперсный порошок UH3.VKOF (including Pu fluoride and partially U) is transferred to the redistribution of conversion to oxides in a continuously working flame pyrohydrolysis apparatus with a capacity of ~ 4 kg / h. The intrinsic heat of the reaction Q 1 for intensive burning of the flame is not enough; therefore, H 2 and O 2 are additionally introduced for the energy-adding reaction (2). As a result, at this stage finely dispersed oxides Pu, U and PD are obtained, which are fed to the redistribution of “chlorination-condensation-granulation” with a continuously operating flame chlorination apparatus. Since at a productivity of ~ 3.5 kg / h the intrinsic heat of the reaction Q 3 is not enough for intensive burning of the flame, reagents Cl 2 and Н 2 are additionally introduced for the energy-adding reaction (4), and to keep U in the tetravalent state in the flame together with gaseous Н 2 serves fine powder UH 3 .

Значительное, количество Zr в ОЯТ РБН приводит к конденсации ZrCl4 в твердом состоянии. Для его растворения и вывода из зоны конденсации на полки соответствующих участков вводят расплав легкоплавкой соли 3LiCl-2KCl.A significant amount of Zr in SNF RBN leads to the condensation of ZrCl 4 in the solid state. For its dissolution and withdrawal from the condensation zone, the melt of low-melting salt 3LiCl-2KCl is introduced onto the shelves of the corresponding sections.

Используют также вариант увеличения окислительной способности среды добавлением доли Cl2, при этом уран переходит в валентные состояния +5 и +6, сумма этих хлоридов конденсируется в той же зоне, где и ZrCl4, они сплавляются и в жидком виде покидают зону конденсации.They also use the option of increasing the oxidizing ability of the medium by adding a fraction of Cl 2 , while the uranium goes into valence states +5 and +6, the sum of these chlorides condenses in the same zone as ZrCl 4 , they melt and leave the condensation zone in liquid form.

Поскольку преобладающую долю получаемых хлоридов составляет PuCl3, не требуется вводить в зону I конденсатора дополнительных добавок для снижения температуры плавления сложной солевой системы, и продукты зоны I конденсации «самотеком» покидают ее для проведения гранулирования. Более низкокипящие хлориды в газообразном состоянии поднимаются вверх и по мере снижения температуры стенок аппарата конденсируются на них. Избыточные неконденсируемые газы вместе с неконденсированными остатками (а также в виде аэрозолей) покидают аппарат, проходят контрольную ловушку и направляются на очистку, разделение и рециркуляцию. Для разгрузки конденсатора из зоны II и III, где могут конденсироваться U и ПД в твердом состоянии, проводят периодический нагрев стенок до полного расплавления конденсатов и их стока в устройства для каплеобразования (гранулирование).Since the predominant fraction of the resulting chlorides is PuCl 3 , it is not necessary to introduce additional additives into zone I of the condenser to lower the melting point of a complex salt system, and the products of zone I of condensation “leave by gravity” to leave it for granulation. The lower boiling chlorides in the gaseous state rise up and condense on them as the temperature of the apparatus walls decreases. Excess non-condensable gases together with non-condensed residues (as well as aerosols) leave the apparatus, pass a control trap and are sent for cleaning, separation and recycling. To unload the condenser from zone II and III, where U and PD can condense in the solid state, the walls are periodically heated until the condensates completely melt and drain into dripping devices (granulation).

С гранулированными промежуточными продуктами поступают так же, как в рассмотренном примере 1.1.With granular intermediates do the same as in the considered example 1.1.

