[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2599670C1 - Method of uranyl nitrate solution processing to uranium oxide and nitric acid solution and device for its implementation - Google Patents

Method of uranyl nitrate solution processing to uranium oxide and nitric acid solution and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2599670C1
RU2599670C1 RU2015122242/05A RU2015122242A RU2599670C1 RU 2599670 C1 RU2599670 C1 RU 2599670C1 RU 2015122242/05 A RU2015122242/05 A RU 2015122242/05A RU 2015122242 A RU2015122242 A RU 2015122242A RU 2599670 C1 RU2599670 C1 RU 2599670C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
plasma reactor
solution
uranyl nitrate
nitric acid
Prior art date
Application number
RU2015122242/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Туманов
Николай Пантелеевич Зарецкий
Денис Юрьевич Туманов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2015122242/05A priority Critical patent/RU2599670C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2599670C1 publication Critical patent/RU2599670C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G43/00Compounds of uranium
    • C01G43/01Oxides; Hydroxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear technology; ecology.
SUBSTANCE: invention relates to uranyl nitrate nuclear production waste converting process technology and implementation. Method of uranyl nitrate solution processing to uranium oxide and nitric acid solution involves generation of air plasma flow with the help of plasma reactor electric arc plasmatrons, introduction of uranyl nitrate solution and into plasma reactor mixing zone, decomposition of disintegrated uranyl nitrate solution in air plasma stream to triuranium octoxide and gas phase, reduction of products descending flow with tangential air flow, cooling flow in water-cooled gas-dynamic nozzle to temperature of 150-200 °C, separation of two-phase flow to obtain uranium oxides and gaseous phase in successively installed centrifugal separator and metal-ceramic filter from double-layer anisotropic metal ceramic with filtering surface pulse ejection regeneration, discharge of dispersed uranium oxides, nitrogen oxides and water vapor condensation from gaseous phase with simultaneous nitric acid recombination with the help of condenser and absorber and nitric acid concentration in evaporator.
EFFECT: invention provides effective and environmentally friendly production of high purity monodisperse triuranium octoxide and nitric acid in single-step process.
13 cl, 2 dwg, 1 tbl, 3 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к одной из стадий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) - к технологии и аппаратурному оформлению крупномасштабного процесса переработки аффинированного уранилнитрата - продукта экстракционно-реэкстракционной переработки облученного ядерного топлива на регенерационных радиохимических заводах. Облученное ядерное топливо АЭС поставляют на регенерационный завод после т.н. "охлаждения" - выдержки в хранилищах АЭС, в результате которой резко снижается уровень радиоактивности. На регенерационном заводе отделяют с помощью экстракции продукты деления урана и изотопы плутония и на конечной стадии этого передела выделяют уранилнитрат. Этот уранилнитрат и является сырьем для последующего передела - выделения из него триуран-октаоксида (U3O8), который далее подвергают фторированию (производство гексафторида урана, UF6) и направляют далее синтезированный UF6 на завод по разделению изотопов урана, где производят дообогащение урана по изотопу U-235.The invention relates to one of the stages of the nuclear fuel cycle (NFC) - to the technology and hardware design of a large-scale process for the processing of refined uranyl nitrate - a product of extraction and extraction processing of irradiated nuclear fuel in regenerative radiochemical plants. Irradiated nuclear fuel from nuclear power plants is delivered to the regeneration plant after the so-called "cooling" - exposure in the storage facilities of nuclear power plants, as a result of which the level of radioactivity decreases sharply. At the regeneration plant, uranium fission products and plutonium isotopes are separated by extraction, and uranyl nitrate is isolated at the final stage of this redistribution. This uranyl nitrate is the raw material for the subsequent redistribution - the isolation of triurano-octoxide (U 3 O 8 ) from it, which is then subjected to fluorination (production of uranium hexafluoride, UF 6 ) and further synthesized UF 6 is sent to the uranium isotope separation plant, where re-enrichment is carried out uranium in the isotope U-235.

Проблемой является не просто производство из уранилнитрата триуран-октаоксида (U3O8), но продукта, соответствующего по химическому и гранулометрическому составу техническим условиям на производство гексафторида урана, UF6. Этот продукт - триуран-октаоксид должен быть тонкодисперсным, его требуемые технологические свойства приведены в таблице ниже.The problem is not just the production of triurano-octoxide (U 3 O 8 ) from uranyl nitrate, but a product that complies with the chemical and particle size specifications for the production of uranium hexafluoride, UF 6 . This product - triuran-octoxide should be finely dispersed, its required technological properties are shown in the table below.

Figure 00000001
Figure 00000001

Фторирование сырья с более крупными частицами сопровождается образованием огарков (1-2%). Удельная поверхность оксидов урана должна находиться в интервале 3.6-10 м2/г. Когда удельная поверхность менее 3.6 м2/г, увеличивается количество огарков и вероятность осаждения налета на стенки пламенного реактора; когда удельная поверхность более 10 м2/г, наблюдается «подгорание» верхней части пламенного реактора. Уровень примесей должен соответствовать техническим условиям, т.е. содержание лимитируемых примесей должно соответствовать ОСТ 95 10117-2003: ОСТ 95 10117-2003 ОСТ 95 10554-2000, в соответствии с которыми выход конструкционых материалов из электродов (медь, вольфрам) не должен превышать 10-4 вес.%, выход железа из конструкционной стали - не выше 3·10-4 вес.%.Fluorination of raw materials with larger particles is accompanied by the formation of cinder (1-2%). The specific surface of uranium oxides should be in the range of 3.6-10 m 2 / g. When the specific surface is less than 3.6 m 2 / g, the number of cinder and the probability of deposition of plaque on the walls of the flame reactor increases; when the specific surface is more than 10 m 2 / g, “burning” of the upper part of the flame reactor is observed. The level of impurities must comply with the technical conditions, i.e. the content of limited impurities must comply with OST 95 10117-2003: OST 95 10117-2003 OST 95 10554-2000, according to which the yield of structural materials from the electrodes (copper, tungsten) should not exceed 10 -4 wt.%, the yield of iron from structural steel - not higher than 3 · 10 -4 wt.%.

Уровень техникиState of the art

Существующая технология конверсии уранилнитрата, полученного при экстракционно-реэкстракционной переработке облученного ядерного топлива на регенерационных заводах РФ, заключается в следующем. Раствор уранилнитрата обрабатывают гидроксидом аммония, при этом осаждаются полиуранаты, в частности диуранат аммония; при этом возникает маточный раствор нитрата аммония:The existing technology for the conversion of uranyl nitrate obtained during the extraction-re-extraction processing of irradiated nuclear fuel at the regeneration plants of the Russian Federation is as follows. The uranyl nitrate solution is treated with ammonium hydroxide, while polyuranates, in particular ammonium diuranate, are precipitated; in this case, a mother liquor of ammonium nitrate occurs:

Figure 00000002
Figure 00000002

aq - водный раствор, с - конденсат.aq - aqueous solution, s - condensate.

Далее осадок диураната аммония отделяют фильтрацией от маточного раствора нитрата аммония, осадок промывают, затем сушат и прокаливают до выделения триуран-октаоксида:Next, the precipitate of ammonium diuranate is separated by filtration from the mother liquor of ammonium nitrate, the precipitate is washed, then dried and calcined to isolate triuran-octaoxide:

Figure 00000003
Figure 00000003

Это производство - т.н. "химическая денитрация" - существует на регенерационных заводах РФ. Маточный раствор нитрата аммония (NH4NO3(aq)) является отходом производства, для утилизации его необходимо чистить от остаточного урана, что является дорогой и убыточной операцией. Многократно разбавленный до предельно допустимой концентрации по урану маточный раствор сливали в проточный водоем, в настоящее время эти растворы закачивают в глубинные пласты (т.н. "глубинное захоронение"), что только лишь видоизменяет форму, размер и сроки проявления экологического ущерба.This production is the so-called "chemical denitration" - exists at the regeneration plants of the Russian Federation. The mother liquor of ammonium nitrate (NH 4 NO 3 (aq)) is a waste product, for disposal it must be cleaned of residual uranium, which is an expensive and unprofitable operation. The mother liquor, which was repeatedly diluted to the maximum permissible concentration of uranium, was poured into a flowing water reservoir; at present, these solutions are pumped into deep reservoirs (the so-called "deep burial"), which only modifies the form, size and timing of manifestations of environmental damage.

Имеется и косвенный экономический ущерб от проведения химической денитрации: азотная кислота, затраченная на производство уранилнитрата, необратимо теряется при захоронении маточного раствора, т.е. в процессе этой операции уничтожается один из основных продуктов химической промышленности - азотная кислота.There is also indirect economic damage from chemical denitration: nitric acid spent on the production of uranyl nitrate is irreversibly lost during the disposal of the mother liquor, i.e. during this operation, one of the main products of the chemical industry, nitric acid, is destroyed.

В процессах сушки и прокалки возникают газовые выхлопы, которые необходимо чистить от технологической урановой пыли.In the drying and calcining processes, gas emissions arise, which must be cleaned of technological uranium dust.

