RU2201629C2 - Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику - Google Patents
Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику Download PDFInfo
- Publication number
- RU2201629C2 RU2201629C2 RU2001100842A RU2001100842A RU2201629C2 RU 2201629 C2 RU2201629 C2 RU 2201629C2 RU 2001100842 A RU2001100842 A RU 2001100842A RU 2001100842 A RU2001100842 A RU 2001100842A RU 2201629 C2 RU2201629 C2 RU 2201629C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transplutonium
- tpe
- cermet
- metal
- earth elements
- Prior art date
Links
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000011195 cermet Substances 0.000 title abstract description 17
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 title 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus decaoxide Chemical compound O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 abstract description 7
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 238000005056 compaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 abstract 1
- LFGREXWGYUGZLY-UHFFFAOYSA-N phosphoryl Chemical compound [P]=O LFGREXWGYUGZLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 239000002927 high level radioactive waste Substances 0.000 description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 229910001940 europium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N europium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Eu+3].[Eu+3] AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-NJFSPNSNSA-N Strontium-90 Chemical compound [90Sr] CIOAGBVUUVVLOB-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- LXQXZNRPTYVCNG-UHFFFAOYSA-N americium atom Chemical class [Am] LXQXZNRPTYVCNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TVFDJXOCXUVLDH-RNFDNDRNSA-N cesium-137 Chemical compound [137Cs] TVFDJXOCXUVLDH-RNFDNDRNSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- YWEUIGNSBFLMFL-UHFFFAOYSA-N diphosphonate Chemical compound O=P(=O)OP(=O)=O YWEUIGNSBFLMFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KJNZTHUWRRLWOA-UHFFFAOYSA-K europium(3+);phosphate Chemical compound [Eu+3].[O-]P([O-])([O-])=O KJNZTHUWRRLWOA-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- GAGGCOKRLXYWIV-UHFFFAOYSA-N europium(3+);trinitrate Chemical compound [Eu+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GAGGCOKRLXYWIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 229910052695 Americium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052685 Curium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 REE nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 208000019155 Radiation injury Diseases 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- IKNAJTLCCWPIQD-UHFFFAOYSA-K cerium(3+);lanthanum(3+);neodymium(3+);oxygen(2-);phosphate Chemical compound [O-2].[La+3].[Ce+3].[Nd+3].[O-]P([O-])([O-])=O IKNAJTLCCWPIQD-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052590 monazite Inorganic materials 0.000 description 1
- JOCJYBPHESYFOK-UHFFFAOYSA-K nickel(3+);phosphate Chemical class [Ni+3].[O-]P([O-])([O-])=O JOCJYBPHESYFOK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам переработки жидких высокоактивных отходов. Способ предусматривает смешение концентрата трансплутониевых (ТПЭ) или трансплутониевых и редкоземельных элементов (ТПЭ+РЗЭ) с раствором керамикообразующего матричного материала - концентрированной ортофосфорной кислоты и раствором металлообразующего матричного материала - нитрата никеля, кальцинацию смеси растворов и компактирование кальцината горячим прессованием в инертной атмосфере. Ортофосфорная кислота в пересчете на пентаоксид фосфора добавляется в эквимолярном количестве по отношению к оксидам ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ). Технический результат: отверждение концентрата ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) в обладающую сквозной металлической (электронной) проводимостью плотную непористую металлокерамику и упрощение процесса ее получения без ухудшения ее важнейших характеристик. 3 табл.
Description
Изобретение относится к области переработки жидких высокоактивных отходов (ВАО), образующихся при гидрометаллургических способах регенерации облученного ядерного топлива.
В настоящее время наиболее рациональным способом обращения с жидкими ВАО считается их фракционирование, приводящее к получению концентратов цезия-137, стронция-90, трансплутониевых и редкоземельных элементов (ТПЭ и РЗЭ) или их суммы (ТПЭ + РЗЭ) [1]. Целесообразность фракционирования жидких ВАО обусловлена тремя основными причинами:
1. Возможность промышленного использования отдельных фракций ВАО (концентрат цезия-137 является исходным сырьем для получения источников фотонного излучения, а концентрат стронция-90 - радиоактивных источников тепла).
1. Возможность промышленного использования отдельных фракций ВАО (концентрат цезия-137 является исходным сырьем для получения источников фотонного излучения, а концентрат стронция-90 - радиоактивных источников тепла).
2. Различие в требованиях к долговременной устойчивости форм отверждения отдельных фракций ВАО (наиболее жесткие предъявляются к локализации ТПЭ из-за их высокой радиотоксичности и больших периодов полураспада).