За 25 ч непрерывной работы установки переработано 500 кг ОЯТ РБН, при этом получены продукты:For 25 hours of continuous operation of the installation, 500 kg of RBN SNF were processed, while the following products were obtained:

- гексафторид урана высокой чистоты, из которого еще через 20 ч можно произвести ~370 кг UO2 (методом пирогидролиза в кипящем слое с электродом), пригодного для изготовления твэлов РБН по технологии виброуплотнения;- Uranium hexafluoride of high purity, from which ~ 370 kg of UO 2 (by pyrohydrolysis in a fluidized bed with an electrode) can be produced after another 20 hours, suitable for the manufacture of RBN fuel elements using vibration sealing technology;

- трихлорид плутония с примесями ПД и МА, из которого через 20-50 ч (в зависимости от необходимой очистки), можно произвести ~75 кг PuO2 (крупнокристаллический порошок), пригодного для изготовления твэлов реакторов РТН и РБН по технологии виброуплотнения с применением метода синхронного дозирования;- plutonium trichloride with impurities PD and MA, from which after 20-50 hours (depending on the necessary purification), it is possible to produce ~ 75 kg of PuO 2 (coarse-grained powder) suitable for the manufacture of fuel rods of RTN and RBN reactors using vibro-compaction technology using the method synchronous dosing;

- ~7,5 кг UO2, предназначенного для возврата в голову процесса;- ~ 7.5 kg UO 2 , designed to return to the head of the process;

- ~50 кг ПД в оборотной хлоридной соли и в отходах фторидно-газового передела.- ~ 50 kg of PD in the circulating chloride salt and in the waste fluoride-gas redistribution.

3) Для переработки взято ~2000 кг UO2 (отвального изотопного состава) из зоны воспроизводства РБН. Далее описание примера совпадает с примером 1.1, отличаясь только количеством ПД и Pu, отчего объем работы аппаратов на переделах «Пирогидролиз» и «Хлорирование-конденсация-гранулирование» уменьшился в ~2 раза.3) ~ 2000 kg of UO 2 (dump isotopic composition) was taken from the RBN reproduction zone for processing. Further, the description of the example coincides with Example 1.1, differing only in the number of PDs and Pu, which is why the volume of work of the apparatuses at the “Pyrohydrolysis” and “Chlorination-condensation-granulation” stages decreased by ~ 2 times.

В результате за 20 ч непрерывной работы установки получены:As a result, for 20 hours of continuous operation of the installation, the following were obtained:

- гексафторид урана высокой чистоты для производства оборотного UO2 зоны воспроизводства;- high purity uranium hexafluoride for the production of circulating UO 2 reproduction zones;

- ~30 кг трихлорида плутония с примесями ПД, который может быть направлен на передел производства целевых продуктов, как в примерах 1.1 и 1.2;- ~ 30 kg of plutonium trichloride with PD impurities, which can be used to redistribute the production of target products, as in examples 1.1 and 1.2;

- ~20 кг UO2, предназначенного для возврата в голову процесса;- ~ 20 kg UO 2 , designed to return to the head of the process;

- ~10 кг ПД в оборотной хлоридной соли и в отходах фторидно-газового передела.- ~ 10 kg of PD in the circulating chloride salt and in the waste fluoride-gas redistribution.

Осуществление установкиInstallation Implementation

В установку входят: три аппарата непрерывного действия для фторирования, пирогидролиза (пламенный), хлорирования (пламенный, с последующими конденсацией и гранулированием) с самостоятельными системами питания, жизнеобеспечения, рециркуляции реагентов, контроля и управления технологическими процессами и транспортными потоками; оборудование переделов «Очистка UF6», «Пирогидролиз UF6», «Производство целевых продуктов» также с полным комплексом систем для обеспечения их работоспособности. Предусмотрен передел для пирогидролиза хлоридов урана с возможностью возврата получаемого диоксида урана в голову процесса.The installation includes: three continuous apparatuses for fluorination, pyrohydrolysis (flame), chlorination (flame, followed by condensation and granulation) with independent power systems, life support, reagent recycling, control and management of technological processes and transport streams; redistribution equipment “Cleaning UF 6 ”, “Pyrohydrolysis UF 6 ”, “Production of target products” also with a full range of systems to ensure their operability. There is a redistribution for pyrohydrolysis of uranium chlorides with the possibility of returning the resulting uranium dioxide to the head of the process.