Известен способ получения тонкодисперсных оксидов металлов (А.С. СССР №452177 от 07.08.1974. Ю.Н. Туманов, Н.П. Галкин, Ю.П. Бутылкин, В.П. Коробцев, В.А. Хохлов, Г.А. Батарев), по которому дезинтегрированный нитратный раствор металла - уранилнитрат смешивали в плазменном реакторе с потоком химически совместимой с ним воздушной или азотной плазмы, в результате чего раствор распадался на дисперсные оксиды металлов, оксиды азота и водяной пар. Процесс разложения нитратного раствора применительно к урану схематически описывается в общем виде брутто-уравнением:A known method of producing fine metal oxides (AS USSR No. 452177 from 08/07/1974. Yu. N. Tumanov, NP Galkin, Yu.P. Butylkin, VP Korobtsev, VA Khokhlov, G .A. Battery), in which a disintegrated metal nitrate solution - uranyl nitrate was mixed in a plasma reactor with a stream of chemically compatible air or nitrogen plasma, as a result of which the solution decomposed into dispersed metal oxides, nitrogen oxides and water vapor. The process of decomposition of a nitrate solution as applied to uranium is schematically described in general terms by the gross equation:

Figure 00000004
Figure 00000004

Капли дезинтегрированного раствора выдерживали в плазменном реакторе в течение 10-3-10-1 с при размере капель 5·10-3-1·10-4 см. Потоки плазмы направляли под углом 60° к оси реактора. На выходе из плазменного реактора дисперсные оксиды металлов отделяли от газовой фазы при температуре, превышающей температуру устойчивости исходного нитрата.Drops of a disintegrated solution were kept in a plasma reactor for 10 −3 −10 −1 s at a droplet size of 5 × 10 −3 −1 −1 · 10 −4 cm. Plasma flows were directed at an angle of 60 ° to the axis of the reactor. At the exit from the plasma reactor, dispersed metal oxides were separated from the gas phase at a temperature exceeding the stability temperature of the initial nitrate.

Этот способ реализован в применительно к получению оксида урана - триуран-октаоксида (U3O8) при разложении уранилнитрата на уровне пилотного завода с плазменным реактором мощностью 300 кВт и производительностью 10-30 кгU/ч (в зависимости от концентрации раствора по урану (Ю.Н. Туманов. "Плазменные, высокочастотные, микроволновые и лазерные технологии в химико-металлургических процессах ", М: Физматлит, 2010, с. 240-253 прототип).This method is implemented in relation to the production of uranium oxide - triuran-octaoxide (U 3 O 8 ) by decomposition of uranyl nitrate at the level of a pilot plant with a 300 kW plasma reactor and a productivity of 10-30 kg U / h (depending on the concentration of the solution in uranium (Yu .N. Tumanov. "Plasma, high-frequency, microwave and laser technologies in chemical and metallurgical processes", M: Fizmatlit, 2010, pp. 240-253 prototype).

Основные аппаратурные элементы пилотного завода.The main hardware elements of the pilot plant.

1. Источник электропитания плазмотрона (выпрямитель с системой автоматического регулирования тока, высокочастотный или микроволновый генератор и т.п.).1. The power source of the plasma torch (rectifier with automatic current control system, high-frequency or microwave generator, etc.).

2. Электродуговой плазмотрон, в котором поток химически совместимого с раствором газа (в случае разложения нитратов воздух или его компоненты - азот, кислород, в зависимости от требуемой валентности выделяемого металла) превращается в поток низкотемпературной плазмы.2. An electric arc plasmatron in which a stream of a chemically compatible gas solution (in the case of nitrate decomposition, air or its components - nitrogen, oxygen, depending on the required valency of the metal to be released) is converted into a low-temperature plasma stream.

3. Охлаждаемый плазменный реактор, где перемешиваются потоки плазмы и раствора, и происходит разложение раствора по уравнению (3). Плазменный реактор снабжен, как правило, несколькими плазматронами и одним или несколькими дезинтеграторами раствора. При использовании нескольких плазматронов и дезинтеграторов интенсифицируется процесс смешения и процессы тепло- и массообмена при взаимодействии капель раствора с высокотемпературной средой.3. A cooled plasma reactor, where the plasma and solution flows are mixed, and the solution decomposes according to equation (3). As a rule, a plasma reactor is equipped with several plasmatrons and one or more solution disintegrators. When using several plasmatrons and disintegrators, the mixing process and the processes of heat and mass transfer during the interaction of solution droplets with a high-temperature medium are intensified.

4. Сепаратор и металлокерамический фильтр (МКФ), в котором проводится разделение дисперсной и газовой фаз, после чего возникают два материальных потока: поток дисперсного оксидного материала, являющегося целевым продуктом, и поток газовой фазы, содержащей, как видно из уравнения (3), оксиды азота, водяной пар, азот и кислород.4. A separator and a ceramic-metal filter (MKF), in which the dispersed and gas phases are separated, after which two material streams arise: a dispersed oxide material stream, which is the target product, and a gas phase stream containing, as can be seen from equation (3), nitrogen oxides, water vapor, nitrogen and oxygen.

5. Конденсатор-абсорбер. В конденсаторе производится принудительная конденсация водяного пара и частичная абсорбция оксидов азота, а в абсорбере производится рекомбинация и поглощение азотной кислоты. В результате из установки выходит поток раствора азотной кислоты, который затем концентрировали в выпарном аппарате и возвращали на стадию ре-экстракции уранилнитрата.5. Condenser-absorber. In the condenser, forced condensation of water vapor and partial absorption of nitrogen oxides are performed, and in the absorber, recombination and absorption of nitric acid is performed. As a result, a stream of nitric acid solution leaves the unit, which is then concentrated in an evaporator and returned to the re-extraction stage of uranyl nitrate.

Химический состав оксидного материала, его физические свойства, степень регенерации азотной кислоты и прочие параметры определяются, в первую очередь, режимом обработки раствора в плазме и, во вторую очередь, - режимом разделения дисперсной и газовой фаз.The chemical composition of the oxide material, its physical properties, the degree of nitric acid regeneration, and other parameters are determined, first of all, by the mode of processing the solution in the plasma and, secondly, by the mode of separation of the dispersed and gas phases.

При испытаниях выявлены технологические и аппаратурные следующие недостатки.During the tests, the following technological and equipment flaws were identified.

1. Оксиды урана конденсируются на охлаждаемую стенку плазменного реактора, что сопровождается образованием отложений, которые могут, в конечном итоге, привести к забивке реактора, изменению теплопроводности стенки и ее температурного режима.1. Uranium oxides condense onto the cooled wall of the plasma reactor, which is accompanied by the formation of deposits, which can ultimately lead to clogging of the reactor, a change in the thermal conductivity of the wall and its temperature regime.

2. В процессе свободного движения продуктов реакции по технологическому маршруту происходит неконтролируемая коалесценция частиц оксидов урана и их укрупнение, вследствие чего могут образовываться крупнодисперсные порошки оксидов урана с высокой насыпной массой и низкой удельной поверхностью.2. In the process of free movement of reaction products along the technological route, uncontrolled coalescence of particles of uranium oxides and their coarsening occur, as a result of which coarse powders of uranium oxides with high bulk density and low specific surface area can form.

3. Часть азота оставалась в дисперсной фазе - триуран-октаоксиде (U3O8) по преимуществу в виде оксидов азота рекомбинационной природы. Рекомбинация происходит, в основном, на стадии разделения дисперсных оксидов урана и газовой фазы.3. Part of the nitrogen remained in the dispersed phase — triuran-octoxide (U 3 O 8 ), predominantly in the form of nitrogen oxides of a recombination nature. Recombination occurs mainly at the stage of separation of dispersed uranium oxides and gas phase.

Задачей изобретения является создание экологического производства монодисперсного триуран-октаоксида высокой чистоты и раствора азотной кислоты при конверсии отхода ядерного производства - уранилнитрата.The objective of the invention is the creation of an ecological production of monodisperse triurano-octoxide of high purity and a solution of nitric acid in the conversion of nuclear waste - uranyl nitrate.

Технический результат, на который направлено изобретение.The technical result to which the invention is directed.

1. Устранить полностью условия для конденсации оксидов урана на стенку плазменного реактора и, следовательно, отложения на ней, которые могут привести к забивке реактора и ухудшению температурного режима.1. To completely eliminate the conditions for the condensation of uranium oxides on the wall of the plasma reactor and, therefore, deposits on it, which can lead to clogging of the reactor and deterioration of the temperature regime.

2. Устранить условия коалесценции оксидов урана и укрупнение частиц, вследствие чего образуются крупнодисперсные порошки оксидов урана с высокой насыпной массой и низкой удельной поверхностью.2. Eliminate the coalescence conditions of uranium oxides and coarsening of particles, resulting in the formation of coarse powders of uranium oxides with a high bulk density and low specific surface area.

3. Устранить условия рекомбинации оксидов азота в дисперсной фазе.3. Eliminate the conditions for the recombination of nitrogen oxides in the dispersed phase.