3. Фракционирование позволяет существенно уменьшить объем отвержденных форм ВАО, нуждающихся в очень надежной и долговременной изоляции от биосферы, в частности фракции ТПЭ или (ТПЭ + РЗЭ).
Для отверждения нефракционированных жидких ВАО наибольшее распространение получили двухстадийные процессы их остекловывания. Альтернативной стеклу матрицей для фиксации ВАО является керамика, обладающая более высокой термической и термодинамической устойчивостью. При включении в керамику нефракционированных ВАО предпочтение отдается поликристаллическим материалам - совокупности взаимно совместимых устойчивых твердых растворов и/или индивидуальных кристаллических фаз, в которых надежно фиксируются отдельные элементы или группы элементов, входящие в состав жидких ВАО [2].
Очевидно, что отдельную фракцию жидких ВАО - концентрат ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) целесообразнее включать в однофазную керамику с равномерным распределением элементов по ее объему, исключающим вероятность ее растрескивания из-за локальных перегревов.
Наиболее термически и термодинамически устойчивой формой отверждения жидких ВАО является металлокерамика, обладающая в отличие от стекла и керамики высокой теплопроводностью благодаря наличию сквозной (объемной) металлической проводимости. Известен способ включения нефракционированных ВАО в металлокерамику - кермет [3], представляющий собой композицию из поликристаллической керамики, диспергированной в металлической матрице. Керамическая составляющая кермета представляет собой смесь кристаллических фаз: невосстанавливаемых водородом оксидов металлов, а также алюмосиликатов и титанатов, для получения которых жидкие ВАО смешивают с необходимыми компонентами. Металлическая матрица кермета - сплав на основе железа восстанавливаемых водородом металлов как уже содержавшихся в жидких ВАО, так и специально добавляемых к последним с целью получения сплавов, обладающих высокими теплопроводностью и коррозионной устойчивостью.
Процесс получения кермета включает в себя следующие основные стадии:
- смешение жидких ВАО с необходимыми добавками;
- кальцинация полученной смеси в расплаве мочевины при температуре 800oС;
- образование металлической матрицы восстановлением при температуре 800oС водородом соответствующих оксидов металлов;
- компактирование кермета горячим прессованием или "холодным" прессованием с последующим спеканием в неокисляющей (восстановительной или инертной) атмосфере.
- смешение жидких ВАО с необходимыми добавками;
- кальцинация полученной смеси в расплаве мочевины при температуре 800oС;
- образование металлической матрицы восстановлением при температуре 800oС водородом соответствующих оксидов металлов;
- компактирование кермета горячим прессованием или "холодным" прессованием с последующим спеканием в неокисляющей (восстановительной или инертной) атмосфере.
Недостатками кермета являются полифазность его керамической составляющей, многостадийность и сложность аппаратурного оформления процесса его получения.
Наиболее близким к заявляемому является способ отверждения концентрата ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) в металлокерамику со сквозной металлической (электронной) проводимостью: моноалюминаты ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) со структурой типа перовскита, диспергированные в матрице из металлического никеля [4].
Способ предусматривает проведение следующих основных стадий:
- смешение двух растворов: концентрата ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) и нитрата алюминия в эквимолярном соотношении в пересчете на оксиды металлов с не менее чем эквимолярным количеством раствора нитрата никеля в пересчете на металлический никель по отношению к сумме оксидов ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) и оксида алюминия, т.е. в молярных соотношениях
(1-х)[0,5М2O3 • 0,5Аl2O3] • xNi,
где М2O3 - оксиды ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ),
х ≥ 0,5;
- кальцинация смешанного раствора в воздушной атмосфере;
- компактирование полученного кальцината методом горячего прессования (ГП) в инертной атмосфере.
- смешение двух растворов: концентрата ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) и нитрата алюминия в эквимолярном соотношении в пересчете на оксиды металлов с не менее чем эквимолярным количеством раствора нитрата никеля в пересчете на металлический никель по отношению к сумме оксидов ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) и оксида алюминия, т.е. в молярных соотношениях
(1-х)[0,5М2O3 • 0,5Аl2O3] • xNi,
где М2O3 - оксиды ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ),
х ≥ 0,5;
- кальцинация смешанного раствора в воздушной атмосфере;
- компактирование полученного кальцината методом горячего прессования (ГП) в инертной атмосфере.