Не имеющим аналогов аппаратом установки является «Хлоратор-конденсатор-гранулятор», в котором из мелкодисперсных оксидов Pu, U и ПД получают бескислородные хлориды, благодаря различному давлению насыщенных паров которых удается организовать разделение U и Pu и их частичное освобождение от ПД.The apparatus of the installation, which has no analogues, is the “Chlorinator-condenser-granulator”, in which oxygen-free chlorides are obtained from finely dispersed Pu, U, and PD oxides, due to the different saturated vapor pressure of which it is possible to organize the separation of U and Pu and their partial release from PD.

1) Аппарат для организации конденсации в твердом состоянии представляет собой цилиндрический корпус с основанием внизу. По центру цилиндрического корпуса расположены трубопроводы для подачи в форсунки входного продукта, реагентов и добавок. Трубопроводы (на схеме не показаны) заключены в общий кожух конической формы, являющийся одновременно нагревателем для предотвращения конденсации любого из возможных хлоридов в твердом состоянии. Переход между упомянутой нагреваемой и охлаждаемой верхней частью корпуса выполнен максимально протяженным для уменьшения взаимного температурного влияния. Основание оформлено как расширение в виде «груши» с воронкообразным углублением на нижней полусфере, направленным внутрь. Предусмотрено устройство для подачи добавки NaCl в твердом или расплавленном виде (не показано), соль попадает в ту же зону, куда направлен факел горения. Цилиндрический корпус внутри снабжен несколькими буртиками, образующими кольцевые воронки (канавки) с выходами в системы гранулирования. Высота каждого буртика выбрана такой, чтобы окружность его внутреннего края вписывалась в окружность внутреннего края вышележащего буртика. Это необходимо для того, чтобы при обрушении твердого продукта между буртиками (после подплавления части, примыкающей к нагреваемой стенке) часть продукта не упала вниз. Каждый участок стенки между буртиками или несколько таких участков (зона) имеет возможность дополнительного нагрева (охлаждения).1) The apparatus for the organization of condensation in the solid state is a cylindrical body with a base at the bottom. In the center of the cylindrical body are pipelines for supplying the input product, reagents and additives to the nozzles. Pipelines (not shown in the diagram) are enclosed in a common conical-shaped casing, which is also a heater to prevent condensation of any possible chloride in the solid state. The transition between the aforementioned heated and cooled upper part of the housing is made as long as possible to reduce the mutual temperature effect. The base is designed as an extension in the form of a "pear" with a funnel-shaped depression in the lower hemisphere, directed inward. A device is provided for feeding the NaCl additive in solid or molten form (not shown), the salt enters the same zone where the combustion torch is directed. The cylindrical body inside is equipped with several beads forming ring funnels (grooves) with exits to the granulation system. The height of each shoulder is chosen so that the circumference of its inner edge fits into the circumference of the inner edge of the overlying shoulder. This is necessary so that when a solid product collapses between the shoulders (after melting the part adjacent to the heated wall), part of the product does not fall down. Each section of the wall between the shoulders or several such sections (zone) has the possibility of additional heating (cooling).

Соотношение размеров корпуса, соотношения диаметров центрального элемента и высоты буртиков выбраны такими, чтобы «правильно» организовать движение газов.The ratio of the dimensions of the body, the ratio of the diameters of the central element and the height of the shoulders are selected so as to "correctly" organize the movement of gases.

Газы, образующиеся (и нагревающиеся) в факеле, вначале имеют возможность расшириться в нижней зоне (основании), уменьшить скорость и изменить направление движения (при этом часть массы конденсируется, что также приводит к уменьшению давления и скорости газов. Для ускорения конденсации ВКХ в центральной части основания (в области воронки, которая изнутри представляет собой коническое возвышение) предусмотрена зона интенсивного охлаждения за счет наружного теплообменника. Для снижения турбулентности потоков газа головка форсунок ограждена колпаком в виде колокола.The gases generated (and heated) in the flare initially have the ability to expand in the lower zone (base), reduce speed and change direction (in this case, part of the mass condenses, which also leads to a decrease in gas pressure and speed. To accelerate the condensation of water-vapor in the central a part of the base (in the funnel region, which inside is a conical elevation), an intensive cooling zone is provided due to an external heat exchanger To reduce the turbulence of gas flows, the nozzle head of the fence on a bell cap.