Для достижения указанного результата предложен способ переработки раствора уранилнитрата на оксид урана и раствор азотной кислоты, содержащий введение раствора уранилнитрата и потока воздушной плазмы в зону смешения охлаждаемого плазменного реактора, разложение дезинтегрированного раствора уранилнитрата в потоке воздушной плазмы плазменного реактора на триуран-октаоксид и газовую фазу, разделение оксидов урана и газовой фазы в последовательно установленных центробежном сепараторе и металлокерамическом фильтре из двухслойной анизотропной металлокерамики с импульсной эжекционной регенерацией фильтрующей поверхности, выгрузку дисперсных оксидов урана, конденсацию оксидов азота и водяного пара из газовой фазы с одновременной рекомбинацией азотной кислоты и концентрирование раствора азотной кислоты, при этом подают тангенциальный поток сжатого воздуха в верхнюю часть корпуса плазменного реактора за зоной смешения, а по завершении разложения дезинтегрированного раствора уранилнитрата в потоке воздушной плазмы плазменного реактора на триуран-октаоксид U3O8 и газовую фазу, охлаждают полученный вертикально направленный двухфазный поток в водоохлаждаемом газодинамическом сопле до температуры 150-200°С.To achieve this result, a method for processing a solution of uranyl nitrate into uranium oxide and a solution of nitric acid is proposed, comprising introducing a solution of uranyl nitrate and an air plasma stream into the mixing zone of a cooled plasma reactor, decomposing a disintegrated solution of uranyl nitrate in an air plasma stream of a plasma reactor into triuran-octoxide and the gas phase, separation of uranium oxides and gas phase in a sequentially mounted centrifugal separator and cermet filter from a two-layer an zotropic cermets with pulsed ejection regeneration of the filtering surface, discharge of dispersed uranium oxides, condensation of nitrogen oxides and water vapor from the gas phase with simultaneous recombination of nitric acid and concentration of nitric acid solution, while supplying a tangential stream of compressed air to the upper part of the plasma reactor vessel behind the mixing zone and upon completion of the decomposition of the disintegrated solution of uranyl nitrate in the air plasma stream of the plasma reactor into triuran-octoxide U 3 O 8 and the gas phase, the resulting vertically directed two-phase stream is cooled in a water-cooled gas-dynamic nozzle to a temperature of 150-200 ° C.

Кроме того:Besides:

- потоки воздушной плазмы вводят в плазменный реактор под углом 30-40° к вертикальной оси реактора,- air plasma flows are introduced into the plasma reactor at an angle of 30-40 ° to the vertical axis of the reactor,

- инжектируют дезинтегрированный раствор уранилнитрата, в поток кислородной плазмы с углом распыления не более 45°,- inject the disintegrated solution of uranyl nitrate into the oxygen plasma stream with a spray angle of not more than 45 °,

- поддерживают температуру в объеме плазменного реактора не менее 1200-1500°С,- maintain the temperature in the volume of the plasma reactor at least 1200-1500 ° C,

- на внутренней стенке корпуса плазменного реактора поддерживают температуру 300-400°С,- on the inner wall of the body of the plasma reactor maintain a temperature of 300-400 ° C,

- начальная скорость тангенциального потока сжатого воздуха составляет не менее 50 м/с, расход потока воздуха составляет не менее 0.4 кг/с·м2, а произведение этих величин составляет не менее 2 кг/м·с,- the initial velocity of the tangential flow of compressed air is at least 50 m / s, the air flow rate is at least 0.4 kg / s · m 2 , and the product of these values is at least 2 kg / m · s,

- скорость охлаждения потока продуктов реакции в газодинамическом сопле составляет 105-106 К/с.- the cooling rate of the flow of reaction products in the gas-dynamic nozzle is 10 5 -10 6 K / s.

Также для достижения технического результата предложено устройство для переработки раствора уранилнитрата на оксид урана и раствор азотной кислоты, содержащее плазменный реактор с двойной водовоздушной охлаждающей рубашкой, с установленными в его верхней части электродуговыми плазмотронами для генерирования потока воздушной плазмы с источниками электропитания, средства для подачи раствора уранилнитрата и сжатого воздуха в плазменный реактор, и установленные по ходу технологического процесса за плазменным реактором центробежный сепаратор и металлокерамический фильтр из двухслойной анизотропной металлокерамики с импульсной эжекционной регенерацией фильтрующей поверхности для разделение компонентов двухфазного потока - дисперсного триуран-октаоксида урана U3O8 и газовых компонентов раствора азотной кислоты, средство выгрузки оксида урана, конденсатор для конденсации оксидов азота и водяного пара, абсорбер для улавливания азотной кислоты и выпарной аппарат для концентрирования азотной кислоты, при этом плазменный реактор выполнен в виде цилиндрического корпуса и крышки в виде усеченного конуса, на конической поверхности которой установлены электродуговые плазмотроны, оси которых направлены вниз под углом 20-22.5° к оси плазменного реактора, средство для подачи раствора уранилнитрата установлено вертикально по центру горизонтальной поверхности крышки плазменного реактора, в верхней части корпуса плазменного реактора установлены сопла для тангенциальной подачи сжатого воздуха, а нижняя часть корпуса плазменного реактора соединена с водоохлаждаемым газодинамическим соплом, соединенного с центробежным сепаратором.Also, to achieve a technical result, a device for processing a solution of uranyl nitrate into uranium oxide and a solution of nitric acid is proposed, containing a plasma reactor with a double water-air cooling jacket, electric arc plasma torches installed in its upper part to generate an air plasma stream with power sources, means for supplying a uranyl nitrate solution and compressed air into the plasma reactor, and centrifugal installed during the process behind the plasma reactor eparator and a sintered metal filter of the two-layered anisotropic sintered metal with a pulsed ejection regeneration of the filter surface for separation of the components of two-phase flow - the particulate triuran-oktaoksida uranium U 3 O 8 and gas components nitric acid solution, means for discharging uranium oxide, a condenser for condensing nitrogen oxides and water vapor, an absorber for trapping nitric acid and an evaporation apparatus for concentrating nitric acid, while the plasma reactor is made in the form of a cylindrical core a pus and a cap in the form of a truncated cone, on the conical surface of which there are electric arc plasmatrons, the axes of which are directed downward at an angle of 20-22.5 ° to the axis of the plasma reactor, the means for supplying the uranyl nitrate solution is installed vertically in the center of the horizontal surface of the plasma reactor cap, in the upper part of the housing nozzles for tangential supply of compressed air are installed in the plasma reactor, and the lower part of the plasma reactor shell is connected to a water-cooled gas-dynamic nozzle connected a centrifugal separator.

Кроме того:Besides:

- электродуговые плазмотроны расположены симметрично по отношению друг к другу по окружности горизонтального сечения конической поверхности крышки плазменного реактора,- arc plasma torches are located symmetrically with respect to each other around the circumference of the horizontal section of the conical surface of the cover of the plasma reactor,

- оси электродуговых плазмотронов расположены под углом 30-40° к вертикальной оси реактора,- the axis of the arc plasma torches are located at an angle of 30-40 ° to the vertical axis of the reactor,

- устройство содержит не менее трех электродуговых плазмотронов,- the device contains at least three electric arc plasmatrons,

- сопла для тангенциального ввода потоков сжатого воздуха расположены под углом 5-10° к плоскости горизонтального сечения корпуса плазменного реактора,- nozzles for the tangential introduction of compressed air flows are located at an angle of 5-10 ° to the plane of the horizontal section of the plasma reactor vessel,

- средство для подачи раствора уранилнитрата выполнено в виде пневмоцентробежной форсунки.- a means for supplying a solution of uranyl nitrate is made in the form of a centrifugal nozzle.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

На Фиг. 1 показана принципиальная схема реализации изобретения, где:In FIG. 1 shows a schematic diagram of the implementation of the invention, where:

1 - управляемые тиристорные выпрямители1 - controlled thyristor rectifiers

2 - первичная электрическая сеть2 - primary electrical network

3 - фидеры3 - feeders

4 - электродуговые плазмотроны4 - electric arc plasmatrons

5 - потоки воздуха5 - air flows

6 - пневмоцентробежная форсунка6 - pneumatic centrifugal nozzle

7 - раствор уранилнитрата7 - uranyl nitrate solution

8 - крышка плазменного реактора8 - cover of the plasma reactor

9 - корпус плазменного реактора9 - plasma reactor vessel

10 - нижний фланец корпуса плазменного реактора10 - bottom flange of the plasma reactor vessel

11 - водоохлаждаемое газодинамическое сопло11 - water-cooled gas-dynamic nozzle

12 - продуктопровод12 - product pipeline

13 - поток продуктов реакции13 - stream of reaction products

14 - центробежный сепаратор14 - centrifugal separator

15 - поток дисперсных частиц триуран-октаоксида15 is a stream of dispersed particles of triuran-octaoxide

16 - разгрузочный шнек16 - unloading auger

17 - поток газовой фазы17 - gas phase flow

18 - металлокерамический фильтр18 - cermet filter

19 - тонкодисперсный порошок триуран-октаоксида19 - fine powder of triuran-octoxide

