注冊(cè)核安全工程師考前培訓(xùn)課件綜合第五章4567節(jié)-展示頁(yè)
2025-02-15 16:22本頁(yè)面
【正文】 工方法使鈾 235豐度增加的過(guò)程。 20 第五節(jié) 鈾濃縮 一、鈾濃縮的基本概念 1．鈾濃縮的必要性和重要性 ? 鈾 235是唯一天然存在的易裂變核素，在天然鈾中豐度為 %；鈾 238占 99%以上。 ⑵ 四氯化碳還原法 —控制溫度 150度以上，且 CCl4過(guò)剩（小批量且高富集度）。前者可直接用于反應(yīng)堆的燃料芯體制造；后者則先要將其轉(zhuǎn)化成 UF4， 再用 Ca或 Mg還原成金屬。轉(zhuǎn)化過(guò)程可對(duì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)凈化。 236U是一種中子吸收劑，用循環(huán)鈾再富集時(shí)需要額外的分離功。 18 三、六 氟化鈾的生產(chǎn) （續(xù)） 3．由再循環(huán)鈾生產(chǎn) UF6 ⑴ 再循環(huán)鈾的特點(diǎn)：又稱(chēng)后處理鈾（ REU）， 放射性活度比天然鈾大得多，含少量放射性裂變產(chǎn)物（如99Tc和 106Ru） 和超鈾元素（钚、镎等）； 另有 232U和 236U。 ? UF4吸收法 —用 UF4來(lái)吸收 F2。 17 三、六 氟化鈾的生產(chǎn) （續(xù)） ⑷ 尾氣處理 從第二級(jí)冷凝器排出的不凝氣體中，殘留有 UFF2和少量 HF等有害氣體，排放前處理，以回收鈾并防止鈾和氟對(duì)環(huán)境的污染。 一部分補(bǔ)加 F2再循環(huán)到氟化反應(yīng)器中；其余導(dǎo)往二次反應(yīng)系統(tǒng)（氟氣凈化系統(tǒng)）與過(guò)量的 UF4反應(yīng)，生成中間氟化物和 UF6 。需要使用 UF6時(shí)，將其加熱到三相點(diǎn)溫度（ ℃ ）以上， UF6變成氣態(tài)用作供料。 15 三、六 氟化鈾的生產(chǎn) （續(xù)） ? UF6裝運(yùn)容器： 由于受臨界質(zhì)量的限制，富集度超過(guò) 3%用內(nèi)徑 5英寸的鋼瓶；天然鈾和貧化鈾用內(nèi)徑為 30英寸和48英寸的鋼瓶。 14 三、六 氟化鈾的生產(chǎn)（續(xù)） ? 液化過(guò)程：將含 UF6的混合氣體壓縮至 kPa以上且導(dǎo)入冷凝器（水冷卻）， UF6即被液化。常用兩級(jí)串聯(lián)間歇操作。冷凝器內(nèi)設(shè)有檔板或翅片。 13 三、六 氟化鈾的生產(chǎn)（續(xù)） ⑵ UF６ 產(chǎn)品的收集 氟化后混合氣中 UF６ 含量 30%90%，其余為 F HF、N O2等不凝性氣體。我國(guó)是 采用立式氟化爐制備 UF6 ? 臥式攪拌爐：完全的氣 固相逆流接觸，氟氣耗量接近化學(xué)計(jì)算量。對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，易操作調(diào)節(jié)，但設(shè)備尺寸大，生產(chǎn)強(qiáng)度低，且氟氣剩于量大和灰渣率多。 ? 流化床反應(yīng)器：反應(yīng)器內(nèi)的固體顆粒能迅速混合，全床層處于等溫狀態(tài)，易控制溫度，傳熱與傳質(zhì)優(yōu)良。 11 三、六 氟化鈾的生產(chǎn)（續(xù)） ⑴ 制備 UF6反應(yīng)器（由 UF4氟化） ? 火焰爐反應(yīng)器： UF4細(xì)粉末分散在 350537℃ 的氟氣中發(fā)生燃燒，反應(yīng)在火焰中進(jìn)行。氟化要使用過(guò)量的氟氣，而且過(guò)量的氟氣須再循環(huán)。 10 三、六氟化鈾的生產(chǎn) 制備 UF6 ? UF6是唯一的一種既穩(wěn)定（氣、液、固三態(tài)的變化）又具高度揮發(fā)性的鈾化合物，被用于鈾同位素富集工廠(chǎng)的供料。流化床反應(yīng)器氣 固相接觸好，能強(qiáng)化反應(yīng)，反應(yīng)速率快，傳熱與傳質(zhì)效率高，溫度均勻，設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度大而且簡(jiǎn)單。 9 二、四氟化鈾的生產(chǎn)（續(xù)） 2． UO2氫氟化工藝過(guò)程及其主體設(shè)備 ? 干法生產(chǎn)工藝組成：由 UO2原料與無(wú)水 HF的供給系統(tǒng)、 UF4反應(yīng)器系統(tǒng)、尾氣中 HF回收及處理、產(chǎn)品處理及包裝幾部分。 