METHODS OF PROCESSING DEPLETED URANIUM HEXAFLUORIDE. REVIEW

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Various methods of processing uranium hexafluoride depleted in 235U, which is the main byproduct of isotopic enrichment of natural uranium in the production of nuclear fuel, are discussed, viz. reducing it by hydrogen and other hydrogen-containing substances, applying energy effects, using it as a fluorinating agent in the production of fluoro organic and fluoro inorganic substances, low-temperature and high-temperature hydrolysis, including with using plasma torches. The most preferred processing method is shown to be the UF6 hydrolysis realized by the interaction of uranium hexafluoride with hydrogen-containing substances (methane, hydrogen) and oxygen in the combustion mode. In this case, one can produce storage-friendly uranium oxides and hydrogen fluoride, which can be used to close the nuclear fuel cycle using fluorine. At the same time, there is no need to maintain a high temperature for the surfaces of the technological equipment since the thermal energy in the reaction zone is released during the interaction of the starting materials.

About the authors

T. A Fedorova

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: fyodorova_ta@mail.ru
St. Petersburg, Russian Federation

D. S Pashkevich

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

St. Petersburg, Russian Federation

A. R Zimin

New Chemical Products

St. Petersburg, Russian Federation

D. A Bazhenov

Centertech Engineering

St. Petersburg, Russian Federation

References

  1. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ). Перспективы урана как надёжного источника энергии. URL: https://www.iaea.org/ru/newscenter/news/perspektivy-urana-kak-nadezhnogo-istochnika-energii (дата обращения: 16.02.2025).
  2. Программа безопасного обращения с ОГФУ Госкорпорации “Росатом”. Москва. 2020.
  3. АО “ПО Электрохимический завод” конверсия ОГФУ – забота о будущих поколениях. URL: https://ecp.tvel.ru/upload/iblock/625/W-technology.pdf (дата обращения: 16.02.2025)
  4. World Nuclear Association. Conversion and Deconversion. URL: https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/conversion-and-deconversion (дата обращения: 16.02.2024).
  5. Обедненный гексафторид урана. ООО ЭПЦ “Беллона”. – URL: http://www.ecp.ru/sites/default/files/download/doc/2020/bellona_ogfu_2020.pdf. (дата обращения 16.02.2025)
  6. Обогащение урана / Под ред. Виллани С. М.: Энергоатомиздат, 1983.
  7. Barber E.J. The Physical and chemical properties of uranium hexafluoride // Proc. Conference: Uranium hexafluoride-safe handling, processing, and transporting. Oak Ridg, 1988.
  8. Interim guidance on the safe transport of uranium hexafluoride / IAEA. Vienna. 1991.
  9. Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана. М.: Атомиздат, 1978.
  10. Richards J.M., Martin L.R., Fugate G.A., Cheng Meng-Dawn Kinetic investigation of the hydrolysis of uranium hexafluoride gas // RSC Adv. 2020. № 10. P. 34729.
  11. URL:https://www.ippe.ru/libr/pdf/92u.pdf (дата обращения: 18.02.2025).
  12. Дмитриевский В.А., Мигачев А.И. Радиолиз гексафторида урана // Атомная энергия. 1971. Т. 30. № 5. С. 438