20 - выгрузка оксидов урана в транспортную емкость20 - unloading of uranium oxides in a transport tank

21 - поток газовой фазы, состоящей из оксидов азота и водяного пара21 is a stream of a gas phase consisting of nitrogen oxides and water vapor

22 - конденсатор22 - capacitor

23 - поток газовой фазы, состоящей из оксидов азота и остаточного водяного пара23 is a stream of a gas phase consisting of nitrogen oxides and residual water vapor

24 - абсорбер24 - absorber

25 - выхлоп газовой фазы N2, О2 25 - exhaust gas phase N 2 About 2

26 - поток раствора азотной кислоты26 - stream of nitric acid solution

27 - выпарной аппарат27 - evaporator

28 - концентрированный раствор азотной кислоты28 - concentrated solution of nitric acid

На Фиг. 2 показана общая схема плазменного реактора, где:In FIG. 2 shows a general diagram of a plasma reactor, where:

4 - электродуговые плазмотроны4 - electric arc plasmatrons

5 - потоки воздуха5 - air flows

6 - пневмоцентробежная форсунка6 - pneumatic centrifugal nozzle

7 - раствор уранилнитрата7 - uranyl nitrate solution

8 - крышка плазменного реактора8 - cover of the plasma reactor

9 - корпус плазменного реактора9 - plasma reactor vessel

10 - нижний фланец корпуса плазменного реактора10 - bottom flange of the plasma reactor vessel

13 - поток продуктов реакции13 - stream of reaction products

29 - штуцер ввода воздуха29 - air inlet fitting

30 - штуцер ввода воды30 - water inlet fitting

31 - штуцер вывода воды31 - water outlet fitting

32 - штуцер вывода воздуха32 - air outlet fitting

33 - сопла для ввода тангенциального потока воздуха33 - nozzles for introducing a tangential air flow

34 - воздушная плазма34 - air plasma

35 - дезинтегрированный поток уранилнитрата35 - disintegrated uranyl nitrate stream

Таким образом, реализация предложенного способа включает следующие стадии:Thus, the implementation of the proposed method includes the following stages:

- установление на стенке плазменного реактора требуемого температурного режима (300-400°С), при котором в пристеночной зоне затрудняется конденсация оксида урана;- the establishment on the wall of the plasma reactor of the required temperature regime (300-400 ° C), in which the condensation of uranium oxide is difficult in the wall zone;

- генерирование потока воздушной плазмы с помощью нескольких электродуговых плазмотронов, расположенных симметрично на крышке плазменного реактора под углом 30-40° к оси реактора;- generation of an air plasma stream using several electric arc plasmatrons located symmetrically on the cover of the plasma reactor at an angle of 30-40 ° to the axis of the reactor;

- дезинтегрирование раствора уранилнитрата в потоки воздушной плазмы таким образом, чтобы факел распыления накрывал поверхность плазменной воронки, образующейся при встрече потоков плазмы на входе в цилиндрический корпус плазменного реактора, что достигается тем, что конус дезинтегрированного потока раствора уранилнитрата, инжектированного в поток плазмы, не превышает 45°;- disintegration of the uranyl nitrate solution into the air plasma flows in such a way that the spray torch covers the surface of the plasma funnel formed when the plasma flows at the entrance to the cylindrical body of the plasma reactor, which is achieved by the fact that the cone of the disintegrated stream of the uranyl nitrate solution injected into the plasma stream does not exceed 45 °;

- смешение потоков дезинтегрированного потока раствора уранилнитрата и воздушной плазмы, одновременную конверсию сырья в триуран-октаоксид и газовую фазу, включающую оксиды азота, водяной пар, азот и кислород;- mixing flows of a disintegrated stream of a solution of uranyl nitrate and air plasma, the simultaneous conversion of raw materials to triuran-octoxide and the gas phase, including nitrogen oxides, water vapor, nitrogen and oxygen;

- одновременное обжатие нисходящего потока вышеперечисленных продуктов тангенциальным потоком сжатого воздуха;- simultaneous compression of the downward flow of the above products with a tangential flow of compressed air;

- охлаждение продуктов реакции в вертикально расположенном газодинамическом сопле, предотвращение коалесценции частиц и охлаждение их до температуры 150-200°С;- cooling the reaction products in a vertically positioned gas-dynamic nozzle, preventing coalescence of particles and cooling them to a temperature of 150-200 ° C;

- разделение дисперсных оксидов урана и газовой фазы в центробежном сепараторе;- separation of dispersed uranium oxides and gas phase in a centrifugal separator;

- тонкая очистка газовой фазы от субмикронных частиц оксидов урана в металлокерамическом фильтре из двухслойной анизотропной металлокерамики, снабженном импульсной эжекционной регенерацией фильтрующей поверхности;- fine cleaning of the gas phase from submicron particles of uranium oxides in a cermet filter from a two-layer anisotropic cermets equipped with pulsed ejection regeneration of the filter surface;

- выгрузку дисперсного продукта из всех разгрузочных элементов оборудования и направление его на дальнейшую обработку и последующую утилизацию;- unloading the dispersed product from all unloading elements of the equipment and sending it for further processing and subsequent disposal;

- ре-синтез азотной кислоты в последовательно установленных конденсаторе и абсорбере;- re-synthesis of nitric acid in a series-installed capacitor and absorber;

- концентрирование раствора азотной кислоты в выпарном аппарате.- concentration of a solution of nitric acid in the evaporator.

Плазменный реактор выполнен в виде цилиндрического корпуса 9 с установленной на его верхнем фланце через термостойкую герметизирующую прокладку крышку 8.The plasma reactor is made in the form of a cylindrical body 9 with a cover 8 mounted on its upper flange through a heat-resistant sealing gasket.

Корпус плазменного реактора снабжен двойной охлаждающей рубашкой: рубашкой водяного охлаждения - снаружи и воздушного охлаждения - внутри. Охлаждение корпуса подается через штуцер ввода воды - 30 и штуцер ввода воздуха - 29, и отводится через штуцер вывода воды - 31 и штуцер вывода воздуха - 32. Крышка 8 также снабжена двойной охлаждающей рубашкой и выполнена в виде усеченного конуса.The body of the plasma reactor is equipped with a double cooling jacket: a water cooling jacket - outside and air cooling - inside. The case is cooled through a water inlet fitting - 30 and an air inlet fitting - 29, and discharged through a water outlet fitting - 31 and an air outlet fitting - 32. The cover 8 is also equipped with a double cooling jacket and is made in the form of a truncated cone.

Просто водоохлаждаемая стенка плазменного реактора, в принципе, инициирует прилипание вязких капель и образование на ней отложений. Температура стенки - TW является очень важным параметром процесса. В идеале величина TW должна быть близка к температуре продукционной смеси, что обеспечивает изотермичность процесса, уменьшает вероятность прилипания частиц конденсированной фазы к стенкам плазменного реактора. Технически это можно было бы сделать с применением высокотемпературной жаропрочной керамической футеровки металлических стенок плазменного реактора, однако выполнить это очень сложно из-за нестойкости керамики к термическим ударам и растрескиванию, что имеет следствием ухудшение химического и гранулометрического состава продукта. Поэтому отказались от футеровок металлической стенки и использовали комбинированное водовоздушное охлаждение, при котором внутренняя охлаждающая рубашка охлаждается воздухом, внешняя - водой, так что стенка плазменного реактора с внешней стороны - действительно холодная, а внутренняя, в зависимости от интенсивности охлаждения, поддерживается при температуре 300-400°С, т.е. является сравнительно "горячей". "Горячая" стенка снижает тепловой напор на стенки плазменного реактора, снижает потенциал конденсации оксидной продукции на стенки плазменного реактора. В данном изобретении предложено выполнение всех конструкционных материалов из нержавеющей стали X18 Н10Т.Just a water-cooled wall of a plasma reactor, in principle, initiates the sticking of viscous droplets and the formation of deposits on it. Wall temperature - T W is a very important process parameter. Ideally, the value of T W should be close to the temperature of the production mixture, which ensures the isothermal process, reduces the likelihood of particles of the condensed phase sticking to the walls of the plasma reactor. Technically, this could be done using high-temperature heat-resistant ceramic lining of the metal walls of the plasma reactor, however, this is very difficult to accomplish because of the instability of ceramics to thermal shock and cracking, which leads to a deterioration in the chemical and particle size distribution of the product. Therefore, they refused lining the metal wall and used combined water-air cooling, in which the internal cooling jacket is cooled by air, the external by water, so that the wall of the plasma reactor from the outside is really cold, and the internal, depending on the intensity of cooling, is maintained at a temperature of 300- 400 ° C, i.e. is relatively hot. The “hot” wall reduces the thermal pressure on the walls of the plasma reactor, reduces the potential for the condensation of oxide products on the walls of the plasma reactor. The present invention proposed the implementation of all structural materials from stainless steel X18 H10T.

