Использование процесса ультрозвукового диспергирования в технологии получения оксидов урана

Стабильность работы распылителя этого типа на порядок выше, чем в обычных пневматических распылителей. Эффективность распыления 4,0 %.

Недостатком его в случае применения в плазмохимии также является необходимость удаления или возврата конденсата.

Распылители с пористой пластиной

В этом типе устройств распыление происходит на пористой пластинке диаметром 10-30 мм, с одной стороны которой подается газ, с другой - раствор. Пластинки спекаются из стекла или оксидов металлов (алюминия, циркония и т.п.) и имеют размер пор 4-8 мкм. Эти распылители образуют очень тонкий аэрозоль (средний размер капель около 0,1 мкм) с узким распределением. Эффективность распыления 10-94 %, скорость подачи раствора 5-50 мкл/мин.

Недостатком распылителя является большая память (в случае необходимости смены реагента - продолжительность промывки-3-4минут).

Распылитель также требует решения задачи удаления или возврата конденсата.

1.5.2 Использование ультразвукового распыления

Ряд исследователей для получения аэрозоля используют ультразвуковые (УЗ) распылители. Этот процесс может обеспечить образование очень мелких капелек без образования большого перепада давления между жидкостью и газом и без использования распыляющего воздушного потока. Наиболее существенным достоинством ультразвукового распыления по сравнению с обычными методами считают существенную экономию энергопотребления [ Gaikwas S. G., Reddy C., Pandit A. B. Ultrasonic Atomization: A Novel Technique for Surface coatings/ Surface Coatings International Part B; Coating Transactions, International. - 2005. - V. 88, B 3.- P. 189-196.]. Методы ультразвукового распыления позволяют получать аэрозоли с узким распределением капель жидкости по размерам и имеющие очень низкую кинетическую энергию. При использовании ультразвукового распыления, меняя частоту ультразвука, можно регулировать размеры капелек. Этого же можно добиться, изменяя скорость флуктуирующего потока жидкости. В отличие от пневматических распылителей распыление в ультразвуковых распылителях происходит за счет акустических колебаний и газовый поток нужен только для переноса полученного аэрозоля. Эффективность генерации аэрозоля в этих распылителях в 10-20 раз больше, чем у пневматических распылителей. Эти распылители образуют тонкий аэрозоль со средним размером капель до 1-5 мкм. При этом размер аэрозоля зависит от частоты ультразвука. В статье Эше [ Esche. Erreugung von hochwertigen aerosolle mittels Ultraschall - Communications du congress cuter national Juries traitements per les uetrasons.// Marsielle. - 1955, p. 179-183.] приведено описание некоторых закономерностей процесса образования аэрозолей в ультразвуковом фонтанчике, получающемся в результате действия сфокусированного ультразвука на поверхность раздела жидкость-газ. Прежде всего, такой аэрозоль является тонко- и практически монодисперсным. Так, например, при использовании ультразвука с частотой 2,5 МГц 35 % всех капелек образующегося аэрозоля имели размеры от 1,7 до 2,5 мкм, размеры 85 % всех капелек заключены в пределах от 1,0 до 4,8 мкм.

Повышение частоты ультразвука приводит к существенному уменьшению размера капелек аэрозоля. Поэтому для получения мелкодисперсного аэрозоля целесообразно применять частоты более 1 МГц. Степень дисперсности аэрозоля не зависит от мощности ультразвука.

В работе [ Розенберг Л.Д., Экнадиосянц О.К.// Акустический журнал - 1960, т. 6, вып. 3, с. 370-375.] приводятся данные экспериментальных исследований с помощью скоростной макро- и микрокиносъемки процесса туманообразования в ультразвуковом фонтанчике. Фонтанчик получатся при помощи плоского излучателя из керамики титаната бария, имеющего частоту собственных колебаний 2 МГц. Ультразвук фокусировался плексиглазовой линзой. Показано, что образующаяся под влиянием ультразвука струя жидкости состоит из отдельных бусинок диаметром 0,95 мм. Область туманообразования расположена в нижней части струи, причем верхняя граница области находится на расстоянии 4-5 мм от конца вспучивания. Наиболее интенсивно туманообразование происходит в средней части указанной области. С увеличением мощности излучения ультразвука возрастает высота фонтанчика, однако в пределах изменения высоты его от 5 до 12 см размеры и местоположение области туманообразования на струе практически не меняются. Съемки показали также, что процесс туманообразования не является непрерывным. Туман выбрасывается редкими кратковременными (<400 мксек) взрывами, промежутки между которыми значительно больше, чем время, занимаемое туманообразованием. Вместе с туманом, а иногда и без него, из струи фонтана выбрасываются капли воды, размеры которых значительно больше размеров капелек тумана. Для предотвращения попадания крупных капель в тракт подачи аэрозоля используют, как и в пневматических распылителях камеры распыления, а также устанавливают отбойные заслонки.