Кольцевой зазор между центральным элементом аппарата и внутренним краем нижнего буртика имеет такое «живое» сечение, чтобы входящие в него газы имели умеренную скорость (без захвата жидких капель ВКХ). Далее по мере снижения температуры внутренних стенок корпуса и потери массы и объема газа за счет конденсации хлоридов скорость газов уменьшается, что позволяет уменьшать живое сечение вышележащих участков корпуса.The annular gap between the central element of the apparatus and the inner edge of the lower flange has such a “live” section so that the gases entering it have a moderate speed (without trapping liquid droplets of the WSS). Further, as the temperature of the inner walls of the casing decreases and the mass and volume of gas are lost due to the condensation of chlorides, the gas velocity decreases, which makes it possible to reduce the living section of the overlying sections of the casing.

В каждой зоне (участке) конденсации предусмотрен выход продукта. Для этого выполнены отверстия в корпусе с обогреваемыми трубопроводами (допускается их соединение коллектором в группы). Далее предусмотрены устройства каплеобразования (не показаны), и раздельные емкости с жидкостью для затвердевания капель (гранулирование), устройства для извлечения, сушки и затаривания (транспортирования) гранул (не показаны). Снаружи корпуса имеется система дополнительного нагрева (охлаждения) стенок (на схеме не показана), создающая плавное изменение температуры от ~800°С в зоне I конденсации до ~40°С в зоне выхода газов из корпуса.In each condensation zone (section), a product yield is provided. For this, holes were made in the housing with heated pipelines (their connection by a collector into groups is allowed). Further, drip forming devices (not shown) and separate containers with liquid for solidifying the droplets (granulation), devices for extracting, drying and packing (transporting) the granules (not shown) are provided. Outside the casing there is a system of additional heating (cooling) of the walls (not shown in the diagram) that creates a smooth change in temperature from ~ 800 ° C in the condensation zone I to ~ 40 ° C in the zone of gas exit from the casing.

Материал аппарата выбран таким, чтобы частота его замены не вносила существенного вклада в затраты по регенерации ОЯТ. Соотношение характеристик материала (толщина и теплопроводность) и наружного нагревателя (индуктор) позволяет осуществлять «острый» дополнительный нагрев участков, приближающийся по режиму к зонной плавке.The material of the apparatus was chosen so that the frequency of its replacement did not make a significant contribution to the costs of SNF regeneration. The ratio of the characteristics of the material (thickness and thermal conductivity) and the external heater (inductor) allows for “sharp” additional heating of the sections, approaching zone melting in mode.

2) Аппарат для организации конденсации в жидком состоянии отличается от приведенного в примере 1 тем, что на отводящих трубопроводах предусмотрены устройства для поддержания уровня жидкости (не показаны), позволяющие ей частично перетекать через буртики. В этом примере при работе аппарата с непрерывным выводом продуктов можно реализовать режим, приближающийся к ректификации.2) The apparatus for organizing condensation in a liquid state differs from that shown in Example 1 in that devices for maintaining the liquid level (not shown) are provided on the discharge pipelines, allowing it to partially flow through the beads. In this example, when the apparatus is operated with a continuous output of products, a mode approaching rectification can be realized.