Три-четыре электродуговых плазмотрона 4 (на Фиг. 1, 2 показаны два из них) введены в плазменный реактор через коническую поверхность крышки 8 таким образом, чтобы оси плазмотронов и плазменного реактора пересекались под углом 30-40° друг к другу. Плазмотроны расположены осесимметрично на крышке реактора 8 (три плазмотрона - под углом 120° друг к другу, четыре - под углом 90°). В выбранной схеме электропитания использованы управляемые тиристорные выпрямители 1, преобразующие ток промышленной частоты из первичной электрической сети 2 в постоянный ток и соединенные с плазмотронами 4 фидером 3. В каждый из плазмотронов 4 тангенциально вводят потоки сжатого воздуха 5, в результате чего в верхней части плазменного реактора образуется воздушная плазма 34. При использовании медных и вольфрамовых электродов электродугового плазмотрона в продукте могут потенциально содержаться примеси в большем количестве, чем разрешено ныне действующими техническими условиями. Для того чтобы снизить на порядок износ электродов, медные электроды (катоды и аноды) электродуговых плазмотронов легированы цирконием (1.8% циркония) методами порошковой металлургии. Для снижения на порядок эрозии вольфрамовых катодов последние легировали танталом в лазерном реакторе (1.9% тантала), например, по патенту №2455110 «Способ изготовлений электродуговых плазматронов».Three to four electric arc plasmatrons 4 (two of them are shown in Figs. 1, 2) are introduced into the plasma reactor through the conical surface of the cover 8 so that the axes of the plasmatrons and the plasma reactor intersect at an angle of 30-40 ° to each other. The plasma torches are located axisymmetrically on the reactor cover 8 (three plasma torches - at an angle of 120 ° to each other, four - at an angle of 90 °). In the selected power supply circuit, controlled thyristor rectifiers 1 are used, converting the industrial frequency current from the primary electric network 2 to direct current and connected to the plasma torches 4 by the feeder 3. Compressed air flows 5 are tangentially introduced into each of the plasma torches 4, as a result of which, in the upper part of the plasma reactor air plasma is formed 34. When using copper and tungsten electrodes of an electric arc plasma torch, the product may potentially contain impurities in a larger amount than the resolution but the current specifications. In order to reduce electrode wear by an order of magnitude, copper electrodes (cathodes and anodes) of electric arc plasmatrons are doped with zirconium (1.8% zirconium) by powder metallurgy methods. To reduce the erosion by an order of magnitude of tungsten cathodes, the latter were doped with tantalum in a laser reactor (1.9% tantalum), for example, according to patent No. 2455110 "Method for the manufacture of electric arc plasmatrons".

Поток уранилнитрата 7 проходит через средство для подачи раствора, например, пневмоцентробежную форсунку 6, расположенную по центру горизонтальной поверхности крышки 8. Использование пневмоцентробежной форсунки позволяет регулировать размер капель раствора в широком интервале. Дезинтегрированный поток уранилнитрата 35 перемешивается с плазмой и одновременно разлагается по уравнению (3). Смешение раствора уранилнитрата с потоками плазмы оптимально, когда конус дезинтегрированного потока раствора уранилнитрата, инжектированного в поток воздушной плазмы не превышает 45°.The uranyl nitrate stream 7 passes through a solution supply means, for example, a pneumocentrifugal nozzle 6 located in the center of the horizontal surface of the cap 8. The use of a pneumocentrifugal nozzle allows you to adjust the size of the solution droplets in a wide range. The disintegrated stream of uranyl nitrate 35 is mixed with the plasma and simultaneously decomposed according to equation (3). Mixing a solution of uranyl nitrate with plasma flows is optimal when the cone of the disintegrated stream of a solution of uranyl nitrate injected into the air plasma stream does not exceed 45 °.

Геометрия выполнения плазменного реактора - форма крышки, расположение форсунки, плазмотронов, углы наклона - позволяет обеспечить движения потоков плазмы и раствора уранилнитрата при их смешении по наименьшей траектории, что снижает вероятность отложений на стенку корпуса реактора.The geometry of the plasma reactor — the shape of the cap, the location of the nozzle, plasmatrons, and tilt angles — allows for the movement of plasma flows and uranyl nitrate solution when they are mixed along the smallest path, which reduces the likelihood of deposits on the wall of the reactor vessel.

Дополнительной гарантией снижения отложений является обжатие потока реагирующей смеси и продуктов процесса тангенциальным потоком газообразного воздуха подаваемого через сопла 33, установленных в верхней части корпуса реактора 9. На 1 м2 внутренней поверхности стенок реактора должно быть подано не менее 0.04 кг/с защитного газа со скоростью не менее 50 м/с. Произведение этих величин должно составлять не менее 2 кг/м·с2. Сопла 33 расположены тангенциально к поверхности корпуса реактора 9 и направленны вниз под небольшим углом к горизонтали (5-10°). Фактически следует защищать от конденсации оксидов урана первые 0.1 м корпуса реактора 9.An additional guarantee to reduce deposits is to compress the flow of the reacting mixture and the process products by the tangential flow of gaseous air supplied through nozzles 33 installed in the upper part of the reactor vessel 9. At least 0.04 kg / s of protective gas must be supplied to 1 m 2 of the inner wall of the reactor walls at a speed not less than 50 m / s. The product of these values should be at least 2 kg / m · s 2 . Nozzles 33 are located tangentially to the surface of the reactor vessel 9 and are directed downward at a small angle to the horizontal (5-10 °). In fact, the first 0.1 m of reactor vessel 9 should be protected from condensation of uranium oxides.

Далее поток продуктов реакции 13 движется сверху вниз, не касаясь стенок корпуса плазменного реактора 9 до входа в водоохлаждаемое вертикально расположенное газодинамическое сопло 11, закрепленное на нижнем фланце плазменного реактора 10 и на продуктопроводе 12 посредством верхнего и нижнего фланцев. В сопле 11 происходит интенсивное охлаждение потока продуктов реакции (3), происходит конденсация оксидов урана и поток 13 становится двухфазным. В процессе охлаждения продуктов реакции замедляется физическая и химическая сорбция оксидов азота на частицах оксидов урана, т.е., в конечном итоге, понижается содержание азота в оксидах урана.Further, the reaction product stream 13 moves from top to bottom without touching the walls of the plasma reactor vessel 9 until it enters the water-cooled vertically located gas-dynamic nozzle 11, mounted on the lower flange of the plasma reactor 10 and on the product pipeline 12 by means of the upper and lower flanges. Intensive cooling of the stream of reaction products (3) occurs in the nozzle 11, the condensation of uranium oxides takes place, and the stream 13 becomes two-phase. During the cooling of reaction products, the physical and chemical sorption of nitrogen oxides on uranium oxide particles slows down, i.e., ultimately, the nitrogen content in uranium oxides decreases.

Сопло снабжено водоохлаждаемой рубашкой. Параметры сопла рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить скорость охлаждения потока продуктов 13 со скоростью 105-106 град. К/с. На входе в указанное сопло поток продуктов, в основном, газовый, на выходе из сопла поток продуктов двухфазный, т.е. состоит из частиц оксидов урана и газовой фазы. Температура двухфазного потока составляет 150-200°С, при которых коалесценция и прилипание к стенке частиц уже не происходит. Интенсивное охлаждение двухфазного потока продуктов реакции с заданной скоростью предотвращает коалесценцию частиц триуран-октаоксида и позволяет регулировать гранулометрический состав продукта.The nozzle is equipped with a water-cooled jacket. The nozzle parameters are designed in such a way as to ensure the cooling rate of the product stream 13 at a speed of 10 5 -10 6 deg. K / s At the entrance to the specified nozzle, the product stream is mainly gas; at the exit from the nozzle, the product stream is two-phase, i.e. consists of particles of uranium oxides and the gas phase. The temperature of the two-phase flow is 150-200 ° С, at which coalescence and adhesion to the particle wall no longer occur. Intensive cooling of the two-phase flow of reaction products at a given speed prevents the coalescence of triuran-octaoxide particles and allows you to adjust the particle size distribution of the product.

Охлажденную до 150-200°С продукционную смесь направляют в центробежный сепаратор 14 (например, циклон или вихревой пылеуловитель), в котором происходит сепарация дисперсных оксидов урана и газовой фазы. За центробежным сепаратором 14 расположен металлокерамический фильтр из двухслойной анизотропной металлокерамики, снабженном импульсной эжекционной регенерацией фильтрующей поверхности 18 для улавливания дисперсного продукта диоксида урана.Cooled to 150-200 ° C, the production mixture is sent to a centrifugal separator 14 (for example, a cyclone or a vortex dust collector), in which the separation of dispersed uranium oxides and gas phase occurs. Behind the centrifugal separator 14, there is a cermet filter made of a two-layer anisotropic cermets equipped with pulsed ejection regeneration of the filter surface 18 to capture the dispersed product of uranium dioxide.