Недостатками прототипа являются высокая температура кальцинации смешанного раствора, обусловленная относительно высокими температурами разложения нитратов ТПЭ (400oС) и особенно нитратов РЗЭ (800oС и выше) и температурами синтеза моноалюминатов ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) (800oС) со структурой типа перовскита, а также их относительно низкая спекаемость [5].
Задачей настоящего изобретения является отверждение концентрата ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) в обладающую сквозной металлической (электронной) проводимостью плотную непористую металокерамику и упрощение процесса ее получения без ухудшения ее важнейших характеристик.
Для решения поставленной задачи вместо нитрата алюминия (см. прототип) в качестве керамикообразующего материала предложено использовать концентрированную ортофосфорную кислоту Н3РO4 в эквимолярном количестве в пересчете на пентаоксид фосфора Р2O5 по отношению к оксидам ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ), т.е. М2О3 : P2O5 = 1, а процесс получения металлокерамики проводить, как описано в прототипе.
При добавлении концентрированной ортофосфорной кислоты к концентрату ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) образуется устойчивый коллоидный раствор их ортофосфатов в азотной кислоте:
М(NО3)3 + Н3РO4 --> МРO4 + 3HNO3.
М(NО3)3 + Н3РO4 --> МРO4 + 3HNO3.
Кальцинация смеси коллоидного раствора ортофосфатов ТПЭ или (ТПЭ + РЗЭ) и истинного раствора нитрата никеля сопровождается полным обезвоживанием первых при температуре 300oС через стадию образования кристаллогидратов:
МРO4 • nH2O(t) --> MPO4 + nН2O (n=0,5-3)
и термическим разложением второго при температуре 300-350oС до оксида никеля:
Ni(NO3)2(t) --> NiO + 2NO2 + 0,5O2,
а процесс ГП полученного кальцината - термической диссоциации оксида никеля на металлический никель и кислород:
NiO(t) --> Ni + 0,5O2.
МРO4 • nH2O(t) --> MPO4 + nН2O (n=0,5-3)
и термическим разложением второго при температуре 300-350oС до оксида никеля:
Ni(NO3)2(t) --> NiO + 2NO2 + 0,5O2,
а процесс ГП полученного кальцината - термической диссоциации оксида никеля на металлический никель и кислород:
NiO(t) --> Ni + 0,5O2.
Конечным продуктом компактирования кальцината методом ГП в инертной атмосфере является металлокерамика: синтетический монацит (ортофосфаты ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) с моноклинной структурой), диспергированный в матрице из металлического никеля.
Необходимым условием для решения поставленной задачи является соблюдение стехиометрии компонентов керамической составляющей металлокерамики, т.е. молярного соотношения М2O3 : P2O5 = 1, в противном случае
при М2O3 : Р2O5 < 1 уменьшается количество металлической составляющей металлокерамики из-за взаимодействия избытка ортофосфорной кислоты с нитратом никеля с образованием фосфатов никеля;
при М2O3 : P2O5 > 1 уменьшается химическая устойчивость металлокерамики, т. к. не связанные в ортофосфаты, избыточные (свободные) оксиды ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ), как известно [5] , относительно легко гидролизуются, а затем растворяются, особенно в гидротермальных условиях.
при М2O3 : Р2O5 < 1 уменьшается количество металлической составляющей металлокерамики из-за взаимодействия избытка ортофосфорной кислоты с нитратом никеля с образованием фосфатов никеля;
при М2O3 : P2O5 > 1 уменьшается химическая устойчивость металлокерамики, т. к. не связанные в ортофосфаты, избыточные (свободные) оксиды ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ), как известно [5] , относительно легко гидролизуются, а затем растворяются, особенно в гидротермальных условиях.
Преимуществами способа по сравнению с прототипом являются возможность отверждать концентрат ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) в обладающую сквозной металлической (электронной) проводимостью плотную непористую металлокерамику и без ухудшения ее важнейших характеристик упрощение процесса ее получения за счет снижения температуры кальцинации с 800 до 300-350oС.
Пример 1
Способ проверяли в лабораторных условиях на кислом (1 М НNО3) растворе нитрата европия (50 г/л в пересчете на оксид европия), который является электронным аналогом америция - основного компонента концентрата ТПЭ.
Способ проверяли в лабораторных условиях на кислом (1 М НNО3) растворе нитрата европия (50 г/л в пересчете на оксид европия), который является электронным аналогом америция - основного компонента концентрата ТПЭ.