3) В зависимости от вида ОЯТ и от режимов конденсации в аппарате ХКГ состав отходящих газов (массовая доля конденсируемых примесей) различен, поэтому можно использовать два варианта контрольной ловушки:3) Depending on the type of SNF and on the condensation modes in the KHG apparatus, the composition of the exhaust gases (mass fraction of condensed impurities) is different, therefore, two versions of the control trap can be used:

3.1 Для сбора «возгонов» в твердом виде ловушка состоит из узла подачи и отвода газа, охлаждаемого гнезда и контейнера. Гнездо и контейнер герметично соединены по конической поверхности, выполненной со строго одинаковым наклоном к оси, что создает более плотное прилегание с целью эффективной теплопередачи. Контейнер, частично заполненный конденсатом, содержащим твердую фракцию, извлекают из гнезда и заменяют ого свободным.3.1 To collect "sublimates" in solid form, the trap consists of a gas supply and exhaust unit, a cooled socket and a container. The nest and the container are hermetically connected along a conical surface made with exactly the same inclination to the axis, which creates a more snug fit for efficient heat transfer. The container, partially filled with condensate containing a solid fraction, is removed from the nest and replaced with a free one.

3.2 В случае, когда твердые фракции образуются в незначительном количестве, ловушка снабжена стационарным контейнером с предусмотренным гидрозатвором, что позволяет удалять конденсат без разгерметизации ловушки.3.2 In the case when solid fractions are formed in an insignificant amount, the trap is equipped with a stationary container with a provided hydraulic seal, which allows condensate to be removed without depressurization of the trap.

Claims (19)