Осиды урана 15 выгружают на средство для выгрузки, например, на разгрузочный шнек 16. Поток газовой фазы 17, содержащий, кислород, остаточное количество водяного пара, оксиды азота и азот поступает в металлокерамический фильтр 18, из двухслойной анизотропной металлокерамики с импульсной эжекционной регенерацией фильтрующей поверхности, в этом фильтре полностью улавливают дисперсную фазу оставшихся субмикронных частиц оксидов урана (около 5% исходной массы продукта); дисперсный порошок оксидов урана 19 из металлокерамического фильтра 18 направляют на шнек 16.Uranium oxides 15 are discharged to a discharge means, for example, to an unloading screw 16. The gas phase stream 17 containing oxygen, residual water vapor, nitrogen oxides and nitrogen enters the sintered metal filter 18, from a two-layer anisotropic sintered metal with pulse ejection regeneration of the filter surface , in this filter, the dispersed phase of the remaining submicron particles of uranium oxides is completely captured (about 5% of the initial mass of the product); the dispersed powder of uranium oxides 19 from the cermet filter 18 is sent to the screw 16.

Оксиды урана выгружают шнеком 16 в транспортную емкость 20.Uranium oxides are discharged by a screw 16 into a transport tank 20.

Поток газовых продуктов 21, очищенных от дисперсного порошка, выводят из металлокерамического фильтра 18 и направляют в конденсатор 22, где конденсируют водяной пар и частично поглощают оксиды азота, далее поток 23 направляют в абсорбер 24, где поглощают растворимые оксиды азота. Газовый поток (N2, O2) 25 направляют при необходимости в спецвентилляцию, снабженную озоновой очисткой газового выхлопа (сюда же направляют газовый выхлоп 27 из выпарного аппарата 27, а раствор азотной кислоты 26 перекачивают в выпарной аппарат 27, откуда концентрированный раствор азотной кислоты 28 направляют на стадию реэкстрации уранилнитрата.The stream of gas products 21, purified from the dispersed powder, is removed from the sintered metal filter 18 and sent to a condenser 22, where water vapor is condensed and nitrogen oxides are partially absorbed, then stream 23 is directed to an absorber 24, where soluble nitrogen oxides are absorbed. The gas stream (N 2 , O 2 ) 25 is sent, if necessary, to special ventilation equipped with ozone purification of the gas exhaust (gas exhaust 27 is also sent from the evaporator 27, and the nitric acid solution 26 is pumped to the evaporator 27, from which the concentrated nitric acid solution 28 sent to the stage of reextraction of uranyl nitrate.

На фигурах не показаны запорно-регулирующая аппаратура, средства подачи компонентов технологического процесса и система управления.The figures do not show the locking and regulating apparatus, means of supplying the components of the process and the control system.

Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention

По предложенному способу перерабатывали сырье радиохимического завода - реэкстракт уранилнитрата конверсией в воздушной плазме электродугового разряда на триуран-октаоксид и нитрозные газы, которые рекомбинируют с водяным паром в азотную кислоту. Исходный раствор (реэкстрат UO2(NO)3)2) имел следующие характеристики:According to the proposed method, the raw material of a radiochemical plant was processed - re-extract of uranyl nitrate by conversion in an air plasma of an electric arc discharge into triuran-octoxide and nitrous gases, which are combined with water vapor in nitric acid. The initial solution (reextract UO 2 (NO) 3 ) 2 ) had the following characteristics:

концентрация реэкстракта, кг U/лreextract concentration, kg U / l 0.1-0.50 0.1-0.50 содержание HNO3, кг/лthe content of HNO 3 , kg / l 0.1-0.2 0.1-0.2

Параметры процесса и аппарата, представленного схематически на Фиг. 1-3 и предназначенного для переработки раствора уранилнитрата по предложенному способу, приведены ниже:The parameters of the process and apparatus shown schematically in FIG. 1-3 and intended for processing a solution of uranyl nitrate according to the proposed method are shown below:

Технические характеристики пилотного завода следующие:The technical characteristics of the pilot plant are as follows:

- суммарная электрическая мощность трех плазмотронов ЭДП-109, кВт- total electric power of three plasmatrons EDP-109, kW до 300up to 300 - плазмообразующий газ -- plasma forming gas - воздухair - суммарный расход воздуха в плазматронах, нм3- total air flow in plasmatrons, nm 3 / h до 50up to 50 - среднемассовая температура воздушной плазмы, К- mass-average temperature of air plasma, K 3000-35003000-3500 - производительность по раствору уранилнитрата, л/ч- productivity on a solution of uranyl nitrate, l / h 20-6020-60 - концентрация урана в растворе уранилнитрата, г/л- concentration of uranium in a solution of uranyl nitrate, g / l 100-500100-500 - дисперсность уранилнитрата, мкм- dispersion of uranyl nitrate, microns 100-150100-150 - давление в реакторе, кПа- pressure in the reactor, kPa 100-150100-150 - объемный расход воздуха на обдув стенок реактора, нм3- volumetric air flow for blowing the walls of the reactor, nm 3 / h 3.53.5 - скорость обдувающего воздуха при входе в реактор, м/с- the speed of the blowing air at the entrance to the reactor, m / s 52.452.4 - весовой расход воздуха на обдув стенок реактора, кг/ч (кг/с)- weight air flow for blowing the walls of the reactor, kg / h (kg / s) 4.5 (0.0013);4.5 (0.0013); - температура стенки корпуса реактора, С -- temperature of the wall of the reactor vessel, C - до 500up to 500 - степень очистки газа от твердых частиц на входе в металлокерамический фильтр, %- the degree of purification of gas from solid particles at the entrance to the cermet filter,% 9595 - степень улавливания порошка в центробежном сепараторе и в МКФ, %- the degree of powder capture in a centrifugal separator and in the MKF,% 99.99999.999

Конструкционные материалы: везде использована нержавеющая сталь X18 Н10Т.Construction materials: X18 H10T stainless steel is used everywhere.

Температура потока воздушной плазмы до смешения с уранилнитратомAir plasma flow temperature before mixing with uranyl nitrate 3000-4000°С3000-4000 ° C Температура в плазменном реакторе после смешения плазмы с уранилнитратомTemperature in a plasma reactor after mixing plasma with uranyl nitrate 1200-50001200-5000 Внутренний диаметр корпуса плазменного реактора, мThe inner diameter of the plasma reactor vessel, m 0.300.30 Линейная скорость реагирующей среды в плазменном реакторе, м/сThe linear velocity of the reacting medium in a plasma reactor, m / s 5.285.28 Длина плазменного реактора от горизонтальной поверхности крышки до нижнего фланца в, мThe length of the plasma reactor from the horizontal surface of the lid to the lower flange, in m 2.52.5 Степень конверсии уранилнитрата в триуран-октаоксид, %The degree of conversion of uranyl nitrate to triuran-octoxide,% 99.99999.999 Температура на внутренней поверхности стенки корпуса плазменного реакторTemperature on the inner surface of the wall of the plasma reactor vessel 330°С330 ° C Температура на внешней поверхности стенки корпуса плазменного реактораTemperature on the outer surface of the wall of the plasma reactor vessel 25°С25 ° C

Концентрация азотной кислоты суммируется из количества оксидов азота из разложившегося нитрата уранила и количества оксидов азота, синтезированных в электрической дуге в плазмотроне.The concentration of nitric acid is summed from the amount of nitrogen oxides from the decomposed uranyl nitrate and the amount of nitrogen oxides synthesized in an electric arc in the plasma torch.

Пример 1Example 1

1. Производительность по ре-экстракту, л/ч1. Productivity for re-extract, l / h 3131 2. Концентрация ре-экстракта, кгU/л2. The concentration of the re-extract, kg U / l 0.350.35 3. Производительность по урану, кг/ч3. Uranium productivity, kg / h 10.8510.85 3. Производительность по оксидам урана, кг/ч3. Productivity for uranium oxides, kg / h 12.7912.79 4. Суммарный расход воздуха в плазматронах, нм34. The total air flow in the plasmatrons, nm 3 / h 50fifty 7. Об'ем газов, выходящих из плазмохимического реактора, нм37. The volume of gases leaving the plasma-chemical reactor, nm 3 / h 109.4109.4 8. Концентрация раствора азотной кислоты на выходе из абсорбера8. The concentration of the nitric acid solution at the outlet of the absorber 4.3%4.3% 9. Скорость охлаждения потока продуктов реакции в газодинамическом сопле9. The cooling rate of the flow of reaction products in a gas-dynamic nozzle 105 град. К/с10 5th hail. K / s Средний размер частиц U3O8, ммThe average particle size of U 3 O 8 mm 0.430.43 Чистота продукта по Fe, Cu, W, Cr и прочим примесям - 0.6 ppmProduct purity according to Fe, Cu, W, Cr and other impurities - 0.6 ppm 6·10-5%вес6 · 10 -5% weight Расход электроэнергииPower consumption 6.7 кВт·ч/кг U6.7 kWh / kg U Содержание остаточного азота, %The content of residual nitrogen,% 0.090.09

Конечная продукция - оксид урана содержит 84.89 мас.%, из них 25.46% U+4. Влажность полученных партий оксидов урана составляла 0.1%; насыпная масса с утряской - 2.7 г/см3; удельная поверхность - 2.5 м2/г.The final product - uranium oxide contains 84.89 wt.%, Of which 25.46% U +4 . The moisture content of the obtained batches of uranium oxides was 0.1%; bulk density with utryak - 2.7 g / cm 3 ; specific surface area is 2.5 m 2 / g.

