一种用于重铀酸铵的洗涤剂及重铀酸铵去氟的方法

摘要

本发明公开了一种用于重铀酸铵的洗涤剂及重铀酸铵去氟的方法，本发明提供的洗涤剂中，含有与UO

说明书

技术领域

本发明涉及核材料制造技术领域，特别是涉及一种用于重铀酸铵的洗涤剂及重铀酸铵去氟的方法。

背景技术

在制备核燃料(UO₂芯块燃料，高燃耗UO₂球型燃料等)过程中，重铀酸铵(ADU)是重要的中间产物。在核燃料制备中间产物及核燃料中均希望将F含量控制在较低水平。原因是：一方面，F是一种强腐蚀剂，ADU中含量过高的F对制备燃料工艺设备有较强的腐蚀损害；另一方面，核燃料中F可能导致燃料元件包壳内表面氧化膜减钝，对包壳的氢脆起到诱化和促进作用，降低核燃料的安全运行及寿期。在UO₂芯块燃料制备过程中对残留氟含量有严格要求：压水堆UO₂粉末的氟含量要求≤100ug/gU，重水堆UO₂粉末的氟含量要求≤30ug/gU，MOX燃料小球的氟含量要求≤25ug/gU。

由UO₂F₂原料体系制备的ADU中含有约5％质量分数的F。F以物理吸附作用和化学作用与ADU结合，主要以UO₂F₂.3NH₄F形态存在。因此，如何有效降低ADU中F含量对核燃料(UO₂芯块燃料和UO₂球型燃料)生产过程及性能具有重要意义。

发明内容

针对上述核燃料制备过程中，氟对制备燃料工艺设备有较强的腐蚀损害，以及核燃料在使用过程中，氟可能导致燃料元件包壳内表面氧化膜减钝，对包壳的氢脆起到诱化和促进作用，降低核燃料的安全运行及寿期，如何有效降低ADU中F含量对核燃料生产过程及性能具有重要意义的问题，本发明提供了一种用于重铀酸铵的洗涤剂及重铀酸铵去氟的方法。

为解决上述问题，本发明提供的一种用于重铀酸铵的洗涤剂及重铀酸铵去氟的方法通过以下技术要点来达到目的：一种用于重铀酸铵的洗涤剂，所述洗涤剂的成分中包括碳酸铵和过氧化氢。

本方案中，碳酸铵作为缓冲剂，用于防止重铀酸铵溶解；氧化氢与UO₂^2-离子配合能力强，可取代重铀酸铵中的F离子，达到洗涤脱氟的技术效果。即本方案提供了一种溶质包括碳酸铵和过氧化氢的溶液作为洗涤剂，该洗涤剂中含有与UO₂^2-具有较强配合能力的离子成分，以一定的洗涤方式洗涤ADU滤饼以降低ADU中氟含量，能有效去除ADU中的氟离子，传统的ADU去氟方式去氟后ADU中氟的质量分数为3％左右，本洗涤剂洗涤后ADU中氟的质量分数能降低至0.7％或以下，本缓冲剂为核燃料制备工艺的优化提供了技术保障。

作为以上洗涤剂进一步的技术方案：

所述洗涤剂由碳酸铵溶液和双氧水溶液混合而成，且碳酸铵溶液和双氧水溶液的体积比比值为1.5～3，碳酸铵溶液的质量百分比浓度为8％～10％，双氧水溶液的质量百分比浓度为3％～5％。本方案中，双氧水溶液即为过氧化氢的水溶液，对洗涤剂中碳酸铵和过氧化氢的量的限定，可使得本案提供的洗涤剂能在保证重铀酸铵稳定存在的洗涤环境下，获得较高的洗涤脱氟能力。

作为优选的配比方式，碳酸铵溶液和双氧水溶液的体积比比值为2。采用本方案提供的洗涤剂，经一次洗涤，可使得经洗涤后重铀酸铵中氟含量质量分数降低至0.3％。

同时，本发明还公开了一种重铀酸铵去氟的方法，该方法采用以上提供任意一种洗涤剂方案，用于对重铀酸铵进行去氟洗涤，包括顺序进行的以下步骤：

S1、将重铀酸铵与所述洗涤剂混合，使得重铀酸铵分散于所述洗涤剂中，得到混合物A；

S2、将所述混合物A进行过滤，过滤得到的滤饼即为去氟后的重铀酸铵。

本案提供的上述方法操作简单，能有效洗涤出ADU中的氟离子。洗涤后ADU中氟含量能降低至0.7％。

作为以上方法进一步的技术方案：

在步骤S1中，所述洗涤剂的温度为45℃至50℃。本案中对洗涤剂温度的限定，旨在提供一种在保证氟去除率的情况下，提供一种使得去氟工艺更易于实现的方式：经过验证，将洗涤剂的操作温度限定在45℃至50℃，可使得洗涤后得到滤饼中氟的质量分数下降至0.4％以下；在洗涤剂温度高于50℃后，

