Растворимость щелочноземельных продуктов деления в кислых растворах уранилнитрата - Химия дипломная работа

Главная

Химия
Растворимость щелочноземельных продуктов деления в кислых растворах уранилнитрата

Общие свойства солей бария и стронция. Глубина выгорания ядерного топлива и накопление продуктов деления. Осадкообразование на стадии упаривания высокоактивного рафината Пурекс–процесса. Осадкообразование на стадии кристаллизации уранилнитрата.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА ИНЖЕНЕРА
Тема: Растворимость щелочноземельных продуктов деления в кислых растворах уранилнитрата
Таблица 1 - Общие свойства щелочноземельных элементов (степень окисления +2)
Таблица 2 - Свойства наиболее распространенных солей бария и стронция
Таблица 3 - Характеристика основных продуктов деления ОЯТ ВВЭР-1000
Улетучивается при растворении ядерного топлива
Затрудняет химическую переработку топлива
То же. Дочерний продукт распада Zr-95
Улетучивается при растворении твэлов
Улетучивается при растворении твэлов
С развитием атомной энергетики выгорание ОЯТ увеличилось до 43-51 ГВт?сут/T U и продолжает увеличиваться с развитием новых поколений реакторов. При этом содержание Pu возросло в 20 раз, а «малых актинидов» в 1000 раз. Наряду с этим, содержание продуктов деления выросло почти в 100 раз (таблица 4), причем мольное содержание некоторых стало превышать таковое для Pu. Исключение составил лишь Тс, поскольку он активно мешает выделению Pu. Также в нем резко увеличивается количество продуктов деления, в число которых входят Ba, Sr, а также Zr и Mo.
Таблица 4 - Влияние выгорания ОЯТ на содержание актинидов и основных продуктов деления
Содержание элементов при выгорании (ГВт·сут/т U)
Рисунок 2 - Технологическая схема концентрирования хвостовых растворов и регенерации азотной кислоты для завода в Ханфорде и на заводе РТ-1
Рисунок 3 - Схема упаривания ВАО с денитрацией и регенерации азотной кислоты
Следует отметить, что при упаривании высокоактивного рафината с одновременной денитрацией можно достичь более низкой кислотности кубового раствора (~2 моль/л), где будет исключена кристаллизация нитрата бария, но технологическая схема узла получается существенно более громоздкой, а процесс потенциально взрывоопасным из-за использования муравьиной кислоты для денитрации. При этом резко возрастает образование осадков на основе молибдата циркония [12].
Для оценки опасности осадкообразования следует иметь объективную информацию по растворимости нитратов щелочноземельных продуктов деления в зависимости от концентрации HNO 3 , а также нитратов продуктов деления (ПД). Ранее в литературе были опубликованы данные по растворимости нитратов бария и стронция, но эти данные являются неполными и представлены в неудобном для сопоставления виде [13, 14] (см. таблицы 5 - 7).
Таблица 5 - Температурная зависимость растворимости нитратов бария и стронцияв воде (г/100г H 2O)
Таблица 6 - Температурная зависимость растворимости нитрата бария в тройной системе HNO 3 - Ba(NO 3) 2 - H 2O
Таблица 7 - Температурная зависимость растворимости нитрата стронция в тройной системе HNO 3 - Sr(NO 3) 2 - H 2O
В работе [15] представлены систематические данные по растворимости нитратов бария и стронция, в том числе при их совместном присутствии, в различных азотнокислых солевых системах и при различной температуре, при-чем они были пересчитаны в таком виде, в котором их можно сопоставлять между собой. Показано, что литературные и экспериментальные данные при перекрывании удовлетворительно совпадают между собой. Такие данные по остаточному содержанию нитратов бария и стронция в растворах азотной кислоты при различной температуре представлены в таблице 8.