Концентрирование азотной кислоты производили в стандартном выпарном аппарате.The concentration of nitric acid was carried out in a standard evaporator.

Пример 2Example 2

1. Производительность по реэкстракту, л/ч1. Reextractivity, l / h 3131 2. Концентрация реэкстракта, кгU/л2. The concentration of the reextract, kg U / l 0.390.39 3. Производительность по урану, кг/ч3. Uranium productivity, kg / h 12.0912.09 3. Производительность по оксидам урана, кг/ч 3. Productivity for uranium oxides, kg / h 14.314.3 4. Суммарный расход воздуха в плазматронах, нм34. The total air flow in the plasmatrons, nm 3 / h 50fifty 7. Об'ем газов, выходящих из плазмохимического реактора, нм37. The volume of gases leaving the plasma-chemical reactor, nm 3 / h 95.095.0 8. Концентрация раствора азотной кислоты,%8. The concentration of the solution of nitric acid,% 5.65.6 9. Скорость охлаждения потока продуктов реакции в газодинамическом сопле9. The cooling rate of the flow of reaction products in a gas-dynamic nozzle 8·104 К/с8 · 10 4 K / s Средний размер частиц U3O8, ммThe average particle size of U 3 O 8 mm 0.470.47 Чистота продукта по Fe, Cu, Cr и прочим примесям - 0.65 ppmProduct purity by Fe, Cu, Cr and other impurities - 0.65 ppm 6.5·10-5% вес6.5 · 10 -5% weight Расход электроэнергииPower consumption 6.3 кВт·ч/кг U6.3 kWh / kg U Содержание остаточного азота, %The content of residual nitrogen,% 0.090.09

Конечная продукция - оксид урана содержит 84.89 мас.%, из них 25.46% U+4. Влажность полученных партий оксидов урана составляла 0.1%; насыпная масса с утряской - 2.75 г/см3; удельная поверхность - 2.7 м2/г.The final product - uranium oxide contains 84.89 wt.%, Of which 25.46% U +4 . The moisture content of the obtained batches of uranium oxides was 0.1%; bulk density with utryak - 2.75 g / cm 3 ; specific surface area - 2.7 m 2 / g.

Пример 3Example 3

1. Производительность по реэкстракту, л/ч1. Reextractivity, l / h 3131 2. Концентрация реэкстракта, кгU/л2. The concentration of the reextract, kg U / l 0.480.48 3. Производительность по урану, кг/ч3. Uranium productivity, kg / h 14.8814.88 3. Производительность по оксидам урана, кг/ч3. Productivity for uranium oxides, kg / h 17.5617.56 4. Суммарный расход воздуха в плазматронах, нм34. The total air flow in the plasmatrons, nm 3 / h 50fifty 7. Об'ем газов, выходящих из плазмохимического реактора нм37. The volume of gases leaving the plasma-chemical reactor nm 3 / h 96.096.0 8. Концентрация раствора азотной кислоты8. The concentration of the nitric acid solution 7.8%7.8% 9. Скорость охлаждения потока продуктов реакции в газодинамическом сопле9. The cooling rate of the flow of reaction products in a gas-dynamic nozzle 9·104, К/с9 · 10 4 , K / s Средний размер частиц U3O8, ммThe average particle size of U 3 O 8 mm 0.510.51 Чистота продукта по Fe, Cu, Cr и прочим примесям - 0.43 ppmProduct purity by Fe, Cu, Cr and other impurities - 0.43 ppm 4.3·10-5% ,вес4.3 · 10 -5% , weight Расход электроэнергииPower consumption 5.9 кВт·ч/кг, U5.9 kWh / kg, U Содержание остаточного азота, %The content of residual nitrogen,% 0.0870.087

Конечная продукция - оксид урана содержит 84.89 мас.%, из них 25.46% U+4 The final product - uranium oxide contains 84.89 wt.%, Of which 25.46% U +4

Влажность полученных партий оксидов урана составляла 0.08%; насыпная масса с утряской - 2.5 г/см3.The moisture content of the obtained batches of uranium oxides was 0.08%; bulk density with utryak - 2.5 g / cm 3 .

Удельная поверхность - 2.5 м2Specific surface area - 2.5 m 2 / g

Таким образом, совокупность операций и конструктивное выполнение устройства для их осуществления позволит достичь технического результата, а именно получать в едином цикле переработки отхода ядерной промышленности - раствора уранилнитрата-дисперсный оксид урана в виде триуран-октаоксида с высокой монодисперсностью для дальнейшего использования на стадиях ядерного топливного цикла (ЯТЦ) и раствор азотной кислоты, который является ценным продуктом химической промышленности, а также может быть возвращен в технологический цикл.Thus, the combination of operations and the constructive implementation of the device for their implementation will achieve a technical result, namely, to obtain in a single cycle of processing waste from the nuclear industry - a solution of uranyl nitrate-dispersed uranium oxide in the form of triuran-octoxide with high monodispersity for further use at the stages of the nuclear fuel cycle (NFC) and a solution of nitric acid, which is a valuable product of the chemical industry, and can also be returned to the technological cycle.

Claims (13)