В [ Crawford A.E.. Aoust J.// Soc. America - 1955, 27, № 1, p. 176.] предложен способ распыления менисковой пленки жидкости, смачивающей наклонную излучающую поверхность поршневого УЗ преобразователя, частично погруженного в распыляемую жидкость. В качестве преобразователя использовался магнитостриктор, работающий на основной частоте собственных колебаний 25 кГц. В этих условиях при подводимой мощности 650 Вт длина столба водяного тумана доходила до 100 см, причем в аэрозоль в I ч переходило примерно 150 л воды с 1 дм излучающей поверхности преобразователя, то есть столько же. При этом получающийся аэрозоль был довольно грубым: капельки имели размер от 100 до 250 мкм. С увеличением мощности величина капель возрастала.

Анализ приведенных данных показывает, что этот способ распыления (распыление тонких слоев жидкости) позволяет достичь очень высокой производительности. Однако использование частот порядка 20 кГц недопустимо, так как получаемый аэрозоль является крупными и полидисперсным.

Применяемые ультразвуковые распылители встречаются двух видов:

получение ультразвукового фонтанчика на поверхности жидкость-газ

распыление тонких пленок, омывающих поверхность магнитострикционного преобразователя.

В работе [ Теркен У.Б., Иванцов Л.М., Костин Б.И. Заводская лаборатория - 1962, т. 28, № 12, с. 1451-1454.] подробно описана конструкция распылителя первого типа и также приведена схема ультразвукового генератора. Пьезоэлектрический туманообразователь, приводимый в действие генератором высокочастотных электрических колебаний, превращает рабочий раствор в туман. Раствор помещают в туманообразователь в стеклянных кюветах, дном которых служит тонкая пленка тефлона. Пространство между кюветой и пьезоэлементом (источником ультразвуковых колебаний) заполнено водой. Ультразвуковые волны фокусируются вблизи свободной поверхности раствора, в результате чего происходит непрерывное фонтанирование раствора и вызванное этим образование тумана. Стеклянный конический отсекатель препятствует попаданию крупных капель раствора в тракт. Туман подается воздушной или газовой струей при небольшом избыточном давлении. Параметры генератора: мощность питания около 200 Вт, рабочая частота 2,5 МГц. Размер капель тумана уменьшается с повышением частоты ультразвука. При выбранной частоте капли имели диаметр от 1 до 3 мкм. Повышение рабочей мощности генератора усиливало туманообразование. Однако использованию генератора в режиме его максимальной мощности препятствует непропорционально быстрое возрастание количества воздушных пузырьков, прилипающих ко дну кюветы, которые экранируют и рассеивают ультразвук. Повышение температуры раствора также приводит к усиленному туманообразование.

В работе [ Diekenson G.W., Fassel V.A.// Anal. Chem. - 1969 - V. 41, № 8. - P. 1021-1024.] между УЗ распылителем и плазменной горелкой установлено устройство для десольватации аэрозоля. Назначение этого устройства - удалить из аэрозоля растворитель. Устройство для десольватации включает в себя трубчатую печь в виде кварцевой трубки длиной 200 мм и диаметром 25 мм. Температура печи около 400 0C. Из печи аэрозоль попадает в конденсатор (охладитель), охлаждаемым проточной водой. Слив конденсата осуществляется в нижней части конденсатора. В боковой отвод конденсатора потоком газа осушенный аэрозоль транспортируется в плазмотрон. 80% твердого составляющего в распыленном растворе переносится в плазму. Эмиссионный анализ конденсата раствора железа (50 мг/мл) показал, что остальные 20% задерживаются в конденсате.

Следует заметить, что десольвататоры усложняют систему ввода вещества в плазмотрон и применение их по нашему мнению оправдано лишь в случае работы с плазмотронами малой мощности при вводе вещества непосредственно в струю плазмы. Если аэрозоль вводится в ПХР, сочлененный с плазмотроном большой мощности, по-видимому, применение десольвататора нецелесообразно.

