Способы получения урана

1. Электрохимический со стабилизацией гидразином. При этом получают высокий выход восстановленного урана, но данный метод не дешев.

2. Фотолитический – катализируется с помощью света. Восстановителями являются альдегидамин и спирты. Отличается малым выходом реакции.

3. Синтез устойчивых солей урана четырехвалентного с последующим осаждением гидроксида. Затем гидроксил растворяют в присутствии стабилизатора. Недостатками метода являются сложность и многоступенчатость процесса.

4. Восстановление с помощью реагентов (ронгалит). Недостатком метода является использование дефицитных реагентов.

5. Восстановление водородом на платиновом катализаторе. Недостатками метода являются гетерофазность процесса, использование платины – дорогого катализатора, использование водорода (с точки зрения пожаро-взрывоопасности).

6. Электрохимическое восстановление урана в процессе экстракции – наиболее применимый метод.

Электрохимические ячейки устанавливаются в гидрозатворах или водных перетоках.

Сила тока = 150А, напряжение = 2-6 В. Катод выполнен из титана, анод – из пористого титана с оксидом SnO₂.

Роль технеция

В присутствии технеция увеличиваются затраты восстановителя. При глубине выгорания 30 ГВт/ тонну образуется 700 г/т технеция, а значит в исходном растворе содержится около 200 мг/л технеция.

Рис. 2. Коэффициент распределения технеция.

В органике может находиться до 50% технеция. Тс экстрагируется в форме технециевой кислоты или в виде UO₂(TcO₄)₂. Также технеций играет роль катализатора разложения гидразина:

TcO₄^- + N₂H₄ * HNO₃ → Tc⁴⁺

Tc⁴⁺ + HNO₃ → TcO₄^-

4 TcO₄^- + 3 N₂H₄ + 2 HNO₃ → 4 Tc(NO₃)₄ + 3N₂ + 16 H₂O + 4NO₃^-

Tc⁴⁺ + 3HNO₃ + H₂O → TcO₄^- + 3 NO₂ + 5 Н⁺

Технеций может восстанавливать плутоний:

Tc⁴⁺ + 3 Pu⁴⁺ + 4 H₂O → 3 Pu³⁺ + TcO₄^- +8 Н⁺

TcO₄^- +ДТПА → Tc⁴⁺

ДТПА стабилизирует технеций в четырехвалентном состоянии.

Восстановительная реэкстракция

Рис. 3. Восстановительная реэкстракция

ЭХС – электрохимические системы (ячейки) предназначены для получения четырехвалентного урана.

Получили органическую фазу, содержащую уран. Далее проводят реэкстракцию урана слабокислыми растворами, т. к. коэффициент распределения урана между органической и водной фазой зависит от кислотности раствора.

Рис. 4. Зависимость коэффициента распределения урана между органической и водной фазой от кислотности раствора.

Концентрация азотной кислоты в конденсате = 5 – 2 г/л.

Возможно введение комплексона ДТПА для изменения коэффициента распределения.

Регенерация экстрагента

В процессе экстракции при использовании ТБФ под действием процессов радиолиза и гидролиза образуются ди- и монобутилфосфат (ДБФ и МБФ). ДБФ и МБФ – кислые экстрагенты, увеличивают экстракцию нептуния, циркония, железа, кремния и др., при этом наблюдается потеря урана, т. к. уран образует комплексы с МБФ; четырехвалентный плутоний с МБФ образует соединения нерастворимые в воде и органике, появляются «медузы» на границе раздела фаз.

Методы регенерации экстрагента:

1. Промывка карбонатом или гидроксидом натрия:

Полученный комплекс растворяется и выводится из системы.

На заводе РТ-1 приводится содовая промывка; концентрация соды 50 г/л. Промывка щелочью эффективнее, но при этом возможно образование диураната натрия (при высокой концентрации урана).

UO₂²⁺ + 2 Na₂CO₃ → Na₂[UO₂(CO₃)₂] + 2Na⁺

При организации промывки используют 3 – 5 ступеней.

2. Вакуумная дистилляция – регенерация идет за счет разности температур. Коэффициент очистки = 5 %.

3. Промывка моноэтаноламином. Коэффициент очистки = 20 - 40 %.

4. Промывка смесью Na₂CO₃ и KMnO₄. Коэффициент очистки = 10 - 15 %.

5. Промывка смесью Na₂CO₃ и щавелевой кислоты. Коэффициент очистки = 10 - 15 %.