ПОЛУЧЕНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ СМЕСИ NxOy-O2-СО2-Н2О(пар) ДЛЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОБЛУЧЕННОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА УРАНА

Abstract

Актуальность исследования обоснована целесообразностью создания благоприятных условий при проведении термохимической обработки топливных фрагментов с целью обеспечения одновременной трансформации керамического топлива в порошкообразный материал и полного высвобождения продукта реакции из оболочки, а также удаления из топливной композиции перед гидрометаллургическими операциями летучих продуктов деления (тритий, иод-129, углерод-14, радиоактивные благородные газы). Цель: определить основные технологические параметры процесса получения окислительной смеси NxOy-O2-СО2-Н2О(пар), пригодной для использования на операции термохимической обработки фрагментов оболочечного топлива на основе диоксида урана керамического качества. Объекты: раствор смеси азотной и щавелевой кислот, окислительная смесь NxOy-O2-СО2-Н2О(пар), образец необлученного твэл на основе диоксида урана. Методы: экспериментальные исследования, кондуктометрическое и потенциометрическое титрование, гравиметрический и рентгенофазовый анализ, морфологические исследования, газовая хроматография. Результаты. Исследованы основные физико-химические закономерности процесса получения окислительной смеси NxOy O2-СО2-Н2О(пар) для термохимической обработки топлива на основе диоксида урана. Установлено, что при пропускании раствора смеси кислот (азотная кислота – 380 г/л, щавелевая кислота – 80 г/л) со скоростью 5 колон. об./час через слой катализатора Pt/Cr2O3/ZrO2 при температуре 368–373 К происходит образование газового потока, содержащего 26 об. % диоксида азота, 20 об. % монооксида азота, 44 об. % диоксида углерода, 10 об % паров воды. Доокисление монооксида азота и каталитическую активацию полученного газового потока предпочтительно проводить на насадке Pt/Cr2O3/ZrO2 при температуре 413 К и соотношении высоты насадочного слоя к диаметру колонны 5:1, в результате чего полученная окислительная смесь соответствует следующему составу: 41 об. % диоксида азота, 6 об. % монооксида азота, 42 об. % диоксида углерода, 6 об. % паров воды, 5 об % кислорода. Показана принципиальная возможность трансформации керамического топлива на основе необлученного диоксида урана, заключенного в циркониевую оболочку, в порошкообразный октаоксид триурана с использованием в качестве окислителя каталитически активированной смеси NxOy-O2-СО2-Н2О(пар). Получен порошкообразный материал, полностью отделенный от циркониевой оболочки, который по результатам рентгенофазового и гравиметрического анализа (соотношение O/U=2,67) соответствовал брутто-формуле U3O8.