Таблица 8 - Сводные данные по растворимости Ba(NO 3) 2 и Sr(NO 3) 2 в растворах HNO 3 при различной температуре
Растворимость солей (моль/л) в растворах HNO 3
Были проведены также исследования по соосаждению нитрата стронция с избытком бария в водной среде. В результате было выявлено, что с ростом кислотности соосаждение нитрата стронция с избытком бария быстро убывает вплоть до полного отсутствия такового, однако при концентрации азотной кислоты выше 7 моль/л оно, судя по экспериментальным данным, возникает вновь. Напротив, в области средних кислотностей наблюдается соосаждение нитрата бария с нитратом стронция, причем нитрат стронция брали с избытком 15% сверх растворимости в данных условиях при переменном содержании нитрата бария. Как показали эти исследования, концентрация нитрата стронция не опускается ниже уровня его растворимости, и, судя по убыли его из раствора, в осадок переходит монотонный ряд его твердых растворов, где избыток Sr над Ba тем выше, чем ниже концентрация кислоты и исходная концентрация Ba(NO 3 ) 2 . Характерно, что при концентрации азотной кислоты 7 моль/л может происходить инверсия состава с преобладанием в осадке Ba над Sr, что позволяет высказать предположение о схожести форм нитратов Ba и Sr в области высокой кислотности.
Для оценки взаимного влияния азотной кислоты и нитратных солей на осаждение нитрата бария были изучены равновесия в четырехкомпонентных системах NH 4 NO 3 - HNO 3 - Ba(NO 3 ) 2 - H 2 O и La(NO 3 ) 3 - HNO 3 - Ba(NO 3 ) 2 - H 2 O. Было доказано, что зависимости, полученные при постоянной концентрации нитрата аммония и возрастающей концентрации азотной кислоты характеризуются снижением растворимости Ba(NO 3 ) 2 и располагаются симбатно основной кислотной зависимости, начинаясь при соответствующей концентрации нитрата аммония с нулевой кислотностью.
Таблица 9 - Литературные данные по растворимости Ba(NO 3) 2 - UO 2(NO 3) 2
С развитием технологии переработки ОЯТ вопрос нитратного осадкообразования на стадии растворения ОЯТ становится все более актуальным, в связи с этим появилась необходимость в проведении работы по получению систематических данных по растворимости щелочноземельных продуктов деления в кислых растворах уранилнитрата. Такая база данных позволит нам более детально разобраться в вопросе осадкообразования и подбирать наилучшие условия для проведения процесса.
Таблица 10 - Преобразованные литературные данные
Рисунок 6 - Обработанные литературные данные растворимости нитрата бария в растворе уранилнитрата
Первым этапом данной работы являлось получение систематических данных по растворимости нитрата бария в растворах уранилнитрата при различных температурах (25; 50; 95 о С). Эксперименты проводили по описанной выше методике. Полученные экспериментальные данные были сопоставлены с имеющимися литературными данными (рисунок 7). Характер кривых при различных температурах одинаков: растворимость нитрата бария в растворах уранилнитрата плавно снижается с увеличением суммарной концентрации нитрат-иона. Видно, что литературные и экспериментальные данные при перекрывании удовлетворительно совпадают между собой в пределах погрешности измерений. По данным рисунка отчетливо видно влияние температуры _ с ростом температуры растворимость нитрата бария в уранилнитрате увеличивается.
Также было проведено сравнение растворимости нитрата бария в уранилнитрате с его растворимостью в азотной кислоте (рисунок 8А). При этом данные по растворимости нитрата бария в азотной кислоте в процессе работы были уточнены. Было выявлено, что растворимость нитрата бария в системах с уранилнитратом в пределах его растворимости при температурах 25 и 50 о С совпадает с таковой в азотной кислоте при равной концентрации нитрат-иона.
Для анализа полученных результатов представим общие данные растворимости нитрата бария в растворах UO 2 (NO 3 ) 2 и в HNO 3 для различных температур (25; 50; 95 о С), в логарифмических координатах (рисунок 8Б). На рисунке видно, что на кривой растворимости Ba(NO 3 ) 2 в UO 2 (NO 3 ) 2 , как и на кривой растворимости Ba(NO 3 ) 2 в HNO 3 [10], имеется характерный излом с резким увеличением отрицательного угла наклона от -2 до -6, однако это изменение пришлось на более низкую концентрацию нитрат-иона, чем в азотной кислоте, что связано, по-видимому, с более низкой концентрацией воды в растворе в случае уранилнитрата.
Экспериментальные данные: 1 - 95 о С; 2 - 50 о С; 3 - 25 о С
Литературные данные: 4 - 50 о С; 5 - 25 о С
Рисунок 7 - Растворимость нитрата Ва в растворах UO 2(NO 3) 2 для различных температур и ее сравнение с литературной.