  13. Белов И.А., Гроль А.В., Невиница В.А., Повещенко О.Ю. Радиолиз обогащенного 232,234U гексафторида регенерированного урана на этапе временного хранения на разделительном производстве // Атомная энергия. 2019. Т. 126. № 5. С. 268.
  14. International Chemical Safety Cards Database URL: https://chemicalsafety.ilo.org/dyn/icsc/showcard.list-cards3?p_lang=en (дата обращения: 18.02.2025).
  15. Жерин И.И., Амелина Г.Н. Химия тория, урана, плутония. Томск: Изд. ТПУ, 2010.
  16. Management of depleted uranium / A joint report by the OECD Nuclear Energy Agency and International Atomic Energy Agency. 2001.
  17. Makhijani A., Smith B. Costs and risks of depleted uranium from proposed enrichment facility // Science for Democratic Action. 2005. Vol. 13. № 2. P. 1.
  18. Gerald G.B. Depleted uranium hexafluoride (d-UF6) Storage, Conversion, and Management in the US: Proceedings // Russian-American Workshop on Management of Depleted Uranium. Moscow. 2002. P. 41.
  19. Орехов В.Т., Власов А.А., Козлова Е.И., Колесников Ю.А., Парфёнов А.В., Середенко В.А., Шаталов В.В. Современные методы обращения с отвалами обедненного UF6 // Сб. тр. 5-й Всероссийской (Международной) научной конференции Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул. М., 2000. С.25.
  20. Чекмарев А.М., Шаталов В.В. Будущее обедненного урана // Химия и жизнь. 2008. № 5. С. 22.
  21. Biaggio A.L., Lopez Vietri J.R. Uranium hexafluoride in transport accidents / IAEA. 1987. Vol. 1 P. 381.
  22. Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана. М.: Циниатоминформ, 2005.
  23. Судариков Б.Н., Раков Э.Г. Процессы и аппараты урановых производств. М.: Машиностроение, 1969.
  24. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / Под ред. Глушко В.П. М.: Наука, 1978.
  25. Пашкевич Д.С. Регенерация фтора в форме фторида водорода из летучих фторсодержащих отходов в пламени водородсодержащего топлива и кислородсодержащего окислителя // Химическая физика. 2019. Т. 38. № 11. С. 23.
  26. Brody M., Gates M. Conversion of uranium hexafluoride to its tetrafluoride. Pat. 2184106A GB. 1985.
  27. Барабанов В.Г., Зотиков, В.С., Лимонова Л.П., Максимов Б.Н., Семерикова А.И., Степанов В.П. Коррозия оборудования в производстве галогенсодержащих веществ // СПб: ТЕЗА, 1998.
  28. Smiley S.H., Brater D.C., Nimmo R.H. Improved continuous process for the conversion of uf to uf. Pat. 842500A GB. 1960.
  29. Шаталов В.В., Щербаков В.И., Серегин М.Б., Сергеев Г.С., Михаличенко А.А., Харин В.Ф., Шопен В.П., Сапожников М.В., Вандышев В.И., Чернов Л.Г., Камордин С.И., Милованов О.В. Способ конверсии гексафторида урана в тетрафторид урана и безводный фторид водорода, и устройство для его осуществления. Пат. 2188795C2 РФ. 2002.
  30. Shatalov V.V., Seredenko V.A., Kalmakov D.Yu., Ivanov A.V., Gromov O.B., Parfienov A.V. Depleted uranium hexafluoride—The fluorine source for production of the inorganic and organic compounds // Journal of Fluorine Chemistry. 2009. Vol. 130. № 1. P. 122.
  31. Evdokimov A.N., Ivanov A.V., Seredenko V.A. Some regularities in the flame process of uranium hexafluoride reduction by hydrogen // Proc. 17th International Symposium on Fluorine Chemistry. Shanghai. 2005. P. 65.
  32. Галкин Н.П., Майоров А.А., Верятин У.Д., Судариков Б.Н., Николаев Н.С., Шишков Ю.Д., Крутиков А.Б. Химия и технология фтористых соединений урана. М.: Госатомиздат, 1961.