К раствору нитрата европия добавляли концентрированную ортофосфорную кислоту (600 г/л в пересчете на пентаоксид фосфора) до молярного соотношения Еu2O3 : Р2O5 = 1, а затем раствор нитрата никеля (200 г/л в пересчете на металлический никель) до молярного соотношения EuPO4 : Ni = 1.
Смесь растворов кальцинировали в воздушной атмосфере при температуре 300oС в течение 0,5 ч, а кальцинат, концентрация остаточного нитрат-иона в котором составляла менее 0,1 мас.%, компактировали методом ГП в атмосфере аргона в следующем режиме: температура 1200oС, давление 29,4 МПа (300 кг/см2), время выдержки 1 ч.
Полученная горячепрессованная металлокерамика обладала следующими характеристиками:
фазовый состав: ортофосфат европия EuPO4 с моноклинной структурой и металлический никель;
сквозная металлическая (электронная) проводимость;
открытая пористость - 0;
скорость выщелачивания европия в дистиллированную воду при температуре 90oС ~10-8г/см2•сут;
емкость по оксиду европия 57,6 мас.%;
емкость по никелю (расход никеля) 19,2 мас.%.
фазовый состав: ортофосфат европия EuPO4 с моноклинной структурой и металлический никель;
сквозная металлическая (электронная) проводимость;
открытая пористость - 0;
скорость выщелачивания европия в дистиллированную воду при температуре 90oС ~10-8г/см2•сут;
емкость по оксиду европия 57,6 мас.%;
емкость по никелю (расход никеля) 19,2 мас.%.
Пример 2
Способ проверяли в лабораторных условиях на кислом (1 М НNО3) модельном концентрате (ТПЭ + РЗЭ), химический состав которого (в пересчете на оксиды металлов) приведен в табл. 1, но в котором оксиды америция и кюрия были заменены эквимолярными количествами оксидов их электронных аналогов - европия и гадолиния соответственно.
Способ проверяли в лабораторных условиях на кислом (1 М НNО3) модельном концентрате (ТПЭ + РЗЭ), химический состав которого (в пересчете на оксиды металлов) приведен в табл. 1, но в котором оксиды америция и кюрия были заменены эквимолярными количествами оксидов их электронных аналогов - европия и гадолиния соответственно.
К модельному концентрату (ТПЭ+РЗЭ) добавляли концентрированную ортофосфорную кислоту до молярного соотношения М2О3 : Р2O5 = 1, а затем раствор нитрата никеля до молярного соотношения МРO4 : Ni = 1.
Смесь растворов кальцинировали, а кальцинат компактировали, как описано в примере 1. Концентрация остаточного нитрат-иона в кальцинате составляла менее 0,1 мас.%.
Полученная горячепрессованная металлокерамика обладала следующими характеристиками:
фазовый состав: ортофосфаты РЗЭ МРO4 с моноклинной структурой и металлический никель;
сквозная металлическая (электронная) проводимость;
открытая пористость - 0;
скорость выщелачивания РЗЭ в дистиллированную воду при температуре 90oС ~10-8г/см2•сут;
емкость по оксидам РЗЭ 55,8 мас.%;
емкость по никелю (расход никеля) 20,0 мас.%.
фазовый состав: ортофосфаты РЗЭ МРO4 с моноклинной структурой и металлический никель;
сквозная металлическая (электронная) проводимость;
открытая пористость - 0;
скорость выщелачивания РЗЭ в дистиллированную воду при температуре 90oС ~10-8г/см2•сут;
емкость по оксидам РЗЭ 55,8 мас.%;
емкость по никелю (расход никеля) 20,0 мас.%.
Влияние количества никеля в металлокерамике на характер ее проводимости для двух систем:
1. (1-х) ЕuРO4 • xNi или (1-х) 0,5Еu2O3 • (1-х) 0,5P2O5 • xNi;
2. (1-х) МРO4 • xNi или (1-х) 0,5М2О3 • (1-х) 0,5Р2O5 • xNi, где М - РЗЭ, а х - мольная доля никеля в металлокерамике, приведены в табл. 2 и 3 соответственно.
1. (1-х) ЕuРO4 • xNi или (1-х) 0,5Еu2O3 • (1-х) 0,5P2O5 • xNi;
2. (1-х) МРO4 • xNi или (1-х) 0,5М2О3 • (1-х) 0,5Р2O5 • xNi, где М - РЗЭ, а х - мольная доля никеля в металлокерамике, приведены в табл. 2 и 3 соответственно.