Растворимость в растворах UO 2 (NO 3 ) 2 : 1 - 95 о С; 2 - 50 о С; 3 - 25 о С
Растворимость в растворах НNO 3: 4 - 95 о С; 5 - 50 о С;6 - 25 о С
Рисунок 8 - Растворимость нитрата Ва в растворах UO 2(NO 3) 2 для различных температур и ее сравнение с таковой в растворах HNO 3.
Следующим этапом работы было получение аналогичных данных по растворимости нитрата стронция в растворах уранилнитрата при различных температурах (25; 50; 95 о С). Полученные данные были сопоставлены с имеющимися данными по растворимости нитрата стронция в кислоте (рисунок 9). Из этих данных следует, что характер кривых при различных температурах одинаков, однако характер кривой для стронция оказывается различным на различных ее участках. В начальной части для Sr наблюдается обратный ход кривой, так что одной и той же концентрации суммарного нитрат-иона соответствует два разных значения растворимости в зависимости от содержания соли и азотной кислоты. На остальном участке зависимости тангенс угла наклона в системе Sr(NO 3 ) 2 _ HNO 3 - H 2 O равен - 6 для всего прямолинейного участка логарифмической зависимости. Это, по-видимому, свидетельствует о том, что химизм процесса кристаллизации для нитратов бария и стронция в области средней концентрации азотной кислоты различен [15].
В работе была проведена также серия экспериментов по совместному влиянию UO 2 (NO 3 ) 2 и HNO 3 на растворимость Ba(NO 3 ) 2 и Sr(NO 3 ) 2 при температуре 90 о С (таблица 11). Данные показали, что совокупное влияние уранилнитрата и азотной кислоты на остаточное содержание нитрата бария в растворе при высоком суммарном содержании нитрат-иона не является аддитивным, тогда как для нитрата стронция оно, по-видимому, отсутствует в пределах точности эксперимента. При умеренной суммарной концентрации нитрат иона эффект отсутствует и для нитрата бария.
Растворимость в растворах UO 2 (NO 3 ) 2 : 1 - 25 о С; 2 - 50 о С; 3 - 95 о С
Растворимость в растворах НNO 3 : 4 - 25 о С; 5 - 50 о С; 6 - 95 о С
Рисунок 9 - Растворимость нитрата стронция в растворах UO 2(NO 3) 2 для различных температур и ее сравнение с таковой в растворах HNO 3.
Таблица 11 - Совместное влияние UO 2(NO 3) 2 и HNO 3 на растворимость Ba(NO 3) 2 и Sr(NO 3) 2 при температуре 90 о С.
Концентрация компонентов, в растворе, моль/л
Концентрация компонентов, в растворе, моль/л
Полученные данные позволяют дать оценку распределению нитратов бария и стронция при кристаллизации из растворов ОЯТ, в том числе при кристаллизации из высококонцентрированных растворов ОЯТ по схеме NEXT-процесса. Оценочные данные представлены в таблице 13. Из них следует, что при кристаллизации уранилнитрата из раствора с содержанием урана порядка 900 г/л может осаждаться до 87% нитрата бария при температуре процесса порядка 30  о С. Осаждения нитрата стронция не наблюдается, однако его содержание в растворе близко к пределу растворимости. Уже при концентрации раствора 500 г/л по урану и 1,5 моль/л по HNO 3 осаждение нитрата бария не наблюдается. Такая концентрация урана в исходном растворе и взята в качестве базовой концентрации для технологии Супер-Пурекс [37].
3. Некрасов, Б.В. Основы общей химии/ Б.В. Некрасов. - М.: Химия, 1967.
4. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии/ Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия, 1962.
5. Дрица, Е.М. Свойства элементов. Справочник/ Е.М. Дрица. - М.: Металлургия, 1985.
6. Коган, Б.И. Редкие металлы/ Б.И. Коган. - М.: Наука, 1979.
7. Громов, Б.В. Химическая технология облученного ядерного топлива/ Б.В. Громов, В.И. Савельев, В.Б. Шевченко. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 350 с.
8. Проблемы модернизации экстракционной переработки ОЯТ/ Федоров Ю.С., Зильберман Б.Я., Алой А.С., Пузиков Е.А., Шадрин А.Ю., Аляпышев М.Ю. 2010г.
9. Столер, с. Переработка ядерного горючего/ Ред. с. Столер, Р. Ричардс// Атомиздат. М.: 1964. с. 184 - 230.