В литературе описывается еще несколько разновидностей УЗ распылителей первого типа, но, к сожалению, для малых количеств раствора.

Дальнейшее развитие конструкций УЗ распылителей шло по пути создания моделей, работающих по 2 схеме - то есть методом образования тонкой пленки на поверхности УЗ преобразователя, защищенного стеклянной пластиной. Основополагающей в этой области можно считать работу [ Olson K.W., Haas W.J., Fassel V.A.//Anal. Chem. - 1977 - V. 49, № 4. - P. 632-637.]. В ней разработан УЗ распылитель горизонтальной конструкции, в котором распыляемый образец (жидкость) подается перистальтическим насосом через фторопластовую трубку на поверхность УЗ преобразователя. Распылитель работает при частоте 1,43 МГц. Выходная мощность 40 Вт. Преобразователь охлаждается водой. Скорость подачи образца 2,4 мл/мин. Распылитель расположен внутри камеры распыления и сочленен с системой десольватации. Показано, что эффективность данного распылителя в 10 раз выше, чем пневматического распылителя, работающего при тех же условиях, и составляет ~ 11 %.

Кроме того известно, что ультразвуковое диспергирование широко применяется в мире в процессах получения порошков наноразмеров. Так, например, в работе [ Nano-sized ceria particles prepared by spray pyrolysis using polymeric precursor solution/ H. S. Kang, Y. C. Kang, H. Y. Koo et al.// Materials Science and Engineering B. - 2006. - V. 127. - P. 99-104. ] наночастицы диоксида церия были приготовлены из водного раствора, содержащего полимерное исходное вещество пиролизом аэрозоля, полученного ультразвуковым распылением, при различных условиях приготовления, таких как высокая скорость газа-носителя и, соответственно, короткое время пребывания аэрозоля в зоне нагрева. В результате были получены наночастицы диоксида церия при 1200 0C без применения помола. Средний размер первичных частиц увеличивался с нескольких десятков нм до субмикронного размера при повышении температуры от 800 до 1300 0С.

В работе [ Synthesis and characterization of isolated iron oxide nanoparcticle dispersed in MgO matrix/ Y.-H. Choa, J.-K. Yang, W.-J. Yang, K.-H. Auh// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2003. - V. 266. - P. 20-27.] нанокомпозитные порошки гaммa-Fe2O3/MgO, которые могут быть использованы для биомедицинских, магнитных и каталитических применений были приготовлены методом пиролиза аэрозоля, полученного с использованием ультразвукового диспергатора. Исходный раствор был приготовлен из нитратов железа и марганца, растворенных в чистой воде. Полученный раствор с помощью ультразвукового диспергатора превращался в аэрозоль, который газом-носителем (воздух) переносился в предварительно нагретую камеру (500-800 0С). В камере капли аэрозоля превращались в наночастицы гамма- Fe2O3/MgO. Все операции проводились при давлении 1 атм. Было показано, что полученный порошок гамма- Fe2O3/MgO прекрасно кристаллизуется при температуре 800 0С. Размер частиц порошков нанокомпозита Fe2O3/MgO приготовленных при 800 0С был около 10 нм.

В работе [ Yu H.-F., Lin H.-Y. Preparation and thermal behavior of aerosol-derived BaFe12O19 nanoparticles// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2004. - V. 283. - P. 190-198. ] были получены наночастицы чистого феррита бария BaFe12O19 термообработкой при 700 0C аэрозоля исходного раствора, содержащего цитратные комплексы бария и железа. Нейтрализованный водный раствор, содержащий цитратные хелаты Ba+ и Fe+ был превращен в аэрозоль с помощью ультразвукового диспергатора. Аэрозоль был подвергнут термическому разложению в потоке воздуха при температуре 250 0C. Полученные таким образом твердые частицы были прокалены при различной температуре, после чего были определены химические и физические характеристики полученных образцов. Было показано, что кристаллические ферриты бария образуются при такой низкой температуре как 650 0C, но для получения порошка чистого феррита бария требуется температура прокаливания выше 680 0C.

