- Код статьи
- 10.31857/S0235010625030047-1
- DOI
- 10.31857/S0235010625030047
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 3
- Страницы
- 218-236
- Аннотация
- Произведен краткий обзор данных по давлению насыщенных паров и относительной летучести различных индивидуальных хлоридов (LiCl, KCl, NdCl, CeCl, LaCl, UCl), участвующих в процессах пирохимической переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Показано, что наиболее летучими являются хлориды щелочных металлов. Летучесть трихлоридов редкоземельных металлов и урана в интервале температур 500-1000°C на 2-5 порядков ниже. Проведена высокотемпературная вакуумная отгонка компонентов расплавленных хлоридных электролитов на основе эвтектики LiCl-KCl, помещенных в никелевые лодочки, содержащих трихлориды урана и редкоземельных металлов, при различных условиях: температура 700-1000°C, время 0.4-4 ч, степень разрежения 2·10-2 Па, концентрация 0.25-1.7 мол.% UCl, 0.13-0.7 мол.% трихлоридов РЗЭ (суммарно). Определено перераспределение солевых компонентов между расплавом и конденсатами паров. Из экспериментальных данных, полученных в настоящем исследовании вытекает, что хлориды щелочных металлов (LiCl, KCl) и РЗЭ (NdCl, CeCl, LaCl) можно достаточно быстро (за 2-4 ч) и полно отогнать из многокомпонентного солевого электролита при температурах до 850-900°С со снижением их концентрации в электролите к концу отгонки на 2.5-4 порядка (для более летучих щелочных хлоридов - в большей степени). В тех же условиях содержание соединений урана (в виде UCl) удается понизить не более, чем на порядок, по-видимому, вследствие инконгруэнтного (протекающего с разложением) испарения трихлорида. Повышение температуры выше 900°С уже мало влияет на полноту отгонки всех компонентов расплавленных смесей. Сделаны выводы об относительной летучести компонентов расплавленных солевых смесей (хлориды щелочных металлов, РЗЭ и урана), выбраны оптимальные режимы отгонки. Найденные зависимости могут оказаться полезными для разработки перспективных схем переработки ОЯТ с использованием отгонки солей.
- Ключевые слова
- отгонка испарение расплавленные смеси LiCl KCl LaCl CeCl NdCl UCl
- Дата публикации
- 12.05.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 13
Библиография
- 1. Park S.B., Cho D.W., Oh G.H., Lee J.H., Lee J.H., Hwang S.C., Kang Y.H., Lee H., Kim E.H., Park S.-W. Salt evaporation behaviors of uranium deposits from an electrorefiner // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2010. 283. P. 171-176.
- 2. Jang J., Kim T., Park S., Kim G.-Y., Kim S., Lee S. Evaporation behavior of lithium, potassium, uranium and rare earth chlorides in pyroprocessing // J. Nucl. Mater. 2017. 497. P. 30-36.
- 3. Zaikov Yu.P., Shishkin V.Yu., Potapov A.M., Dedyukhin A.E., Kovrov V.A., Kholkina A.S., Volkovich V.A., Polovov I.B. Research and development of pyrochemical processing for the mixed nitride uranium-plutonium fuel // IOP Conf. Series: J. Physics. 2020. 1475. P. 012027.
- 4. Westphal B.R., Marsden K.C., Price J.C., Laug D.V. On the development of a distillation process for electrometallurgical treatment of irradiated spent nuclear fuel // Nucl. Eng. and Technol. 2008. 40. № 3. P. 163-174.
- 5. Yang H.-C., Eun H.-C., Kim I.-T. Study on the distillation rates of LiCl-KCl eutectic salt under different vacuum conditions // Vacuum. 2010. 84. P. 751-755.
- 6. Eun H.-C., Yang H.-C., Cho Y.-J., Park H.-S., Kim E.-H., Kim I.-T. Separation of pure LiCl-KCl eutectic salt from a mixture of LiCl-KCl eutectic salt and rare-earth precipitates by vacuum distillation // J. Nucl. Soc. and Technol. 2007. 44. P. 1295-1300.
- 7. Park H.P. Residual liquid behavior calculation for vacuum distillation of multi-component chloride system // J. Nucl. Fuel Cycle and Waste Technol. 2014. 12. P. 179-189.
- 8. Park B.H., Oh S.-C., Hur J.-M. Measurement of LiCl removal behavior from porous solids by vacuum evaporation // Vacuum. 2014. 109. P. 61-67.
- 9. Geng J., Luo Y., Fu H., Dou Q., He H., Ye G., Li Q. Temperature and pressure effect on evaporation behavior of chloride salts using low pressure distillation // Progress in Nucl. Energy. 2022. 147. P. 104212 (1-8).
- 10. Salyulev A.B., Shishkin A.V., Shishkin V.Yu., Zaikov Yu.P. Distillation of lithium chloride from the products of uranium dioxide metalization // Atomic Energy. 2019. 126. № 4. P. 226-229.
- 11. Salyulev A.B., Moskalenko N.I., Shishkin V.Yu., Zaikov Yu.P. Selective evaporation of the components of molten (LiCl-KCl)eut-BaCl2-SrCl2-NdCl3 mixtures at low pressures // Russ. Metallurgy (Metally). 2021. 2021. № 2. P. 151-158.