10. evaporation procedures in spent fuel reprocessing/ E.G. Dzekun, B.Ya. Zilberman, Yu.P. Zhirnov // Proc. III Conf. Nucl. Fuel Reproc.& Waste Manag. “Recod' 91” Sendai, Japan. - 1991. - AESJ, v. 1. - Р. 433-436.
11. Operation experience and antifoam study on the HALW evaporator at the Tokai Reprocessing Plant/ N. Miura, M. Watahiki, Y. Nakamura // Proc. Int. Conf. “Global'1997” Yokohama, Japan. - 1997, v. 2. - Р. 1068-1073.
12. Развитие пурекс-процесса для переработки высоковыгоревшего топлива аэс в замкнутом ЯТЦ с точки зрения локализации долгоживущих радионуклидов/ Б.Я. Зильберман // Радиохимия. - 2000. - Т. 42, №1. - С. 3-15.
13. Ефимов, А.Н. Аналитический расчет плотности смешанных растворов / А.Н. Ефимов, С.Н. Широкова - М.: ВНИИНМ, 1977.
14. Проценко, П.И. Справочник по растворимости нитритных и нитратных солевых систем/ П.И. Проценко, О.Н. Разумовская, Н.А. Брыкова. - Л.: Химия, 1971. - 272 с.
15. Растворимость и соосаждение нитратов бария и стронция в растворах азотной кислоты и Многокомпонентных системах/ Н.Е. Мишина, А.А. Ахматов, Б.Я. Зильберман, А.Ю. Шадрин, Е.И. Солярская. // Радиохимия. - 2010.
16. Копырин, А.А. Технология производства ядерного топлива и его радиохимическая переработка /А.А. Копырин, А.И. Карелин, В.А. Карелин - М.: Энергоатомиздат, 2004. - 568 с.
17 H. Funasaka and Masanori Itoh, «Perspective and Current Status on Fuel Cycle System of Fast Reactor Cycle Technology Development (FaCT) Project in Japan» Global 2007, 259-267, Boise, Idaho, USA, Sept.10-13 (2007)
18 T. Koyama, T. Washiya, H. Nakabayashi, H. Funasaka «Current Status on Fuel Cycle System of Fast Reactor Cycle Technology Development (FaCT) Project in Japan», Global 2009, paper 9100, Paris, France, Sept.6-11 (2009)
19 K. Yano, M. Nakahara and others. «Research and Development of Crystal Purification for Product of Uranium Crystallization Process». Global 2009, paper 9093, Paris, France, Sept.6-11 (2009)
20. Виноградов, А.П. Аналитическая химия урана / А.П. Виноградов - М.: АН СССР, 1962. - 95-96 с.
21. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) и Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99): Гигиенические нормативы. - М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы. Министерство Здравоохранения РФ, 1999. - 116 с.
22. ГОСТ 12.0.001-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - В кн.: и др. - М.: Издательство стандартов, 1981, стр. 10.
23. ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 44с.
24. Вредные вещества в промышленности /Под ред. Лазарева Н.В.- М.: Химия, 1977, 677с.
25. Левина, Э. Н. Вредные вещества в промышленности / Э. Н. Левина, Н. В. Лазарев ; под ред. Н. В. Лазарева. - Л. : Химия, 1976. - 592 с.
26. ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
27. НПБ 105-03. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. - М.: Гл. Упр. Гос. противопожарной службы. МВД РФ, 1996. - 322 с.
28. ГОСТ 12.1.004 - 76 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. - М.: Издательство стандартов, 1992. - 78с.
29. ГОСТ 12.4.021 - 75 ССБТ. Системы вентиляции. Общие требования. М.: Издательство стандартов, 1975. - 8с.
30. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования.- М.: - Стройиздат, 1995. - 48с
31. Захаров, Л.П.. Техника безопасности в химической лаборатории: справ. Изд.-2-е и доп.-Л.:Химия,1991.-336с.
32. Правила устройства электроустановок. - СПб.: Издательство ДЕАН, 2001.- 928с.
33 . СанПиН 2.2.2.542-96 Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работ. - М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996. - 36 с.
34. ГОСТ 8.417-2002. Единицы величин.-Взамен ГОСТ 8.417-81; введ. 2003-09-01.- Минск: Межгос. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации; М.: Изд-во стандартов, 2003.- 27 с.- (Государственная система обеспечения единства измерений).