洗涤温度对洗涤后重铀酸铵中氟含量影响不大。

为提升氟去除率，还包括重复过滤步骤S3，所述重复过滤步骤S3为将上次过滤得到的滤饼再次与所述洗涤剂混合，并将得到的混合物进行再次过滤。经过两次洗涤，所得滤饼中氟的质量分数能下降至0.2％，

作为步骤S1的具体实现方式，以上步骤S1的实现方式为将重铀酸铵加入容器后，而后将所述洗涤液加入所述容器，通过搅拌使重铀酸铵充分分散于洗涤液中。本方式通过简单的搅拌，即可使得重铀酸铵能够充分分散于洗涤剂中。

为了提高过滤效率，同时尽量降低重铀酸铵含水率，所述步骤S2采用真空过滤器进行过滤。

为了通过过滤方式尽量去除重铀酸铵中有较高氟含量的母液，以提高洗涤除氟效果，去氟洗涤之前的重铀酸铵原料的含水率不高于45％。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的洗涤剂中，含有与UO₂²⁺具有较强配合能力的离子成分，能有效洗涤出ADU中的氟离子，能够将UO₂F₂原料体系制备的ADU中含有的质量分数约5％的氟降低至0.7％及以下，这样，采用本洗涤剂在核燃料制备过程中，对中间产物重铀酸铵进行处理后，能够有效降低氟对制备燃料工艺设备的腐蚀损害，同时，最后得到的核燃料中氟含量也较少，能够有效避免或减轻氟导致的燃料元件包壳内表面氧化膜减钝的情况；同时本发明公开了一种重铀酸铵去氟的方法，采用该方法，能够有效的实现上述目的，同时，本方法相较于现有核燃料的去氟工艺，还具有操作简单、易于实现的优点。

附图说明

图1是本发明所述的一种重铀酸铵去氟的方法一个具体实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

一种用于重铀酸铵的洗涤剂，所述洗涤剂的成分中包括碳酸铵和过氧化氢。

本方案中，碳酸铵作为缓冲剂，用于防止重铀酸铵溶解；氧化氢与UO₂^2-离子配合能力强，可取代重铀酸铵中的F离子，达到洗涤脱氟的技术效果。即本方案提供了一种溶质包括碳酸铵和过氧化氢的溶液作为洗涤剂，该洗涤剂中含有与UO₂^2-具有较强配合能力的离子成分，以一定的洗涤方式洗涤ADU滤饼以降低ADU中氟含量，能有效去除ADU中的氟离子，传统的ADU去氟方式去氟后ADU中氟的质量分数为3％左右，本洗涤剂洗涤后ADU中氟的质量分数能降低至0.7％或以下，本缓冲剂为核燃料制备工艺的优化提供了技术保障。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：所述洗涤剂由碳酸铵溶液和双氧水溶液混合而成，且碳酸铵溶液和双氧水溶液的体积比比值为1.5～3，碳酸铵溶液的质量百分比浓度为8％～10％，双氧水溶液的质量百分比浓度为3％～5％。本方案中，双氧水溶液即为过氧化氢的水溶液，对洗涤剂中碳酸铵和过氧化氢的量的限定，可使得本案提供的洗涤剂能在保证重铀酸铵稳定存在的洗涤环境下，获得较高的洗涤脱氟能力。

作为优选的配比方式，碳酸铵溶液和双氧水溶液的体积比比值为2。采用本方案提供的洗涤剂，经一次洗涤，可使得经洗涤后重铀酸铵中氟含量质量分数降低至0.3％。

实施例3：

如图1所示，本实施例提供了一种中油酸钠去氟的方法：同时，本发明还公开了一种重铀酸铵去氟的方法，该方法采用以上提供任意一种洗涤剂方案，用于对重铀酸铵进行去氟洗涤，包括顺序进行的以下步骤：

S1、将重铀酸铵与所述洗涤剂混合，使得重铀酸铵分散于所述洗涤剂中，得到混合物A；

S2、将所述混合物A进行过滤，过滤得到的滤饼即为去氟后的重铀酸铵。

本案提供的上述方法操作简单，能有效洗涤出ADU中的氟离子。洗涤后ADU中氟含量能降低至0.7％。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上作进一步限定：在步骤S1中，在步骤S1中，所述洗涤剂的温度为45℃至50℃。本案中对洗涤剂温度的限定，旨在提供一种在保证氟去除率的情况下，提供一种使得去氟工艺更易于实现的方式：经过验证，将洗涤剂的操作温度限定在45℃至50℃，可使得洗涤后得到滤饼中氟的质量分数下降至0.4％以下；在洗涤剂温度高于50℃后，洗涤温度对洗涤后重铀酸铵中氟含量影响不大。