- 12. Salyulev A.B., Mullabaev A.R., Shishkin A.V., Kovrov V.A., Zaikov Yu.P., Mochalov Yu.S. Selective evaporation of components of molten LiCl-RbCl-CsCl-SrCl2-BaCl2 mixtures under reduced pressure // Russ. Metallurgy (Metally). 2024. 2024. № 4. P. 774-782.
- 13. Nikolaev A.Yu., Mullabaev A.R., Suzdaltsev A.V., Kovrov V.A., Kholkina A.S., Shishkin V.Yu., Zaikov Yu.P. Purification of alkali-metal chlorides by zone recrystallization for use in pyrochemical processing of spent nuclear fuel // Atomic Energy. 2022. 131. № 8. P. 195-201.
- 14. Лаптев Д.M. Физико-химические свойства хлоридов лантаноидов и их взаимодействие в системах LnCl3 - LnCl2 // Дис. … д-ра хим. наук. Новокузнецк, 1996. 394 с.
- 15. Ревзин Г.Е. Безводные хлориды редкоземельных элементов и скандия // Методы получения химических реактивов и препаратов. М.: ИРЕА, 1967. Вып. 16. С. 124-129.
- 16. Kochedykov V.A., Khokhlov V.A. Refractive indices and molar refractivities of molten rare-earth trichlorides and their mixtures with alkali chlorides // J. Chem. Eng. Data. 2017. 62. № 1. P. 44-51.
- 17. Roine A. HSC Chemistry 7.1 Thermochemical Database. Finland: Outokumpu Research Oy. 2014.
- 18. Миронов В.Л., Бурылев Б.П. Давление насыщенного пара индивидуальных хлоридов и их бинарных смесей // “Успехи термодинамики расплавов”: материалы Всесоюзного семинара. Краснодар: Краснодар. политехн. ин-т, 1976. С. 25-84.
- 19. Новиков Г.И., Гаврюченков Ф.Г. Комплексные галогениды в парах при высоких температурах // Успехи химии. 1967. 36. Вып. 3. С. 399-413.
- 20. Salyulev A.B. , Kudyakov V.Ya. Saturated vapor composition and volatility of uranium and some other metal tetrachlo-rides (ThCl4, HfCl4, ZrCl4, TiCl4) from their molten mixtures with alkali metal chlorides // Russ. Metallurgy (Metally). 2023. 2023. № 8. P. 986-992.
- 21. Суворов А.В. Термодинамическая химия парообразного состояния. Л.: Химия. 1970.
- 22. Шугуров С.М. Термическая устойчивость неорганических ассоциатов в газовой фазе // Дис. д-ра хим. наук. Санкт-Петербург, 2018.
- 23. Schäfer H. Gaseous chloride complexes with halogen bridges - homo-complexes and hetero-complexes // Angewandte Chemie, Intern. Edition. 1976. 15. № 12. P. 713-727.
- 24. Ярым-Агаев Н.Л. Термодинамические свойства и строение пара над расплавленными солями и их смесями // Ионные расплавы. Киев: Наукова думка. 1974. Вып. 1. С. 42-61.
- 25. Новиков Г.И., Баев А.К. К вопросу о летучести ацидокомплексных соединений в системах LnCl3 - KCl // Ж. неорг. химии. 1964. 9. Вып. 7. С. 1669-1675.
- 26. Murase K., Adachi G., Hashimoto M., Kudo H. Mass spectrometric investigation of the vapor over the LnCl3-KCl equimolar melt (Ln = Nd, Er) at high temperatures // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1996. 69. P. 353-357.
- 27. Fukasawa K., Uehara A., Nagai T., Sato N., Fujii T., Yamana H. Thermodynamic properties of trivalent lanthanide and actinide ions in molten mixtures of LiCl and KCl. // J. Nucl. Mater. 2012. 424. P. 17-22.
- 28. Park S.B., Cho D.W., Woo M.S., Hwang S.C., Kang Y.H., Kim J.G., Lee H. Investigation of the evaporation of rare earth chlorides in a LiCl-KCl molten salt // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2011. 287. P. 603-608.
- 29. Kwon S.W., Park S.W., Lee S.J. Effect of deposit on the evaporation rate of adhered salt in uranium dendrite // Science Technol. Nucl. Install. 2020. 2020. Article ID 8866234. 6 p.
- 30. Щукарев С.А., Василькова И.В., Ефимов А.И. О диспропорционировании трихлорида урана // Ж. неорг. химии. 1956. 1. № 12. С. 2652-2656.
- 31. Kovács A., Booij A.S., Cordfunke E.H.P., Kok-Scheele A., Konings R.J.M. On the fusion and vaporization behavior of UCl3 // J. Alloys and Compounds. 1996. 241. P. 95-97.
- 32. Choi S., Bae S.-E., Park T.-H. Electrochemical and spectroscopic monitoring of interactions of oxide ion with U (III) and Ln (III) (Ln = Nd, Ce, and La) in LiCl-KCl melts // J. Electrochem Soc. 2017. 164. P. H5068-H5073.
- 33. Jeon M.K., Yoo T.-S., Choi E.-Y., Hur J.-M. Quantitative calculations on the reoxidation behavior of oxide reduction system for pyroprocessing // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2017. 313. P. 155-159.