1. Способ переработки раствора уранилнитрата на оксид урана и раствор азотной кислоты, содержащий введение раствора уранилнитрата и потока воздушной плазмы в зону смешения охлаждаемого плазменного реактора, разложение дезинтегрированного раствора уранилнитрата в потоке воздушной плазмы плазменного реактора на триуран-октаоксид и газовую фазу, разделение оксидов урана и газовой фазы в последовательно установленных центробежном сепараторе и металлокерамическом фильтре из двухслойной анизотропной металлокерамики с импульсной эжекционной регенерацией фильтрующей поверхности, выгрузку дисперсных оксидов урана, конденсацию оксидов азота и водяного пара из газовой фазы с одновременной рекомбинацией азотной кислоты и концентрирование раствора азотной кислоты, отличающийся тем, что подают тангенциальный поток сжатого воздуха в верхнюю часть корпуса плазменного реактора за зоной смешения, а по завершении разложения дезинтегрированного раствора уранилнитрата в потоке воздушной плазмы плазменного реактора на триуран-октаоксид U3O8 и газовую фазу охлаждают полученный вертикально направленный двухфазный поток в водоохлаждаемом газодинамическом сопле до температуры 150-200°С.1. A method of processing a solution of uranyl nitrate into uranium oxide and a solution of nitric acid, comprising introducing a solution of uranyl nitrate and an air plasma stream into a mixing zone of a cooled plasma reactor, decomposing a disintegrated solution of uranyl nitrate in an air plasma stream of a plasma reactor into triuran-octoxide and a gas phase, separating uranium oxides and gas phase in a sequentially mounted centrifugal separator and cermet filter from a two-layer anisotropic cermets with pulsed ejection regeneration of the filtering surface, unloading of dispersed uranium oxides, condensation of nitrogen oxides and water vapor from the gas phase with the simultaneous recombination of nitric acid and concentration of the nitric acid solution, characterized in that the tangential stream of compressed air is supplied to the upper part of the plasma reactor vessel behind the mixing zone, and upon completion of the decomposition of the disintegrated solution of uranyl nitrate in the air plasma stream of the plasma reactor into triuran-octoxide U 3 O 8 and the gas phase, cool the obtained th vertically directed two-phase flow in a water-cooled gas-dynamic nozzle to a temperature of 150-200 ° С. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что потоки воздушной плазмы вводят в плазменный реактор под углом 30-40° к вертикальной оси реактора.2. The method according to p. 1, characterized in that the air plasma flows are introduced into the plasma reactor at an angle of 30-40 ° to the vertical axis of the reactor. 3. Способ по п. 1, 2, отличающийся тем, что инжектируют дезинтегрированный раствор уранилнитрата в поток кислородной плазмы с углом распыления не более 45°.3. The method according to p. 1, 2, characterized in that the disintegrated solution of uranyl nitrate is injected into the oxygen plasma stream with a spray angle of not more than 45 °. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в объеме плазменного реактора температуру поддерживают не менее 1200-1500°С.4. The method according to p. 1, characterized in that in the volume of the plasma reactor the temperature is maintained at least 1200-1500 ° C. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на внутренней стенке корпуса плазменного реактора поддерживают температуру 300-400°С.5. The method according to p. 1, characterized in that on the inner wall of the housing of the plasma reactor maintain a temperature of 300-400 ° C. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что начальная скорость тангенциального потока сжатого воздуха составляет не менее 50 м/с, расход потока воздуха составляет не менее 0.4 кг/с·м2, а произведение этих величин должно составлять не менее 2 кг/м·с6. The method according to p. 1, characterized in that the initial velocity of the tangential flow of compressed air is at least 50 m / s, the air flow rate is at least 0.4 kg / s · m 2 , and the product of these values must be at least 2 kg / m · s 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость охлаждения потока продуктов реакции в газодинамическом сопле составляет 105-106 град. К/с.7. The method according to p. 1, characterized in that the cooling rate of the flow of reaction products in the gas-dynamic nozzle is 10 5 -10 6 deg. K / s 8. Устройство для переработки раствора уранилнитрата на оксид урана и раствор азотной кислоты, содержащее плазменный реактор с двойной водовоздушной охлаждающей рубашкой, с установленными в его верхней части электродуговыми плазмотронами для генерирования потока воздушной плазмы с источниками электропитания, средства для подачи раствора уранилнитрата и сжатого воздуха в плазменный реактор, и установленные по ходу технологического процесса за плазменным реактором центробежный сепаратор и металлокерамический фильтр из двухслойной анизотропной металлокерамики с импульсной эжекционной регенерацией фильтрующей поверхности для разделения компонентов двухфазного потока - дисперсного триуран-октаоксида урана и газовых компонентов раствора азотной кислоты, средство выгрузки оксида урана, конденсатор для конденсации оксидов азота и водяного пара, абсорбер для улавливания азотной кислоты и выпарной аппарат для концентрирования азотной кислоты, отличающийся тем, что плазменный реактор выполнен в виде цилиндрического корпуса и крышки в виде усеченного конуса, на конической поверхности которой установлены электродуговые плазмотроны, оси которых направленны вниз под углом 20-22.5° к оси плазменного реактора, средство для подачи раствора уранилнитрата установлено вертикально по центру горизонтальной поверхности крышки плазменного реактора, в верхней части корпуса плазменного реактора установлены сопла для тангенциальной подачи сжатого воздуха, а нижняя часть корпуса плазменного реактора соединена с водоохлаждаемым газодинамическим соплом, соединенного с центробежным сепаратором.8. Device for processing a solution of uranyl nitrate into uranium oxide and a solution of nitric acid, containing a plasma reactor with a double water-air cooling jacket, with electric arc plasma torches installed in its upper part to generate an air plasma stream with power sources, means for supplying a solution of uranyl nitrate and compressed air to a plasma reactor, and a centrifugal separator and a cermet filter made of a two-layer a installed behind the plasma reactor during the technological process low-tropic cermets with pulsed ejection regeneration of the filtering surface for separating the components of a two-phase flow - dispersed triuran-octaoxide of uranium and gas components of a solution of nitric acid, means for discharging uranium oxide, a condenser for condensation of nitrogen oxides and water vapor, an absorber for trapping nitric acid and an evaporator for concentration nitric acid, characterized in that the plasma reactor is made in the form of a cylindrical body and a cover in the form of a truncated cone The surface of which is equipped with arc plasma torches, the axes of which are directed downward at an angle of 20-22.5 ° to the axis of the plasma reactor, the means for feeding the uranyl nitrate solution are installed vertically in the center of the horizontal surface of the plasma reactor cover, nozzles for tangential supply of compressed air are installed in the upper part of the plasma reactor housing and the lower part of the plasma reactor vessel is connected to a water-cooled gas-dynamic nozzle connected to a centrifugal separator. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что электродуговые плазмотроны расположены симметрично по отношению друг к другу по окружности горизонтального сечения конической поверхности крышки плазменного реактора.9. The device according to p. 8, characterized in that the electric arc plasmatrons are located symmetrically with respect to each other around the circumference of the horizontal section of the conical surface of the lid of the plasma reactor. 10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оси электродуговых плазмотронов расположены под углом 30-40° к вертикальной оси реактора.10. The device according to p. 8, characterized in that the axis of the arc plasma torches are located at an angle of 30-40 ° to the vertical axis of the reactor. 11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что оно содержит не менее трех электродуговых плазмотронов.11. The device according to p. 8, characterized in that it contains at least three electric arc plasmatrons. 12. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что сопла для тангенциального ввода потоков сжатого воздуха расположены под углом 5-10° к плоскости горизонтального сечения корпуса плазменного реактора.12. The device according to p. 8, characterized in that the nozzle for the tangential introduction of compressed air flows are located at an angle of 5-10 ° to the plane of the horizontal section of the plasma reactor vessel. 13. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что средство для подачи раствора уранилнитрата выполнено в виде пневмоцентробежной форсунки. 13. The device according to p. 8, characterized in that the means for supplying a solution of uranyl nitrate is made in the form of a centrifugal nozzle.
RU2015122242/05A 2015-06-10 2015-06-10 Method of uranyl nitrate solution processing to uranium oxide and nitric acid solution and device for its implementation RU2599670C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122242/05A RU2599670C1 (en) 2015-06-10 2015-06-10 Method of uranyl nitrate solution processing to uranium oxide and nitric acid solution and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122242/05A RU2599670C1 (en) 2015-06-10 2015-06-10 Method of uranyl nitrate solution processing to uranium oxide and nitric acid solution and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2599670C1 true RU2599670C1 (en) 2016-10-10

Family

ID=57127734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015122242/05A RU2599670C1 (en) 2015-06-10 2015-06-10 Method of uranyl nitrate solution processing to uranium oxide and nitric acid solution and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2599670C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113795894A (en) * 2020-10-14 2021-12-14 中广核研究院有限公司 Spent fuel dry post-treatment method based on plasma

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4585634A (en) * 1982-04-29 1986-04-29 Comurhex Process for the production of uranium trioxide having a large specific surface from hydrated uranyl nitrate
SU452177A1 (en) * 1973-05-30 1988-10-30 Предприятие П/Я А-1997 Method of producing finely divided powders of metal refractory oxides
RU2066299C1 (en) * 1993-09-23 1996-09-10 Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" Method to produce uranium dioxide powders or uranium based mixed oxides
RU90063U1 (en) * 2009-08-05 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (ОАО "ВНИИНМ") DEVICE FOR PRODUCING DOPED URANIUM OXIDES

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU452177A1 (en) * 1973-05-30 1988-10-30 Предприятие П/Я А-1997 Method of producing finely divided powders of metal refractory oxides
US4585634A (en) * 1982-04-29 1986-04-29 Comurhex Process for the production of uranium trioxide having a large specific surface from hydrated uranyl nitrate
RU2066299C1 (en) * 1993-09-23 1996-09-10 Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" Method to produce uranium dioxide powders or uranium based mixed oxides
RU90063U1 (en) * 2009-08-05 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (ОАО "ВНИИНМ") DEVICE FOR PRODUCING DOPED URANIUM OXIDES

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ТУМАНОВ Ю.Н., ПЛАЗМЕННЫЕ, ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ, МИКРОВОЛНОВЫЕ И ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ХИМИКО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ, М: ФИЗМАТЛИТ, 2010, С. 240-253. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113795894A (en) * 2020-10-14 2021-12-14 中广核研究院有限公司 Spent fuel dry post-treatment method based on plasma

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102745681B (en) Method and device for purifying graphite
RU2216390C2 (en) Separation of isotopes by ionization for treatment of materials of nuclear fuel
KR101754420B1 (en) Two step dry uo2 production process utilizing a positive sealing valve means between steps
US20130118304A1 (en) High Temperature Reactor System and Method for Producing a Product Therein
RU2175643C2 (en) Method of preparing mixture of powdery metal oxides from metal nitrates in nuclear industry
US4020146A (en) Production of uranium dioxide
US11440809B2 (en) Apparatus and process for thermal denitration, use of such an apparatus and product obtained by means of such a process
RU2599670C1 (en) Method of uranyl nitrate solution processing to uranium oxide and nitric acid solution and device for its implementation
US20100278704A1 (en) Two step dry uo2 production process utilizing a positive sealing valve means between steps
RU2106308C1 (en) Method for production of uranium trioxide by direct thermal denitration of uranyl nitrate
RU2601765C1 (en) Method of producing uranium oxide from uranyl nitrate solution and device therefor
US4202861A (en) Method for dry reprocessing of irradiated nuclear fuels
RU2599528C1 (en) Method of uranium hexafluoride processing into uranium oxide and anhydrous hydrogen fluoride and device for its implementation
US4755138A (en) Fluidized bed calciner apparatus
US6235252B1 (en) Method for recovering nitrate ions as nitric acid from nuclear industry effluents
JP7478101B2 (en) Reaction chamber for the extraction of uranium dioxide powder from uranium hexafluoride using the reductive pyrohydrolysis method
US5698173A (en) Purification of uranium alloys by differential solubility of oxides and production of purified fuel precursors
CN212388086U (en) Device for closed-circuit extraction of beryllium from siliceous mineral
EP3356567B1 (en) Process and apparatus for producing uranium or a rare earth element
RU2486615C1 (en) Method to recycle liquid radioactive wastes and device for its realisation
RU2203225C2 (en) Uranium hexafluoride conversion method
US2893936A (en) Process for continuously separating irradiation products of thorium
RU2444474C1 (en) Method of fluorinating dispersed rare metal oxides and reactor for realising said method
CA1124033A (en) Apparatus and method for recovering particulate material from a gas phase reaction
Allemann et al. Radiant-Heat, Spray-Calcination Process for Solidification of Radioactive Waste