Choice construction material for devices solvent plutonium dioxide.pdf Введение В настоящее время развитие атомной энергетики связано с развитием реакторов на быстрых нейтронах, основным топливом для которых является МОХ-топливо. Применение плутония при производстве МОХ-топлива возможно лишь при его очистке от Ат241. Одним из важных этапов очистки PuO2 является его растворение в азотной кислоте с последующим проведением экстракции. Одним из таких методов является электрохимический метод растворения диоксида плутония в присутствии медиатора. Так как в процессе растворения диоксида плутония данным методом используются растворы с высоким окислительным потенциалом, необходимо применение конструкционного материала со следующими технологическими свойствами: высокая коррозионная стойкость; низкое ингиби-рование процесса электрохимического генерирования Ag(II). Наиболее перспективными материалами для данного процесса являются цирконий марки Э110 и титан ВТ1-0. Были проведены опыты по изучению влияния предполагаемых конструкционных материалов на кинетику накопления двухвалентного серебра, а также исследование коррозионных свойств конструкционных материалов. Экспериментальная часть Для определения влияния конструкционных материалов на кинетику Л 2+ процесса электрохимического получения Ag используется электролизер с ионообменной мембраной. Катод изготовлен из сетки технического титана марки ВТ1-0. Анод выполнен из листовой платины чистотой 99,99%. Разделительная мембрана, разделяющая анодное и катодное пространства, -катионообменная или фторопластовая. Длительность электрогенерирования Ag (II) до отбора пробы 1 ч, эксперименты проводили в течение 6 ч. Плотность тока 3А/дм2. Электрогенерирование ионов Ag (II) проводили в присутствии образцов титана марки ВТ 1-0, циркония Э110, а также дисперсной фазы (диоксида титана). Определение концентрации Ag (II) проводили пермарганатометрическим методом. Данные о кинетике накопления Ag(II) в растворе 6 моль/л HNO3, содержащем 0,05 моль/л Ag(I), в присутствии титана и циркония представлены на рис. 1 и 2. Время.час Время,час а б Рис. 1. Концентрации Ag(II) при проведении процесса с образцом титана и без него при плотности тока i = 3А/дм2: а - в отсутствии дисперсной фазы TiO2; б - в присутствии дисперсной фазы TiO2 Концентрации Ац('_ЧО, и а отсутствии дисперсной фазы TiO; Концентрации Ag(N03)j в присутствии дисперсной фазы "rf r Рис. 2. Концентрации Ag(II) при проведении процесса с образцом циркония и без него при плотности тока i = 3А/дм2: а - в отсутствии дисперсной фазы TiO2; б - в присутствии дисперсной фазы TiO2 Было установлено, что присутствие образца титана ВТ 1-0 (S = 29 см2; толщина - 0,3 мм) вызывало уменьшение стационарной концентрации Ag(II) с 0,025 моль/л до 0,017 моль/л. При этом выход Ag(II) по току за первый час ГСЭ уменьшался с 42 до 31%. Присутствие сплава циркония Э110 в электролите вызывало уменьшение стационарной концентрации Ag(II) в электролите с 0,025 до 0,019 моль/л. При этом выход Ag(II) за первый час электролиза был близок к 34%. Как показали результаты испытаний, концентрация Ag(II) в растворе, полученном в присутствии Ti, оказалась меньше, чем в растворе, полученном в присутствии Zr, в среднем на 17%. Также концентрация Ag(II) в растворе, полученном в присутствии Ti, оказалась меньше, чем в «холостом» опыте, примерно на 30%. Как показали дальнейшие исследования, данное изменение концентрации серебра не влияет на кинетику растворения диоксида плутония, следовательно, титан марки ВТ1-0 удовлетворяет условиям проведения процесса растворения PuO2. Коррозионные испытания конструкционных материалов. Диоксид плутония имеет микротвердость порядка 105НВ, при перемешивании и соприкосновении PuO2 с поверхностью конструкционного материала могут происходить истирание поверхности и увеличение скорости коррозии. Были проведены испытания на гидроабразивный и коррозионный износ титановой и циркониевой пластин при плотности тока 3А/дм2. Образец материала испытывался в течение 6 ч при перемешивании (скорость вращения мешалки 700 об./мин) с мониторингом массы образца каждый час. Результаты экспериментов, представленные в табл. 1 и 2, показали, что коррозионная стойкость титана в условиях электрогенерирования Ag(II) выше, по сравнению с цирконием. Т а б л и ц а 1 Скорость коррозии титана ВТ1-0 в среде 6М HNO3 л 2+ и в присутствии окислителя Ag Время, Скорость коррозии Время, Скорость коррозии ч г/(м2хч) мм/год ч г/(м2хч) мм/год 1 0,203 0,391 4 0 0,000 2 0,068 0,130 5 0,0344 0,065 3 0 0,000 6 0 0,000 Т а б л и ц а 2 Скорость коррозии циркония в среде 6М HNO3 и в присутствии окислителя Ag2+ Время, ч Скорость коррозии Время, ч Скорость коррозии г/(м2хч) мм/год г/(м2хч) мм/год 1 0,120 0,162 4 0,060 0,081 2 0,150 0,202 5 0,030 0,040 3 0,060 0,081 6 0,030 0,040 При визуальном осмотре поверхности образцов титана и циркония не обнаружено локальной коррозии в виде питинга и язв, что позволяет отнести данные материалы к категории коррозионно-стойких для данных условий. Заключение Цирконий имеет, в сравнении с титаном, более высокую скорость коррозии, что влияет на расчет срока службы аппарата растворения. С экономической точки зрения цена циркония превышает цену титана примерно в три раза. Уменьшение концентрации Ag(II) при испытании образца титана не влияет на кинетику растворения диоксида плутония. Таким образом, на основе полученных результатов можно сделать вывод, что в качестве конструкционного материала для аппарата-растворителя диоксида плутония целесообразнее использовать титан марки ВТ1-0.

Скачать электронную версию публикации