35. СТП СПбГТИ 006-2009. Подготовка и оформление текстовых авторских оригиналов для издания.- Взамен СТП СПбГТИ 006-2005 ; введ. 2009-07-01. - СПб. : ИК «Синтез», 2009.- 8 с. - ( Комплексная система управления качеством деятельности вуза ).
36. Р 01-2007. Библиографическое описание документа. Примеры оформления.- Взамен Р 01-97 8 ; введ. 2008-01-01. - СПб : ИК «Синтез», 2008.- 8 с. - (Комплексная система управления качеством деятельности вуза).
37. Superpurex as anOptimized TBP-Compatible Process for Long-Lived Radionuclide Partitioning/ B.Ya. Zilberman, Yu.S. Fedorov, E.N. Mishin, L.V. Sytnik, O.V. Shmidt, N.D. Goletsky// Global 2003 New Orleans, LA November 16-20, 2003
Общая характеристика катионов III аналитической группы катионов. Гидроксиды бария, кальция, стронция. Действие группового реагента (водного раствора серной кислоты). Действие окислителей и восстановителей. Применение солей кальция и бария в медицине. реферат [52,2 K], добавлен 13.03.2017
Равновесие в насыщенных растворах малорастворимых соединений. Расчет растворимости осадков с учетом одновременного влияния различных факторов. Влияние комплексообразования на растворимость солей и определение ее зависимость от ионной силы раствора. контрольная работа [1,2 M], добавлен 10.11.2014
Структура и свойства кислых аминокислот, их внутренняя структура, классификация и разновидности. Функциональные производные углеводородов. Биологические свойства глутаминовой кислоты. Характеристика и измерение оптического вращения, известные данные. контрольная работа [195,2 K], добавлен 09.10.2015
Применение неводных растворителей в лабораторно-заводской практике. Понятие растворимости, определение численных характеристик. Растворимость твердых веществ и газов в жидкости. Взаимная растворимость жидкостей. Требования, предъявляемые к растворителям. курсовая работа [1,2 M], добавлен 25.11.2014
Некоторые свойства бария. Химические свойства. История бария. Алхимические страсти, разжигаемые идеей получения золота. Болонский камень, солнечный камень. Металлический барий - мягкий белый металл. Широкое поле деятельности соединений бария. реферат [20,2 K], добавлен 09.03.2007
Общая характеристика группы. Бериллий и магний. История, распространенность, получение, особенности, физические свойства, применение щелочноземельных металлов. Химические свойства щелочноземельных металлов и их соединений. реферат [59,1 K], добавлен 30.05.2003
Определение условий ультразвукового диспергирования растворов уранилнитрата на лабораторной установке. Проведение эксперимента по термохимической денитрации реэкстракта урана в прямоточно-трубчатой электропечи с получением оксидов, проверка эффективности. дипломная работа [381,4 K], добавлен 27.11.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Растворимость щелочноземельных продуктов деления в кислых растворах уранилнитрата дипломная работа. Химия.
Реферат: Сексуальная свобода женщин
Материнская Любовь Недоросль Сочинение
Культура Умственного Труда Младших Школьников Реферат
Контрольная Работа Глаголы 6 Класс
Практическое задание по теме Планирование объема и себестоимости тракторных работ
Доклад по теме Русско-турецкая война 1768-1774 гг.
Реферат: Ионизирующее излучение
Экономическая Мысль Маркса Реферат
Реферат: Sonnet 18 Essay Research Paper Shall I
Реферат: Sue The Dinosaur Essay Research Paper Sue
Практические Работы По Географии 8
Реферат: Конъюктура и экономическая политика
Автореферат На Тему Философский Анализ Западноевропейской Культуры
Дипломная Работа На Тему Правохранительные Органы Рф
Сочинение Сила Духа По Тексту Каверина
Контрольная работа: Система принципов организации и деятельности прокуратуры Российской Федерации
Смешанные Системы Счисления Реферат
Дипломная работа по теме Моделирование работы цеха сборки
Практическое задание по теме Учения Конфуция о государстве
Реферат На Тему Основные Налоги, Сборы И Отчисления В Беларуси В 2009 Году
Анализ финансового состояния ООО "Камапласт" - Финансы, деньги и налоги дипломная работа
Роль женщины в российском бизнесе - Социология и обществознание курсовая работа
Обработка материалов и построение плана тахеометрической съемки на основе теодолитно-высотного хода - Геология, гидрология и геодезия курсовая работа