为提升氟去除率，还包括重复过滤步骤S3，所述重复过滤步骤S3为将上次过滤得到的滤饼再次与所述洗涤剂混合，并将得到的混合物进行再次过滤。经过两次洗涤，所得滤饼中氟的质量分数能下降至0.2％，

作为步骤S1的具体实现方式，以上步骤S1的实现方式为将重铀酸铵加入容器后，而后将所述洗涤液加入所述容器，通过搅拌使重铀酸铵充分分散于洗涤液中。本方式通过简单的搅拌，即可使得重铀酸铵能够充分分散于洗涤剂中。

为了提高过滤效率，同时尽量降低重铀酸铵含水率，所述步骤S2采用真空过滤器进行过滤。

为了通过过滤方式尽量去除重铀酸铵中有较高氟含量的母液，以提高洗涤除氟效果，去氟洗涤之前的重铀酸铵原料的含水率不高于45％。

实施例5：

本实施例提供了一种具体的重铀酸铵去氟方案，其相关原材料和工艺控制参数如下所示。

原材料：

重铀酸铵(ADU)，由UO₂F₂体系制备，含水率小于45％；

碳酸铵，分析纯规格；

双氧水，分析纯规格；

去离子水。

设备：

电子天平；

量筒；

搅拌器；

具有真空抽滤功能的平板过滤器。

工艺及工艺参数：

量取质量百分比浓度为8％的碳酸铵溶液2L，量取质量百分比浓度为3％的双氧水溶液1L，混合后制得洗涤液A1；称取500g氟质量分数为5％的重铀酸铵(ADU)放入烧杯中；将洗涤液A1加热至45℃，量取质量百分比浓度为1L加热后的A1加入烧杯中，快速搅拌ADU使之充分分散在洗涤液中，分散后得到ADU浆体B1；将B1在平板过滤器上过滤，得到洗涤后的ADU滤饼C1，经分析检测，ADU氟含量为0.5％；重复以上操作一次，完成ADU脱氟洗涤过程，洗涤后经分析检测，ADU氟含量为0.3％。

实施例6：

本实施例提供了一种具体的重铀酸铵去氟方案，按照以下相关工艺参数洗涤含有较高氟含量的ADU。其相关原材料和工艺控制参数如下所示。

原材料：

重铀酸铵(ADU)，由UO₂F₂体系制备，含水率小于45％；

碳酸铵，分析纯规格；

双氧水，分析纯规格；

去离子水。

设备：

电子天平；

量筒；

搅拌器；

平板过滤器。

工艺及工艺参数：

量取质量百分比浓度为9％的碳酸铵溶液2L，量取质量百分比浓度为4％的双氧水溶液1L，混合后制得洗涤液A2；称取500g氟质量分数为5.5％的重铀酸铵(ADU)放入烧杯中；将洗涤液A2加热至48℃，量取质量百分比浓度为1L加热后的A2加入烧杯中，快速搅拌ADU使之充分分散在洗涤液中，分散后得到ADU浆体B2；将B2在平板过滤器上过滤，得到洗涤后的ADU滤饼C2，经分析检测，ADU氟含量为0.3％；重复以上操作一次，完成ADU脱氟洗涤过程。洗涤后经分析检测，ADU氟含量为0.2％。

实施例7：

本实施例提供了一种具体的重铀酸铵去氟方案，按照以下相关工艺参数洗涤含有较高氟含量的ADU。其相关原材料和工艺控制参数如下所示。

原材料：

重铀酸铵(ADU)，由UO₂F₂体系制备，含水率小于45％；

碳酸铵，分析纯；

双氧水，分析纯；

去离子水。

设备：

电子天平；

量筒；

搅拌器；

平板过滤器。

工艺及工艺参数：

量取质量百分比浓度为10％的碳酸铵溶液2L，量取质量百分比浓度为5％的双氧水溶液1L，混合后制得洗涤液A3；称取500g氟质量分数为6％的重铀酸铵(ADU)放入烧杯中；将洗涤液A3加热至50℃，量取质量百分比浓度为1L加热后的A3加入烧杯中，快速搅拌ADU使之充分分散在洗涤液中，分散后得到ADU浆体B3；将B3在带真空的平板过滤器上过滤，得到洗涤后的ADU滤饼C3，经分析检测，ADU氟含量为0.25％；重复以上操作一次，完成ADU脱氟洗涤过程。洗涤后经分析检测，ADU氟含量为0.15％。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。