В работе [ Flame spray synthesis of tin dioxide nanoparticles for gas sensing/ T. Sahm, N. Barsan, S. E. Platsinis et al.// Sensors and Actuators B. - 2004. - V. 98. - P. 148-153.] был использован метод пиролиза аэрозоля в пламени (FSP) для синтеза наночастиц оксида олова из исходного раствора - этилгексаноата олова в этаноле. Полученные частицы были в высокой степени кристалличны и имели исходный размер около 17 нм.

В работе [ Nickel and nickel oxide nanoparticles prepared from nickel nitrate hexahydrate by a low pressure spray pyrolysis/ W.-N. Wang, Y. Itoh, I. W. Lenggoro, K. Okuyama// Materials Science and Engineering B. - 2004. - V. 111. - P. 69-76.] описаны свойства наночастиц никеля, приготовленных пиролизом аэрозоля раствора гексагидрата нитрата никеля, полученного при низком давлении (LPSP). Было исследовано влияние давления, скорости тока газа-носителя, концентрации исходного раствора и типа восстановителя на размер, морфологию и кристалличность наночастиц никеля. Было показано, что давление и скорость тока газа-носителя играют решающую роль при восстановлении оксида никеля до металла в LPSP-процессе. Относительно высокая концентрация исходного раствора способствует образованию наночастиц никеля. Сорастворители, такие как муравьиная кислота и этанол, также водород, вводимый с потоком газа носителя, трактуются в данной работе как восстановители в процессе получения наночастиц металлического никеля.

В работе [ One-step synthesis of titanium oxide nanoparticles by spray pyrolysis of organic precursors/ W.-N. Wang, I. W. Lenggoro, Y. Terashi et al.// Materials Science and Engineering B. - 2005. - V. 123. - P. 194-202.] были синтезированы наночастицы оксида титана с номинальным размером около 10 нм прямо из трех органических исходных веществ: тетраизопропоксида (TTP), водорастворимых источников титана ТС-300 и TC-400 методом пиролиза аэрозоля, полученного ультразвуковым диспергированием при низком давлении (LPSP). Было исследовано влияние температуры, растворителя, концентрации и типа исходного вещества на получение наночастиц оксида титана. Было показано, что более высокая температура и концентрация исходного вещества способствуют образованию наночастиц оксида титана. Добавка этанола, как сорастворителя, способствует формированию наночастиц.

Таким образом, использование ультразвуковых распылителей для получения аэрозолей жидкостей имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными пневматическими распылителями, так как позволяет получить аэрозоли с размером частиц 1-4 мкм (при использовании частоты УЗ генератора порядка 1-2 МГц). Для получения монодисперсного аэрозоля большинство описанных в литературе УЗ распылителей (так же как пневматические распылители) работают совместно с камерой распыления, предназначенной для отсекания крупных капель аэрозоля и последующего слива. Наличие камеры распыления усложняет конструкцию и снижает количество подаваемого аэрозоля. Этот вопрос подлежит рассмотрению применительно к конкретным процессам. Большинство приведенных в обзоре УЗ распылителей работают при низких скоростях подачи жидкости в распылитель. Вопросы возможности увеличения производительности распылителя при сохранении монодисперсности аэрозоля с малым диаметром капель требуют дополнительной проработки. Из рассмотренных УЗ распылителей большую производительность имеют распылители второго типа, то есть те распылители, в которых распыляемая жидкость омывает в виде тонкого слоя излучающую поверхность ультразвукового преобразователя, при этом для получения мелкодисперсного аэрозоля необходимо работать при частоте генератора 1-2 МГц.

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы - разработка метода получения оксидов урана в виде конечных форм, пригодных к прессованию и последующему длительному и безопасному хранению до повторного использования в тепловых или быстрых реакторах.

Задачи:

Отработка методик определения урана в растворах переменного состава.

Определение условий ультразвукового диспергирования растворов уранилнитрата на лабораторной установке.

Проверка эффективности ультразвукового распыления растворов.

Проведение экспериментов по термохимической денитрации реэкстракта урана в прямоточно-трубчатой электропечи с получением оксидов.

Изучение возможности включения оксидов актинидов в оксиды урана при денитрации смешанных нитратных растворов этих элементов.

диспергирование денитрация реэкстракт уран

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Экспериментальная часть выполнялась в лаборатории № 96 ГУП НПО “Радиевого института им. В.Г. Хлопина”.