  33. Гордон Е.Б., Колесников Ю.А., Чернов А.Г. Способ восстановления гексафторида урана. Пат. 2204529C2 РФ. 2001.
  34. Туманов Ю.Н., Троценко Н.М., Русанов В.Д., Галкин А.Ф., Загнитько А.В., Кононов С.В., Власов А.А., Сапожников М.В. Способ переработки гексафторида урана на металлический уран и безводный фторид водорода и устройство для его осуществления. Пат. 2120489C1 РФ. 1998.
  35. Атаханова Е.Л., Орехов В.Т., Хорозова О.Д., Ширяева В.Д. Способ конверсии гексафторида урана до тетрафторида урана и безводного фторида водорода. Пат. 2594012C1. РФ. 2016.
  36. Fox J.R., Curatolo B.S. Peresa F.A. Conversation of methane into olefins and hydrogen. Pat. 4450310 USA. 1984.
  37. Туманов Ю.Н., Григорьев Г.Ю., Туманов Д.Ю. Способ переработки гексафторида крана и устройство для его осуществления. Пат. 2453620С1 РФ. 2012.
  38. Бейли Д.Х., Уайтхед К., Джилкрист П., Вебстер Д.Э. Разделение изотопов путем ионизации для обработки материалов для ядерного топлива. Пат. 2216390С2. РФ. 2003.
  39. Дмитриевский В.А., Мигачев А.И. Диссоциация молекул UF6 под действием осколков деления ядер урана // Атомная энергия. 1959. Т. 6. № 5. С. 533.
  40. Гордон Е.Б., Козлова Е.И., Колесников Ю.А., Котов А.А., Орехов В.Т., Парфёнов А.В., Середенко В.А., Шаталов В.В. Перспективные методы переработки отвалов обедненного UF6 // Сб. тр. 5-й Всероссийской (Международной) научной конференции Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул. М., 2000. С. 35.
  41. Сарычев Г.А., Кудрявцев Е.М., Середенко В.А. Развитие отечественной технологии конверсии обедненного гексафторида урана // ВНИИХТ-60 лет: Юбилейный сборник трудов. М.: ООО “Леонардо-Дизайн”, 2011. С. 257.
  42. Шаталов В.В., Орехов В.Т., Дедов А.С., Захаров В.Ю., Голубев А.Н., Царев В.А. Перспективы развития производства озонобезопасных хладагентов на предприятиях Минатома // ВНИИХТ-50 лет. М.: ЦНИИатоминформ, 2001. С. 243.
  43. Малышев С.В., Шаталов В.В., Орехов В.Т., Пономарев Л.А., Зуев В.А., Денисов А.К., Дедов А.С., Царев В.А., Голубев А.Н., Короткевич В.М., Салтан Н.П. Способ получения 1,1,1,2-тетрафторэтана (хладона-134a). Пат. 2132839С1 РФ. 1997.
  44. Кварацхели Ю.К., Свидерский М.Ф., Хватов В.П., Паршин А.П., Степанов М.А., Петранин Н.П. Способ получения тетрафторида кремния. Пат. 2019504С1 РФ. 1994.
  45. Пашкевич Д.С., Зимин А.Р., Капустин В.В., Петров В.Б. Получение фторида водорода при взаимодействии гексафторида урана с водородом и кислородом в режиме горения. Термодинамический анализ// Инж.-физ. журнал. 2021. Т. 94. № 4. С. 987.
  46. Ольшанский В.А., Кобзарь Ю.Ф., Лазарчук В.В., Ледовских А.К. Способ переработки гексафторида урана. Пат. 2311346С1 РФ. 2007.
  47. Баранов Д.А., Блиничев А.Н., Вязьмин А.В., Жихарев А.С., Каталымов А.В., Макаров Ю.И., Мизонов В.Е., Орлов В.А., Соколов В.И., Ушаков С.Г., Фролов В.Ф., Чепура И.В. . Процессы и аппараты химической технологии. Явления переноса, макрокинетики, подобие, моделирование и проектирование. М.: Логос, 2001.
  48. Ольшанский В.А. Аппарат для гидролиза гексафторида урана. Пат. 2465208С2 РФ. 2012.
  49. Rothman A. Conversion of depleted uranium hexafluoride to a solid uranium compound. Pat. 6303090B1 USA. 2001.
  50. Borgard J., Herbelet F., Gwinner B. Recycling hydrofluoric acid in the nuclear industry: The Over Azeotreopic Flash process (OVAF). Journal of Fluorine Chemistry. 2016. V. 185. P. 17.