Из табл. 2 и 3 видно, что образование металлокерамики со сквозной металлической (электронной) проводимостью происходит при молярном соотношении ЕuРO4(МРO4) : Ni ≤ 1.
Полученные образцы горячепрессованной металлокерамики обладали следующими характеристиками:
качественно одинаковый фазовый состав: ортофосфат европия или ортофосфат РЗЭ с моноклинной структурой;
сквозная металлическая (электронная) проводимость при молярном соотношении EuPO4(MPO4) : Ni ≤ 1;
открытая пористость - 0;
скорость выщелачивания европия или РЗЭ в дистиллированную воду при температуре 90oС 10-9 -10-8 г/см2•сут;
при молярном соотношении EuPO4(MPO4) : Ni ≤ 1 максимальная емкость по оксиду европия или оксидам РЗЭ 57,6 или 55,8 мас.% соответственно и минимальная емкость по никелю (расход никеля) 19,2 или 20,0 мас.% соответственно.
качественно одинаковый фазовый состав: ортофосфат европия или ортофосфат РЗЭ с моноклинной структурой;
сквозная металлическая (электронная) проводимость при молярном соотношении EuPO4(MPO4) : Ni ≤ 1;
открытая пористость - 0;
скорость выщелачивания европия или РЗЭ в дистиллированную воду при температуре 90oС 10-9 -10-8 г/см2•сут;
при молярном соотношении EuPO4(MPO4) : Ni ≤ 1 максимальная емкость по оксиду европия или оксидам РЗЭ 57,6 или 55,8 мас.% соответственно и минимальная емкость по никелю (расход никеля) 19,2 или 20,0 мас.% соответственно.
Как видно из примеров, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет отверждать концентрат ТПЭ или (ТПЭ+РЗЭ) в плотную непористую металлокерамику и упростить процесс ее получения за счет снижения температуры кальцинации с 800 до 300-350oС без ухудшения важнейших характеристик конечной формы отверждения, в частности сквозной металлической (электронной) проводимости, химической устойчивости, высокой емкости по оксидам ТПЭ или оксидам (ТПЭ+РЗЭ), которая может достигать 67,7 или 56,0 мас.% соответственно, и низкой емкости по никелю (расхода никеля) 14,6 или 19,9 мас.% (минимум) соответственно.
Источники информации
1. Galkin B.Ya., Yessimantovski V.M., Lazarev L.N., Lyubtsev R.I. et al. Extraction of Cesium and Strontium, Rare Earth Elements, and TRU from Liquid Volative Waste by Means of an Extractant, Based on a Dicarboxylate of Cobalt. Int. Conf. on Chem. Extraction "ISEC-88", Moscow, 1988.
1. Galkin B.Ya., Yessimantovski V.M., Lazarev L.N., Lyubtsev R.I. et al. Extraction of Cesium and Strontium, Rare Earth Elements, and TRU from Liquid Volative Waste by Means of an Extractant, Based on a Dicarboxylate of Cobalt. Int. Conf. on Chem. Extraction "ISEC-88", Moscow, 1988.
2. Harker A.B. Tailored ceramics, in Radioactive Waste Forms for the Future /edited by Lutze W. and Ewing R.C. (North-Holland, Amsterdam), 1988, p. 335-392.
3. Aaron W.S., Quinby T.C., Kobisk E.H. Cermet High-Level Waste Forms. Report ORNL/TM-6404 (Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN), 1978.
4. Патент РФ 2138866, приор. 09.04.98, опубл. 27.09.99, бюл. 27.
5. Соединения редкоземельных элементов. Системы с оксидами I-III групп /Арсеньев П. А, Ковба Л.М., Багдасаров Х.С. и др. - М.: Наука, 1983, 278 с. (Химия редких элементов).