3.1 Методика приготовления растворов и проведения лабораторных экспериментов

В работе использовалась азотная кислота (Реахим, ГОСТ 4461-77) марки "ХЧ"; аммиак водный (ЗАО "НПО ЭКРОС", ГОСТ 3760-79) марки "ЧДА", СТ Трилон Б 0,1 н (ЗАО "ВЕКТОН", ТУ 2642-001-07500602-97), изопар (ECNO 292-44-6), калий хлористый (Реахим, ТУ 6-09-3678-74) марки "ОСЧ", аммоний углекислый (ЗАО "НПО ЭКРОС", ГОСТ 3770-75) марки "ЧДА", алюминий азотнокислый (Реахим, ГОСТ 3757-65) марки "ЧДА"; соляная кислота (ЗАО "ВЕКТОН", ГОСТ 3118-77) марки «ХЧ», ТБФ (Реахим, ТУ 6-09-08-1219-7) марки «ХЧ», уранил азотнокислый (СПб ФГУП «Изотоп») марки «ЧДА», торий азотнокислый (СПб ФГУП «Изотоп») марки «ЧДА». Декан очищался путем последовательных промывок концентрированной серной кислотой, раствором 2,5 г/л KMnO4 в 10% серной кислоте, водой, 0,1 моль/л раствором KMnO4 в 10% гидроксиде натрия, водой, 10 г/л щавелевой кислотой и снова водой.

Лабораторные опыты проводили при температуре 20 2 С. Отбор проб на анализ производился стеклянными пипетками ГОСТ 20292-74 (2 класс точности).

Определение урана и тория в органической и водной фазах проводили по следующим методикам:

Определение урана.

Концентрация урана в экспериментах определялась двумя методами:

Весовым методом, для определения больших концентраций урана.

В данной методике используются следующие реактивы:

HNO3 (конц.)

NH4OH

Отбирается проба объёмом 1 мл и вносится в стакан на 100 мл. Анализируемый раствор подкисляют азотной кислотой и кипятят до полного удаления CO2. Затем добавляют в небольшом избытке NH3 1:4, не содержащий карбонатов, до появления отчетливого запаха аммиака. Раствор осторожно нагревают до полной коагуляции осадка, добавляя в случае необходимости ещё небольшое количество аммиака. Раствор выдерживается при температуре 70-80 0C. Дают осадку диураната аммония U2O7(NH4)2 осесть и фильтруют на бумажном фильтре «белая лента». После полной отмывки осадка урана воронка с фильтром переносится в сушильный шкаф и высушивается при температуре 90-100 0C. Затем фильтр с осадком помещают в тигель, предварительно взвешенный. Тигель с осадком прокалывают в муфельной печи при температуре 800-900 0C. Потом тигель охлаждается в эксикаторе, а затем взвешивается. Уран в осадке находится в виде U3O8 [ Уран. Методы его определения/ В. К. Марков, А. В. Виноградов, С. В. Елинсан и др. - М.: Атомиздат, 1960. - 263 с.].

Спектрофотометрическим методом, для определения урана в рафинатах.

В данной методике используются следующие реактивы:

HNO3 (конц.)

Арсеназо III

Метод основан на цветной реакции уранил - иона с Арсеназо III. Стандартный раствор готовится с концентрацией урана 200 мкг/мл. Путём разбавления этого раствора получаются рабочие растворы с концентрацией урана 40, 80,120,180 мкг/мл. Измеряется оптическая плотность на спектрофотометре. И по полученным значениям строят калибровочную кривую зависимости оптическая плотность от концентрации урана в растворе показанную на рис. 2 [ Марченко З. Фотометрическое определение элементов. - М.: Изд. «Мир», 1971. - 511 с.].

Рисунок 2 - Зависимость оптической плотности от концентрации урана в растворе

Определение урана в тории.

В данной методике используются следующие реактивы:

8 г KNO3 или Al(NO3)3

Титр трилона Б - 0,1 н

ТБФ в разбавителе 30 %

(NH4)2CO3 - 5 % раствор

Аликвоту раствора, содержащую не более 1000 мг урана, переводят в азотнокислый раствор до рН=2-3 по потенциометру. К приготовленному таким способом раствору добавляют 8 г высаливателя (KNO3 или Al(NO3)3) марки «ХЧ» и ТБФ (30 %) в керосине из расчёта 1 мл на 250 мг урана, перемешивают с помощью магнитной мешалки 5 минут. Затем органическую фазу отделяют от водной и реэкстрактируют уран из органической фазы (ТБФ) в 5 % раствор (NH4)2CO3 (1-2 промывки водой и 2-3 раствором карбоната аммония) [ Рябинин А. И., Афанасьев Ю. А., Комплексонометрическое определение тория в уране в присутствии ТБФ// Журнал аналитической химии.- 1966.-Т. XXI.- вып. 3.].