干法：高溫下用氣態(tài)無(wú)水氟化氫（ HF） 與 UO2反應(yīng)得 UF4。 1． UF4制備有濕法與干法 方法比較 濕法：溶解 UO2， 加入氫氟酸，生成的沉淀經(jīng)過(guò) 濾、干燥和煅燒，得無(wú)水 UF4。制備金屬鈾（金屬品位）和生產(chǎn) UF６ （ 級(jí)聯(lián)品位）。 ? 在含 HF、 F2等強(qiáng)腐蝕性的氣體中進(jìn)行（設(shè)備用耐腐蝕材料制備 ）。 ? 有較高（ ≥95％）的轉(zhuǎn)化率。 ? 固體顆粒的形貌及結(jié)構(gòu)與原料有關(guān)。（鈾礦水冶精制、元件加工 UO2粉末制備、乏燃料后處理尾端都有鈾轉(zhuǎn)化過(guò)程） ? 本節(jié)僅講述由天然鈾精制的鈾氧化物制成 UF4， 再轉(zhuǎn)成 UF6， 及其還原的過(guò)程。 ? 核燃料循環(huán) 后段 ： 乏燃料后處理、回收鈾再富集、鈾 /钚再制成燃料。綜合知識(shí) 第五章 核燃料循環(huán)設(shè)施 2 內(nèi) 容 ? 第一節(jié) 鈾礦地質(zhì)勘探 ? 第二節(jié) 鈾礦開(kāi)采 ? 第三節(jié) 鈾的提取和精制 ? 第四節(jié) 鈾化合物的轉(zhuǎn)化 ? 第五節(jié) 鈾濃縮 ? 第六節(jié) 燃料組 （元） 件制造 ? 第七節(jié) 乏燃料及其后處理 3 內(nèi) 容 ? 核燃料循環(huán)：核燃料所經(jīng)歷的包括燃料提取和加工、核能利用和乏燃料后處理等一系列步驟。 ? 核燃料循環(huán) 前段 ： 鈾礦勘探、開(kāi)采與冶煉、鈾轉(zhuǎn)化、鈾同位素富集 （ 鈾濃縮）、燃料元件制造。 回收鈾 輸電網(wǎng) 鈾礦勘探 鈾礦勘探、開(kāi)采 精制（純化） 鈾濃縮 鈾轉(zhuǎn)化 濃縮六氟化 鈾 天然六氟化鈾 貧化鈾 反應(yīng)堆 廢物處理和處置 乏燃料后處理 钚 乏燃料 燃料元件制造 發(fā)電機(jī) 新燃料組件 水冶 5 第四節(jié) 鈾化合物的轉(zhuǎn)化 一、鈾轉(zhuǎn)化的主要過(guò)程及其工藝特點(diǎn) ? 鈾化合物 (形態(tài)、價(jià)態(tài) )的轉(zhuǎn)化（簡(jiǎn)稱(chēng)“鈾轉(zhuǎn)化”）過(guò)程是核原料生產(chǎn)工藝的一部分，是聯(lián)系各個(gè)環(huán)節(jié)的紐帶。 6 7 一、鈾轉(zhuǎn)化的主要過(guò)程及其工藝特點(diǎn)（續(xù)） 干法氣 固相反應(yīng)，工藝特點(diǎn)： ? 固體的反應(yīng)性（活性）很重要。 ? 體系處于瞬變狀態(tài)。 ? 在較高的溫度下進(jìn)行，伴隨發(fā)熱。 8 二、四氟化鈾的生產(chǎn) UF4—制備金屬鈾和 UF6的原料。前者的質(zhì)量要求比后者高。 有純化作用，但工序多，廢液多，成本高。 鈾回收率高、廢液量很少、工藝簡(jiǎn)化、成本低，但對(duì)原料要求嚴(yán)，流程適應(yīng)性差，無(wú)水 HF過(guò)剩量較大，對(duì)雜質(zhì)的純化差 。 ? 設(shè)備主要有：臥式攪拌床、流化床和移動(dòng)床三類(lèi)。目前工業(yè)上常采用兩極串聯(lián)流化床。 ? 生產(chǎn) UF6用核純級(jí)的 UF4在高溫下與 F2發(fā)生作用。 ? UF6生產(chǎn)：由氟化、 UF6冷凝收集、氟氣回收和尾氣處理四部分組成。設(shè)備緊湊，生產(chǎn)強(qiáng)度大，但對(duì) UF4粉末的純度、粒度及其分散裝置要求嚴(yán)，爐體腐蝕重，殘?jiān)慷啵鷼膺^(guò)剩量大。床料燒結(jié)少。 12 三、六 氟化鈾的生產(chǎn)（續(xù)） ? 立式氟化爐：兼容火焰爐和流化床的優(yōu)點(diǎn)，有良好的氣 固相接觸，一定程度逆流，氟氣過(guò)剩量小；灰渣率極低；生產(chǎn)強(qiáng)度小于火焰爐，但比流化床高；設(shè)備簡(jiǎn)單，工作溫度低，對(duì)原料中的 Na、 K含量要求不嚴(yán)。但設(shè)備傳熱性不好，只適合在較低溫度下氟化，產(chǎn)率低，容易發(fā)生中間氟化物燒結(jié)，操作困難。 收集 UF６ 有凝華和液化兩種過(guò)程： ? 凝華過(guò)程：由氣態(tài)經(jīng)冷卻直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。按冷卻劑（如乙二醇
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