  51. Morel B., Dupertet R. Uranium and fluorine cycles in the nuclear industry // Journal of Fluorine Chemistry. 2009. V. 130. P. 7.
  52. Машиностроение / Под ред. Фролова К.В. М. Машиностроение, 2004.
  53. Андреев Г.Г., Дьяченко А.Н. Введение в химическую технологию ядерного топлива. Томск: Изд. ТПУ, 2010.
  54. Рысс И.Г. Химия фтора и его неорганических соединений М.: Гос. научно-техн. изд-во хим. лит., 1956.
  55. Никипелова Н.В. Программа Госкорпорации “Росатом” по безопасному обращению с ОГФУ / Сообщение для заседания Общественного совета Государственной корпорации по атомной энергии “Росатом”. М.: Топливная компания “Росатома”, 2019.
  56. Местели Д.Х. Способ восстановления безводного фтористого водорода из обедненного гексафторида урана. Пат. 2126362С1 РФ. 1999.
  57. Волоснев А.В., Громов О.Б., Середенко В.А. Способ конверсии обедненного гексафторида урана водяным паром. Пат. 2625979С1 РФ. 2017.
  58. Мазин В.И. Способ конверсии гексафторида урана. Пат. 2203225С2 РФ. 2003.
  59. Пашкевич Д.С., Алексеев Ю.И., Мухортов Д.А., Камбур П.С., Петров В.Б., Баженов Д.А., Зимин А.Р., Смолкин П.А., Капустин В.В. Получение фторида водорода при взаимодействии гексафторида урана с водородом и кислородом в режиме горения. Эксперимент // Инж.-физ. журнал. 2021. Т. 94. № 5. С. 1335.
  60. Пашкевич Д.С., Зимин А.Р., Алексеев Ю.И., Мухортов Д.А., Камбур П.С., Петров В.Б., Баженов Д.А., Капустин В.В., Смолкин П.А., Федорова Т.А. Получение фторида водорода при взаимодействии гексафторида урана с метаном и кислородом в режиме горения. Инженерно-физический журнал. 2025. Т. 98. № 1. С. 154.
  61. Popov P.A., Talalov V.A., Pashkevich D.S. Numerical simulation of the interaction of uranium hexafluoride with methane and oxygen in turbulent flame // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1697. Article 012226.
  62. Федорова Т.А., Пашкевич Д.С., Попов П.А., Талалов В.А. Численное исследование влияния способа подачи реагентов в реактор на взаимодействие гексафторида урана с метаном и кислородом в режиме горения // Инж.-физ. журнал. 2025. Т. 98. № 1. С. 145
  63. Федорова Т.А., Пашкевич Д.С., Зимин А.Р, Баженов Д.А., Камбур П.С., Алексеев Ю.И., Петров В.Б., Мухортов Д.А., Капустин В.В., Смолкин П.А., Попов П.А. Исследование регенерации фтора из обедненного гексафторида урана при его взаимодействии с водородсодержащими веществами и кислородом в режиме горения // Сб. тр. Научно-практическая конференция “Фторидные материалы и технологии”. М., 2024. С. 227.
  64. Федорова Т.А., Пашкевич Д.С. Сравнение результатов численного моделирования процесса взаимодействия гексафторида урана с водородом и кислородом и с метаном и кислородом в режиме горения // Сб. тр. Всероссийская научная конференция: Неделя науки ФизМех. СПб., 2024. С. 458.
  65. Souil J. M., Joulain P., Gengembre E. Experimental and theoretical study of thermal radiation from turbulent diffusion flames to vertical target surfaces // Combust. Sci. Technol. 1985. V. 41. P. 69.
  66. Lawrence Livermore National Laboratory. Depleted uranium hexafluoride management program. Summary of the cost analysis report for the long-term management of depleted uranium hexafluoride. 1997.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).