После реэкстракции урана, определяем его концентрацию весовым способом.

Определение тория.

Концентрация тория в экспериментах определялась двумя методами:

Последовательное комплексонометрическое определение тория.

В данной методике используются следующие реактивы:

Буферный раствор с рН=1,6 (0,2 н HCl (131,5 мл) + 0,2 н KCl (250 мл) довести до 1 л дистиллированной водой)

Индикатор ксиленоловый оранжевый

Индикатор метиленовый голубой

Титр трилона Б - 0,1 н

Аликвоту раствора с содержанием металла больше 50 мг помещают в коническую колбу на 250 мл, добавляют 100 мл воды и 10 мл буферного раствора с рН=1,6; также добавляют ксиленовый оранжевый и метиленовый голубой. Затем титруют 0,05 М раствором трилона Б от фиолетового до изумрудно-зелёного цвета [ Чернихов Ю. А., Трамм Р. С., Певзнер К. С., Последовательное комплексонометрическое определение тория и суммы редких земель// Зав. лаб.- 1960.-Т. XXVI.- № 8.].

Определение тория в уране.

В данной методике используются следующие реактивы:

8 г KNO3 или Al(NO3)3

Индикатор ксиленоловый оранжевый

Титр трилона Б - 0,1 н

ТБФ очищенный

Аликвоту раствора, содержащую не менее 1 мг тория, но не более 1000 мг урана, переводят в азотнокислый раствор до рН=2-3 по потенциометру. К приготовленному таким способом раствору добавляют индикатор ксиленовый оранжевый. Затем добавляют 8 г высаливателя (KNO3 или Al(NO3)3) марки «ХЧ» и очищенного обычным способом ТБФ из расчёта 1 мл на 250 мг урана, перемешивают с помощью магнитной мешалки 5 минут и титруют раствором комплексона III из микробюретки до перехода малиновой окраски в желто-зелёную [41].

3.2 Объекты и методы исследования

Для проведения испытаний процесса получения оксидов урана термохимической денитрацией азотнокислых растворов уранилнитрата, получаемых при экстракционной переработке ОЯТ, создан лабораторный стенд, состоящий из следующих основных узлов (рис. 3): ультразвукового распылителя раствора (1), трубчатой электропечи (4), позволяющей получать температуру в рабочей зоне до 700 0С, сепаратора разделения твердой и парогазовой фазы (7), а также конденсатора паров азотной кислоты (10).

Процесс получения оксидов урана из растворов уранилнитрата состоял из следующих операций:

-ультразвуковое диспергирование раствора уранилнитрата с превращением его в аэрозоль с размером частиц менее 10 мкм;

-транспортирование полученного аэрозоля в трубчатую печь, что осуществлялось с помощью газа-носителя, в качестве которого использовался воздух, поток газа-носителя на стенде создавался прокачкой воздуха с помощью водоструйного или форвакуумного насоса. Контроль скорости газового потока осуществлялся по высоте водяного столба в U-образном манометре.

-термообработка аэрозоля раствора уранилнитрата в трубчатой печи при температуре 500 - 7000С, температура в электропечи измерялась при помощи термопары.



Рисунок 3 - Аппаратурная схема лабораторного стенда денитрации азотнокислого раствора уранилнитрата

1 - ультразвуковой распылитель; 2 - питательная емкость; 3 - U-образный манометр; 4 - трубчатая электропечь; 5 - цифровой прибор определения температуры; 6 - источник питания; 7 - сепаратор конечного продукта; 8 - конденсатор паров азотной кислоты; 9 - приемная емкость азотной кислоты; 10 - щелочная ловушка; 11 - форвакуумный насос.

Получение аэрозоля раствора уранилнитрата осуществлялось с помощью ультразвукового диспергатора, схема которого представлена на рис. 4

Распыляемый раствор уранилнитрата помещался в кювету (2), в дно которой была вмонтирована проницаемая для ультразвука мембрана.

Ультразвуковой излучатель, изготовленный из титаната бария, был помещен в камеру, заполненную дистиллированной водой, которая обеспечивала охлаждение излучателя и передачу УЗ в кювету с распыляемым раствором.

