Совместное растворение топлива и оболочки в водных электролитах

Отработавшее ядерное топливо после разборки сборок на элементы может быть направлено непосредственно на растворение, минуя предварительные операции по вскрытию оболочек или отделению конструкционного материала оболочки от топлива [1].

Растворение твэлов в алюминиевой оболочке. Процессы растворения твэлов в алюминиевой оболочке в азотной кислоте с нитратом ртути в качестве катализатора были проверены на облученном ядерном топливе [1]. Растворению подвергали твэлы с сердечниками из урановых стержней или сплава алюминия с обогащенным ураном. Массовое содержание урана в сплаве U-Al
составляло 2-50%. Растворение в 7-12 М HNO₃ топлива энергично проходит при температуре кипения (около 110°С), поэтому в начале процесса необходимо нагревание. В ходе растворения вследствие экзотермичности реакции выделяется тепло, которое необходимо отводить.

Взаимодействие кипящей азотной кислоты с алюминием и его сплавами в присутствии ртути может быть описано следующими реакциями [1]:

Al + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 1,5H2	(14)
Al + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2H2O	(15)
Al + 6HNO3 = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O	(16)

Процесс растворения характеризуется также протеканием побочной реакции:

Al(NO3)3 + H2O= Al(OH)(NO3)2 + HNO3

(17)

Каталитическое действие иона двухвалентной ртути при растворении алюминия и его сплавов основано на восстановлении ртути на поверхности металла и образовании амальгамы. Последняя препятствует появлению на алюминии защитной окисной пленки, которая предохраняет алюминий от действия азотной кислоты. Суммарно процесс растворения описывается реакцией:

Al + 3,75HNO3 Al(NO3)3 + 0,225NO3 + 0,15NO2 + 0,125N2 + 1,875H2O

(18)

Кинетика процесса растворения алюминия определяется двумя факторами: восстановлением Hg²⁺ до металла и растворением амальгированного алюминия. В стационарных условиях наступает равновесие между этими процессами. Процесс характеризуется достаточно высокой скоростью, однако при растворении алюминия выделяется водород: при концентрации кислоты 1 — 2 М концентрация водорода в отходящих газах составляет 2 — 8% и быстро возрастает при недостатке азотной кислоты. Выделение при определенных условиях в ходе растворения алюминия значительного количества водорода является существенным недостатком процесса из-за взрывоопасности
водородно-воздушных смесей.

Однако в производственных условиях через аппарат-растворитель и аппараты системы газоочистки дается поддув воздуха в таком количестве, которое полностью исключает взрывоопасность процесса растворения.

Дата добавления: 2015-07-20