1. Способ переработки отработанного ядерного топлива, содержащего уран и плутоний, включающий стадию фторирования топлива с переводом урана в гексафторид, кроме количества, достаточного для удержания всего плутония в высококипящих остатках фторирования, раздельную переработку гексафторида урана для его очистки от низкокипящих продуктов деления с дальнейшим превращением в топливные компоненты и высококипящих остатков фторирования для извлечения и использования плутония и других ценных компонентов, отличающийся тем, что высококипящие остатки фторирования последовательно превращают вначале в оксид, а затем хлорируют при высокой температуре, полученные хлориды для их разделения и частичной очистки плутония конденсируют в зонах с разной температурой.1. A method of processing spent nuclear fuel containing uranium and plutonium, including the stage of fuel fluorination with the conversion of uranium to hexafluoride, in addition to the amount sufficient to hold all plutonium in high boiling fluorination residues, separate processing of uranium hexafluoride to clean it of low boiling fission products with further conversion in fuel components and high-boiling fluorination residues for the extraction and use of plutonium and other valuable components, characterized in that high-boiling First, the fluorination residues are successively converted first to oxide and then chlorinated at high temperature, the resulting chlorides are condensed in zones with different temperatures to separate them and partially purify plutonium. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что превращение высококипящих остатков фторирования в оксиды проводят пирогидролизом в пламенном аппарате с дополнительной энергодобавляющей реакцией горения водорода в кислороде.2. The method according to claim 1, characterized in that the conversion of high-boiling fluorination residues to oxides is carried out by pyrohydrolysis in a flame apparatus with an additional energy-adding reaction of burning hydrogen in oxygen. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлорирование оксидов после их конверсии проводят в пламенном аппарате с использованием хлористого водорода с дополнительной энергодобавляющей реакцией горения водорода в хлоре.3. The method according to claim 1, characterized in that the chlorination of the oxides after their conversion is carried out in a flame apparatus using hydrogen chloride with an additional energy-adding reaction of combustion of hydrogen in chlorine. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что окислительно-восстановительной способностью среды управляют изменением отношения водорода к хлору.4. The method according to claim 3, characterized in that the redox ability of the medium control the change in the ratio of hydrogen to chlorine. 5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что в зону горения факела вводят дополнительно восстановитель в виде паров натрия, или мелкого порошка урана (в металлическом состоянии), или тригидрида урана, или трихлорида урана.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that an additional reducing agent is introduced into the flare zone in the form of sodium vapor, or fine uranium powder (in a metallic state), or uranium trihydride, or uranium trichloride. 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что конденсацию хлоридов проводят из зоны вокруг факела и далее из восходящего потока газов (по мере снижения их температуры) по зонам (участкам), из которых организовано удаление продуктов.6. The method according to claim 3, characterized in that the condensation of the chlorides is carried out from the zone around the plume and further from the upward flow of gases (as their temperature decreases) through the zones (sections) from which the removal of products is organized. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что конденсацию проводят в твердом состоянии, для вывода продуктов периодически расплавляют хлориды и отводят их из зоны конденсации.7. The method according to claim 6, characterized in that the condensation is carried out in a solid state, chlorides are periodically melted to remove products and they are removed from the condensation zone. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что конденсацию проводят в твердом состоянии, а для перевода продукта в жидкое состояние на соответствующие полки подают легкоплавкую хлоридную соль.8. The method according to claim 6, characterized in that the condensation is carried out in a solid state, and to transfer the product into a liquid state, a fusible chloride salt is supplied to the appropriate shelves. 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что конденсацию проводят в жидком состоянии с непрерывным отводом продуктов.9. The method according to claim 6, characterized in that the condensation is carried out in a liquid state with continuous removal of products. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что организуют частичный переток жидкости через буртики с вышележащих участков на нижележащие.10. The method according to claim 9, characterized in that they organize a partial flow of fluid through the flanges from the overlying areas to the underlying. 11. Способ по п.6, отличающийся тем, что выведенные из конденсатора продукты гранулируют путем каплеобразования и их затвердевания в легкокипящей негорючей жидкости.11. The method according to claim 6, characterized in that the products withdrawn from the condenser are granulated by droplet formation and solidification in a low-boiling non-combustible liquid. 12. Способ по п.6, отличающийся тем, что из предварительно выделенной группы хлоридов с трихлоридом плутония производят топливные компоненты с дополнительной очисткой от продуктов деления и возможностью организации непрерывных процессов.12. The method according to claim 6, characterized in that from a previously isolated group of chlorides with plutonium trichloride produce fuel components with additional purification from fission products and the possibility of organizing continuous processes. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что после операции хлорирования и разделения хлорид урана превращают в оксид урана и как оборотный продукт возвращают на фторирование.13. The method according to claim 1, characterized in that after the chlorination and separation operation, uranium chloride is converted into uranium oxide and returned to fluorination as a recycled product. 14. Установка для переработки отработанного ядерного топлива, содержащего уран и плутоний, включает в себя три последовательно размещенных по технологической цепочке аппарата (для фторирования, пирогидролиза высококипящих остатков фторирования и для хлорирования оксидов после пирогидролиза, далее - конденсации и грануляции) с возможностью работы в непрерывном режиме, причем два последних - пламенные; оборудование переделов для очистки и корректирования изотопного состава гексафторида урана, изготовления из него топливных компонентов; оборудование для переработки смеси трихлорида плутония с некоторыми продуктами деления (после ее отделения от остатков урана и других продуктов деления) в топливные компоненты с частичной очисткой от продуктов деления; оборудование для рециркуляции реагентов и для жизнеобеспечения каждого передела.14. The facility for processing spent nuclear fuel containing uranium and plutonium includes three devices sequentially placed along the technological chain (for fluorination, pyrohydrolysis of high-boiling fluorination residues and for chlorination of oxides after pyrohydrolysis, hereinafter referred to as condensation and granulation) with the possibility of continuous operation mode, and the last two are fiery; redistribution equipment for cleaning and correcting the isotopic composition of uranium hexafluoride, the manufacture of fuel components from it; equipment for processing a mixture of plutonium trichloride with some fission products (after separation from uranium residues and other fission products) into fuel components with partial purification of fission products; equipment for the recycling of reagents and for the life support of each redistribution. 15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что в третьем аппарате (хлоратор-конденсатор-гранулятор) первая зона конденсации выполнена с расширением в виде груши, с воронкообразным углублением в ее нижней полусфере, из нижней точки имеется выход жидких продуктов конденсации, цилиндрическая поверхность зон конденсации снабжена буртиками, делящими ее на участки, каждый из которых имеет выход через отверстия в корпусе.15. Installation according to 14, characterized in that in the third apparatus (chlorinator-condenser-granulator) the first condensation zone is made expanding in the form of a pear, with a funnel-shaped recess in its lower hemisphere, from the lower point there is an exit of liquid condensation products, cylindrical the surface of the condensation zones is provided with shoulders dividing it into sections, each of which has an outlet through openings in the housing. 16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что буртики выполнены коническими, верхняя кромка горизонтальная, а нижняя - наклонная с одним отверстием в нижней точке для возможности полного стока жидкости при остановке аппарата.16. The apparatus of claim 15, wherein the beads are tapered, the upper edge is horizontal, and the lower is inclined with one hole at a lower point to allow complete drainage of liquid when the apparatus stops. 17. Установка по п.15, отличающаяся тем, что выходы из участков снабжены обогревателями для сохранения продуктов в жидком виде с возможностью их объединения в коллекторах.17. Installation according to claim 15, characterized in that the exits from the plots are equipped with heaters for storing products in liquid form with the possibility of combining them in collectors. 18. Установка по п.15, отличающаяся тем, что хлоратор-конденсатор-гранулятор имеет устройства для каплеобразования и затвердевания капель в легкокипящей негорючей жидкости, извлечения гранул, их сушки и транспортирования.18. The apparatus of Claim 15, wherein the chlorinator-condenser-granulator has devices for droplet formation and solidification of droplets in a low boiling non-combustible liquid, granules extraction, drying and transportation thereof. 19. Установка по п.15, отличающаяся тем, что после хлоратора-конденсатора-гранулятора на пути газов предусмотрены интенсивно охлаждаемые контрольные ловушки с возможностью удаления продуктов конденсации из них. 19. The apparatus of Claim 15, characterized in that after the chlorinator-condenser-granulator, intensely cooled control traps are provided on the gas path with the possibility of removing condensation products from them.
RU2007131674A 2007-08-20 2007-08-20 Method and plant for recycling of spent nuclear fuel RU2371792C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007131674A RU2371792C2 (en) 2007-08-20 2007-08-20 Method and plant for recycling of spent nuclear fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007131674A RU2371792C2 (en) 2007-08-20 2007-08-20 Method and plant for recycling of spent nuclear fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007131674A RU2007131674A (en) 2009-02-27
RU2371792C2 true RU2371792C2 (en) 2009-10-27