Образовавшийся аэрозоль отделялся от крупных капель раствора с помощью конического стеклянного отсекателя (5) и с потоком газа-носителя подавался в цилиндрическую электропечь (поз. 4 на рис. 3) для термической денитрации.

Рисунок 4 - Общий вид ультразвукового распылителя

1 - ультразвуковой излучатель; 2 - стеклянная кювета для раствора; 3 - полиэтиленовая мембрана; 4 - охлаждающая вода; 5 - стеклянный конический отсекатель; 6 - распыляемый раствор.

В предварительных экспериментах для распыления водных растворов использовался ультразвуковой диспергатор, который имел следующие основные параметры:

Частота ультразвука - 2,6 МГц;

Потребляемая мощность - 25 Вт.

Размер 90 % частиц полученного аэрозоля не более 10 мкм;

Температура распыляемой жидкости 18 - 40 0С.

Проведенные предварительные опыты показали, что такой диспергатор не обеспечивает достаточной производительности по распыляемому раствору, поэтому в дальнейших экспериментах был использован более мощный УЗ распылитель с производительностью до 400 мл/час по воде.

Проверка распылительного устройства на воде подтвердила его достаточно высокую эффективность.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

4.1 Проверка эффективности ультразвукового распыления водных растворов

С целью выбора условий, обеспечивающих достаточно высокую производительность ультразвукового распыления реэкстракта урана, было изучено влияние условий распыления на эффективность этого процесса. Эксперименты проводились на воде и растворах уранилнитрата. Во всех опытах использовался УЗ распылитель, схема которого была представлена выше. Распыляемая жидкость помещалась в стеклянную кювету, дно которой было выполнено из полимерной пленки, проницаемой для ультразвука. Результаты этих экспериментов представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 - Результаты проверки процесса аэрозольного распыления воды

№ опыта	Время работы устр-ва, мин.	Скорость газового потока, л/мин.	Электрическая мощность УЗ- генератора, Вт	Объем воды во внутренней чашке, мл	Распылено воды, % от исх.
				исх.	кон.
1	60	1,8-2,0	10	25	21,5	14
2	60	1,8-2,0	20	20	8,5	57,5
3	60	1,9	20	25	15,5	36,0
4	60	0,9-1,0	20	25	21	16,0
5	60	0,9-1,0	30	25	19	32,0
6	60	1,8-2,0	30	25	15	40,0
7	60	0,9-1,0	40	25	17,5	30,0
8	60	0,9-1,0	20	25	21	16,0
9	60	0,9-1,0	40	25	20,5	18,0

Таблица 3 - Результаты проверки аэрозольного распыления раствора уранилнитрата при электрической мощности УЗ-генератора 20 Вт (Концентрация урана в распыляемых растворах 50-220 г/л)

№ опыта	Время работы уст-ва, мин.	Скорость газового потока, л/мин.	Кол-во распы-ленного р-ра, мл	Концентрация UO2(NO3)2 в распыляемом растворе, г U/л
				исх.	кон.
1	150	0,5-1,0	9,7	154	164
2	330	0,5-1,0	16,5	129	181
3	330	0,5-1,0	7,8	53	67
4	120	1,8- 2,0	15,0	53	61
5	135	1,8-2,0	14,2	219	326
6	300	0,9-1,0	4,0	96	103

Данные по влиянию режима работы УЗ диспергатора на эффективность распыления воды, представленные в табл.2, не позволяют судить однозначно о влиянии мощности ультразвука и скорости газового потока на эффективность диспергирования воды. Из результатов проведенных экспериментов можно сделать следующие выводы:

1. Введение в систему УЗ распыления кюветы для распыляемого раствора, отделяющего его от источника ультразвука с помощью пленки, проницаемой для ультразвука, приводит к резкому снижению эффективности распыления воды. Так, если для прямого распыления воды на данном устройстве при максимальной мощности УЗ количество распыленной воды составляет 400 мл в час, то в этих же условиях при использовании кюветы для распыляемого раствора, скорость распыления воды снижается в 50 - 90 раз, что связано с перераспределением потока УЗ энергии по сечению устройства и его потерей при прохождении через пленочную мембрану в дне кюветы для распыляемого раствора.

2. Увеличение скорости потока газа - носителя приводит, при одинаковой мощности УЗ, к заметному увеличению скорости распыления воды. При этом будет снижаться время нахождения аэрозоля в зоне нагрева трубчатой электропечи.

