ФГУП «Горно-химический комбинат», Железногорск, Россия:

П. В. Аксютин, инженер-радиохимик, эл. почта: atomlink@mcc.krasnoyarsk.su
А. С. Дьяченко, ведущий инженер
А. Ю. Жабин, начальник лаборатории

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия:
И. И. Жерин, профессор, докт. хим. наук

Исследован процесс термохимической обработки фрагментов имитатора облученного топлива на основе UO₂ керамического качества окислительной смесью N_xO_y + O₂ + СО₂ + Н₂О_(пар) в диапазоне температур от 588 до 663 К. В качестве исходного материала использованы необлученные фрагменты твэл с массовой долей урана-235 не более 0,72 % (мас.) длиной 50 мм с замятием по сечению торцов не более 30 %. Показана принципиальная возможность конверсии керамического топлива, заключенного в циркониевую оболочку, в порошкообразный материал в течение 3 ч в атмосфере N_xO_y + O₂ + СО₂ + Н₂О_(пар) при температуре 623–643 К. Процесс термохимической обработки осуществлен в аппарате-реакторе печного типа с горизонтальной осью вращения. В результате термохимической обработки фрагментов имитатора керамического топлива окислительной смесью N_xO_y + O₂ + СО₂ + Н₂О_(пар) при температуре 623 и 643 К получены порошки черного цвета, полностью отделенные от циркониевых оболочек. Выход топлива из оболочек составил 99,9 %. По результатам гравиметрического анализа полученные порошки соответствуют брутто-формуле U₃O₈. Методом рентгенофазового анализа по характерным рефлексам на дифрактограммах установлено, что порошкообразный материал представляет собой октаоксид триурана (рентгеновские пики в области 2: 21,5; 26; 34; 44; 46; 47; 52). Размер частиц основной фракции (не менее 95 % от массы выгрузки) порошка составил 2–6 мкм.

Работа выполнена в рамках программы развития ТПУ.

1. Хаперская А. В. Российские подходы к перспективным ядерным циклам. — АтомЭко-2017. URL: http://www.atomeco.org/mediafiles/u/files/2017/materials/04__Khaperskaya_rus_zhenskij_stol.pdf (дата обращения: 21.06.2021).
2. Громов Б. В. Введение в химическую технологию урана. — М. : Атомиздат, 1978. — 336 с.
3. Кулюхин С. А., Неволин Ю. М., Мизина Л. В., Коновалова Н. А., Гордеев А. В. Газофазная конверсия оксидов U, Sr, Mo и Zr в водорастворимые соединения в атмосфере NO_x – H₂O_(пар) – воздух. // Радиохимия. 2016. Т. 58. № 1. С. 15–29.
4. Johnson J. A. Studies of reaction process for voloxidation methods: diss. PhD. — Knoxville, 2013. — 121 p.
5. ГОСТ 4461–77. Реактивы. Кислота азотная. Технические условия. — Введ. 01.01.1979.

6. ГОСТ 22180–76. Реактивы. Кислота щавелевая. Технические условия. — Введ. 01.01.1977.
7. Матюха В. А., Матюха С. В. Оксалаты редкоземельных элементов и актинидов. — М. : ИздАТ, 2008. — 607 с.
8. Пат. 2654536 РФ. Способ окислительной обработки (волоксидации) облученного ядерного топлива / Гаврилов П. М., Меркулов И. А., Аксютин П. В. и др. ; заявл. 15.08.2017 ; опубл. 21.05.2018, Бюл. № 15.
9. Ананьев А. В., Тананаев И. Г., Шилов В. П. Гетерогенно-каталитические окислительно-восстановительные реакции в химии и технологии ядерного топливного цикла // Успехи химии. 2005. № 11. С. 1132–1155.
10. Кожахина А. В. Катализаторы для окислительно-восстановительного взаимодействия оксидов азота и углерода (II) : автореф. дисс. … канд. хим. наук. — Саратов, 2008.
11. Леонов В. Т. Научные и технологические основы утилизации и переработки оксидов азота из отходящих газов : дисс. … докт. техн. наук. — М., 2009.
12. Пат. 2593163 РФ. Способ каталитической денитрации жидких радиоактивных отходов / Апальков Г. А., Смирнов С. И., Жабин А. Ю. ; заявл. 14.05.2015 ; опубл. 27.07.2016, Бюл. № 21.
13. Пат. 2619583 РФ. Способ окислительной обработки (волоксидации) облученного ядерного топлива / Меркулов И. А., Тихомиров Д. В., Аксютин П. В. и др. заявл. 01.09.2016 ; опубл. 17.05.2017, Бюл. № 14.
14. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. Учебное пособие для вузов. — М. : Высшая школа, 1973. — 480 с.
15. Дьяченко А. Н., Шагалов В. В. Химическая кинетика гетерогенных процессов : учеб. пособие. — Томск : Изд. Томского политехнического университета, 2014. — 95 с.
16. ОСТ 95175–2003. Уран и его соединения. Методика гравиметрического с пероксидным осаждением измерения содержания урана. — Принят 01.01.2003.
17. Schwartz D. S., Tandon L., Martinez P. Morphological Comparison of U3O8 Ore Concentrates from Canada Key Lake and Namibia Sources / Report of Los Alamos national laboratory. 2016.
18. Kang K. H., Na S. H., Song K. C. Oxidation behavior of the simulated fuel with dissolved fission product in air at 573–873 K // Thermochimica Acta. 2007. Vol. 455, Iss. 1-2. P. 129–133.
19. Rui L. The study of pre-oxidation and low temperature sintering mechanism to UO_2+x pellets // Adv. Mat. Res. 2014. Vol. 1053. P. 80–86.
20. Lee J.-W., Yun Y.-W., Kim Y.-H. Thermal granulation of U₃O₈ powder using rotary voloxidizer // Ceramics International. 2015. Vol. 41, Iss. 9. Part A. P. 10810–10817.