Family

ID=40529374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007131674A RU2371792C2 (en) 2007-08-20 2007-08-20 Method and plant for recycling of spent nuclear fuel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2371792C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014088461A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Радиевый Институт Имени В. Г. Хлопина" Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors
RU2597874C2 (en) * 2015-01-12 2016-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") Apparatus for processing, hardening and packing of high-level radioactive wastes
WO2019132710A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for reprocessing nitride spent nuclear fuel in molten salts
WO2020236516A1 (en) 2019-05-17 2020-11-26 Metatomic, Inc. Systems and methods for molten salt reactor fuel-salt preparation

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2419900C1 (en) * 2010-05-19 2011-05-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ "ИрГТУ") Method of plasma separation of spent nuclear fuel and device for its implementation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1135838A (en) * 1965-03-18 1968-12-04 Japan Atomic Energy Res Inst Reprocessing of spent uranium fuel
WO1997027595A1 (en) * 1996-01-26 1997-07-31 British Nuclear Fuels Plc Fluorination
RU2112744C1 (en) * 1996-09-17 1998-06-10 Сибирский химический комбинат Method of processing high-concentration uranium
RU2199162C1 (en) * 2001-10-08 2003-02-20 Максимов Лев Николаевич Method and device for recovering spent nuclear fuel
RU2203225C2 (en) * 1998-05-15 2003-04-27 Мазин Владимир Ильич Uranium hexafluoride conversion method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1135838A (en) * 1965-03-18 1968-12-04 Japan Atomic Energy Res Inst Reprocessing of spent uranium fuel
WO1997027595A1 (en) * 1996-01-26 1997-07-31 British Nuclear Fuels Plc Fluorination
RU2112744C1 (en) * 1996-09-17 1998-06-10 Сибирский химический комбинат Method of processing high-concentration uranium
RU2203225C2 (en) * 1998-05-15 2003-04-27 Мазин Владимир Ильич Uranium hexafluoride conversion method
RU2199162C1 (en) * 2001-10-08 2003-02-20 Максимов Лев Николаевич Method and device for recovering spent nuclear fuel

