Пирохимические методы

Среди процессов удаления оболочек с твэлов определенное место занимают химические методы, основанные на взаимодействии материала оболочки с неводными реагентами преимущественно при повышенной температуре. Особенно важное значение данные процессы имеют для неводных схем регенерации топлива, которые по некоторым параметрам обладают достоинствами по сравнению с классической водноэкстрационной технологией. Большинство неводных методов удаления оболочек пригодно только для неводных схем регенерации, но некоторые процессы являются универсальными и могут быть использованы в любой технологической схеме. Во многих методах удаления оболочек используются газообразные реагенты [1], в некоторых процессах — расплавы солей [3].

Наиболее известным и проверенным процессом является снятие циркониевой оболочки безводным хлористым водородом, при этом цирконий превращается в летучий ZrCl₄ и отделяется от топлива сублимацией. Процесс проводят при температуре 350 - 800°С. Оптимальная температура реакции хлорирования сплава циркалой-2 соответствует 400ºС:

Zr + 4HCl = ZrCl4 + 2H2; Sn + 2HCl = SnCl2 + H2

(9)

Степень использования HCl составляет 50-60%; потери урана с ZrCl₄ - 0,1%. Отделенный от сердечника твэла сублимацией тетрахлорид циркония гидролизуют:

ZrCl4 +2H2O = ZrO2+ 4HCl

(10)

Получившаяся двуокись циркония направляется на захоронение.

Несмотря на ряд явных достоинств, процесс удаления циркониевых оболочек отгонкой летучего хлорида циркония приводит к потерям урана, требует создания сложной аппаратуры и с трудом сочетается с последующей экстракцией из азотнокислых растворов.

Среди неводных химических методов удаления стальных оболочек твэлов наибольшее распространение получил процесс, основанный на использовании газовой смеси фтористого водорода и кислорода [1]. Впервые данный процесс изучали в США, позже этой проблемой занимались в лабораториях других стран. Под действием фтористого водорода и кислорода стальная оболочка твэлов разрушается, превращаясь в окислы. В работе [4] отмечается, что на поверхности стали, протекают следующие химические реакции, например, с железом:

2Fe + 4HF = 2FeF2 + 2H2	(11)
2FeF2 + Н2О = Fe2OF2 + 2HF	(12)
Fe2OF2 + H2 + О2 = Fe2O3 + 2HF	(13)

Первоначально появляющийся окисный слой разрушается, образуя пористую или растрескивающуюся форму, продукты окисления отслаиваются, и оболочка постепенно разрушается. Полное разрушение диска из нержавеющей стали при температуре 560°Cи концентрации фтористого водорода 40% происходит уже в течение 1 ч [1].

Дата добавления: 2015-07-20