Claims (1)
- Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику со сквозной металлической проводимостью, включающий смешение концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов с раствором керамикообразующего матричного материала и раствором металлообразующего матричного материала - нитрата никеля, кальцинацию смеси растворов и компактирование кальцината горячим прессованием в инертной атмосфере, отличающийся тем, что в качестве керамикообразующего матричного материала используют концентрированную ортофосфорную кислоту в эквимолярном количестве в пересчете пентаоксид фосфора по отношению к оксидам трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001100842A RU2201629C2 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001100842A RU2201629C2 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001100842A RU2001100842A (ru) | 2003-01-27 |
| RU2201629C2 true RU2201629C2 (ru) | 2003-03-27 |
Family
ID=20244691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001100842A RU2201629C2 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2201629C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2380775C1 (ru) * | 2008-11-18 | 2010-01-27 | Государственное унитарное предприятие города Москвы - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП Мос НПО "Радон") | Способ включения высокоактивного концентрата трансплутониевых и редкоземельных элементов в керамику |
| RU2531637C2 (ru) * | 2008-12-30 | 2014-10-27 | Арева Нс | Способ переработки азотсодержащих жидких водных отходов с помощью кальцинации и остекловывания |
| RU2532413C2 (ru) * | 2008-12-30 | 2014-11-10 | Арева Нс | Способ обработки жидкого водно-нитратного эфлюента посредством кальцинации и остекловывания |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4351749A (en) * | 1978-11-18 | 1982-09-28 | Vitrex Corporation | Molecular glasses for nuclear waste encapsulation |
| RU2098874C1 (ru) * | 1995-12-09 | 1997-12-10 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в керамику |
| RU2138866C1 (ru) * | 1998-04-09 | 1999-09-27 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику |
-
2001
- 2001-01-09 RU RU2001100842A patent/RU2201629C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4351749A (en) * | 1978-11-18 | 1982-09-28 | Vitrex Corporation | Molecular glasses for nuclear waste encapsulation |
| RU2098874C1 (ru) * | 1995-12-09 | 1997-12-10 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в керамику |
| RU2138866C1 (ru) * | 1998-04-09 | 1999-09-27 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2380775C1 (ru) * | 2008-11-18 | 2010-01-27 | Государственное унитарное предприятие города Москвы - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП Мос НПО "Радон") | Способ включения высокоактивного концентрата трансплутониевых и редкоземельных элементов в керамику |
| RU2531637C2 (ru) * | 2008-12-30 | 2014-10-27 | Арева Нс | Способ переработки азотсодержащих жидких водных отходов с помощью кальцинации и остекловывания |
| RU2532413C2 (ru) * | 2008-12-30 | 2014-11-10 | Арева Нс | Способ обработки жидкого водно-нитратного эфлюента посредством кальцинации и остекловывания |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2023206234B2 (en) | Composition and method for the processing of hazardous sludges and ion exchange media | |
| CN110734283B (zh) | 新型磷酸盐复合陶瓷固化体材料的制备方法 | |
| Jeong et al. | Cementing the gap between ceramics, cements, and polymers | |
| RU2201629C2 (ru) | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику | |
| RU2138866C1 (ru) | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в металлокерамику | |
| RU2098874C1 (ru) | Способ отверждения концентрата трансплутониевых или трансплутониевых и редкоземельных элементов в керамику | |
| RU2210824C2 (ru) | Способ иммобилизации высокоактивных отходов - фракции трансплутониевых и редкоземельных элементов (варианты) | |
| RU2128377C1 (ru) | Способ керамизации концентрата редкоземельных элементов | |
| Bamberger | Preparation of metal phosphates by metathesis reaction with BPO4 | |
| EP1412950B1 (en) | Encapsulation of waste | |
| Karlina et al. | Thermodynamic simulation and experimental study of irradiated reactor graphite waste processing with REE oxides | |
| Rovnyi et al. | REE and TRU incorporation into monazite structure ceramics | |
| Harker et al. | Hot isostatic pressing of nuclear waste glasses | |
| Alymov et al. | Self-Propagating High-Temperature Synthesis (SHS) Technology for the Disposal of Radioactive Waste | |
| US20120213658A1 (en) | Cermet high level waste forms | |
| Westsik Jr et al. | Hydrothermal glass reactions in salt brine | |
| Koryttseva et al. | Combined Thermal Expansion and Hydrolytic Stability Study of Lanthanide Vanadates LnVO4 and CaLnZr (VO4) 3 (Ln= La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Yb) with Zircon and Monazite Structures | |
| Morgan et al. | Chemical and ceramic methods toward safe storage of actinides | |
| US3303140A (en) | Radioactive materials of low surface area | |
| Clavier et al. | Study of Actinides Incorporation in Thorium Phosphate-Diphosphate/Monazite Based Ceramics | |
| RU2237937C1 (ru) | Способ изготовления мишеней-накопителей | |
| Konovalov et al. | On immobilization of high-level waste in an Y–Al garnet-based cermet matrix in SHS conditions | |
| JPH03264897A (ja) | 高放射性廃棄物の処理方法 | |
| RU2101791C1 (ru) | Способ обработки сухого остатка радиоактивных отходов с высоким содержанием солей натрия | |
| Moore et al. | Zirconia‐Stabilized Cubic Europia |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110110 |