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014088461A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Радиевый Институт Имени В. Г. Хлопина" Fuel composition for water-cooled thermal neutron nuclear power plant reactors
RU2537013C2 (en) * 2012-12-07 2014-12-27 Открытое акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" Fuel composition for water-cooled thermal-neutron reactors
RU2597874C2 (en) * 2015-01-12 2016-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") Apparatus for processing, hardening and packing of high-level radioactive wastes
WO2019132710A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for reprocessing nitride spent nuclear fuel in molten salts
WO2020236516A1 (en) 2019-05-17 2020-11-26 Metatomic, Inc. Systems and methods for molten salt reactor fuel-salt preparation
EP3970163A4 (en) * 2019-05-17 2023-01-04 Metatomic, Inc. MOLTEN SALT REACTOR FUEL SALT PREPARATION SYSTEMS AND METHODS
US11577968B2 (en) 2019-05-17 2023-02-14 Metatomic, Inc. Systems and methods for fast molten salt reactor fuel-salt preparation
US12151948B2 (en) 2019-05-17 2024-11-26 Metatomic, Inc. Systems and methods for fast molten salt reactor fuel-salt preparation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007131674A (en) 2009-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2902046C (en) A practical molten salt fission reactor
KR102548067B1 (en) Molten Nuclear Fuel Salts and Related Systems and Methods
RU2371792C2 (en) Method and plant for recycling of spent nuclear fuel
US4711185A (en) Process and apparatus for the decomposition of halogen and/or phosphoric containing organic materials
CN109313945B (en) Nuclear fuel salt
JP6284092B2 (en) Method and apparatus for separating and removing RI cesium
JP4196173B2 (en) Method for reprocessing spent nuclear fuel
Jonke Reprocessing of nuclear reactor fuels by processes based on volatilization, fractional distillation, and selective adsorption
US4152287A (en) Method for calcining radioactive wastes
McFarlane et al. Review of hazards associated with molten salt reactor fuel processing operations
US5774815A (en) Dry halide method for separating the components of spent nuclear fuels
Masson et al. Block-type HTGR spent fuel processing: CEA investigation program and initial results
Shatalov et al. Gas-fluoride technology for processing spent oxide fuel
JP3823593B2 (en) Method for reprocessing spent nuclear fuel and method for reprocessing spent nuclear fuel
US3275422A (en) Continuous-gas-phase volatility process
US3278387A (en) Fuel recycle system in a molten salt reactor
Bostelmann et al. Non-LWR Fuel Cycle Scenarios for SCALE and MELCOR Modeling Capability Demonstration
Figueroa et al. Uranium Dioxide Conversion
Levitz et al. A conceptual design study of a fluoride-volatility plant for reprocessing LMFBR fuels
RU2093469C1 (en) Method of preparing saturated fluorides
Collins et al. Engineering Scale Development/Demonstration of Zirconium Recovery from Used Fuel Cladding
US3025143A (en) Separation apparatus
RU2569998C2 (en) Method of treating metallic radioactive wastes formed when processing nuclear fuel of pressurised water reactors and rbmk reactors
US3671199A (en) Plutonium hexafluoride reduction
PAGE INTERMEDIATES AT BNFL SPRINGFIELDS Part A: Uranium ore concentrates

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Patent open for licensing
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120821