Сравнение данных, представленных в табл.2 и 3 показывает, что при одинаковой мощности УЗ и одинаковом потоке газа носителя скорость распыления растворов уранилнитрата примерно в 1,5 раза ниже, чем скорость распыления воды.

Распределение урана по компонентам установки в опытах, результаты которых представлены в табл. 3, приведены в табл. 4.

Таблица 4 - Распределение урана по компонентам узла ультразвукового диспергирования раствора уранилнитрата

№ опыта	Количество урана
	в ловушке	в чашке	в распылительной камере
	г.	% к исх.	г.	% к исх.	г.	% к исх.
1	0,64	12,8	4,07	81,4	0,02	0,4
2	0,13	9,3	1,24	88,6	0,006	0,4
3	0,69	66,3	0,28	26,9	<0,001	<0,1
4	2,29	52,3	1,89	43,1	<0,005	<0,1

4.2 Исследование включения актинидов (на примере Th) в оксиды урана при денитрации

Для получения оксидов урана или смеси оксидов урана и тория использовался метод термической денитрации аэрозолей растворов нитратов этих элементов, полученных методом УЗ распыления, описанным в разделе 3.3.1.

Эффективность процесса термической денитрации аэрозолей растворов нитратов урана и тория зависит от размеров капель жидкой фазы этих аэрозолей, от температуры в печи и времени пребывания аэрозоля в зоне нагрева. Размер капель жидкой фазы аэрозолей, подвергавшихся термообработке в прямоточной печи, в проведенных экспериментах был фиксирован, поскольку он определяется частотой УЗ, используемого для получения аэрозоля, которая была постоянна и физико-химическими характеристиками распыляемых растворов (плотностью и поверхностным натяжением), которые в рамках составов использованных в экспериментах растворов менялись незначительно. Основными параметрами, которые могли меняться в ходе экспериментов по термической денитрации, являлись температура в зоне нагрева аэрозоля, и время пребывания в ней аэрозоля.

Для определения распределения температуры в зоне нагрева аэрозоля была проведена серия замеров температуры по длине реакционной зоны печи, которая представляла собой кварцевую трубку диаметром 8 или 19 мм, в статических условиях и при прокачке через нее воздуха и аэрозоля воды. Полученные результаты представлены в таблицах 5 и 6.

Таблица 5 - Распределение температуры по длине реакционной зоны электропечи (внутренний диаметр электропечи 35 мм, длина зоны нагрева -350 мм, внутренний диаметр реакционной зоны (кварцевой трубки) - 8 мм, поток газа-носителя - 1 л/мин, скорость распыления воды - 7-8 мл/час)

Положение точки замера температуры по длине реакционной зоны.	Температура, оС
	без продувки	с продувкой воздухом	с воздушно- аэрозольной продувкой
На расстоянии 4 см до начала зоны нагрева.	100	95	86
На расстоянии 1 см от начала зоны нагрева.	390	345	320
На расстоянии 4 см от начала зоны нагрева.	485	475	480
На расстоянии 8 см от начала зоны нагрева.	575	575	575
На расстоянии 15 см от начала зоны нагрева (середина электропечи)	585	585	585
На расстоянии 29 см от начала зоны нагрева.	460	470	470

Таблица 6 - Распределение температуры по длине реакционной зоны при использовании двухсекционной печки (общая длина зоны нагрева - 53 см)

Положение термопары в контрольной точке нагрева	Температура, в оС (с продувкой зоны нагрева воздухом)
На расстоянии 4 см до начала зоны нагрева 1ой электропечи	250
В начале зоны нагрева 1ой электропечи	400
В середине зоны нагрева 1ой электропечи	530
В середине зоны нагрева 2ой электропечи	530
В конце зоны нагрева 2ой электропечи	375
На расстоянии 4 см после зоны нагрева 2ой электропечи	250

Как видно из данных, представленных в табл. 5, существенного изменения температуры по длине реакционной зоны не наблюдается. Приведенные данные свидетельствуют, что в рабочей зоне нагрева, составляющей около 30 см по длине трубки, температура поддерживалась в пределах 485-585 0С. Аналогичные данные были получены для реакционной зоны кварцевой трубки с внутренним диаметром 19 мм. В дальнейшем длина зоны нагрева была увеличена до 53 см за счет присоединения к основной печке дополнительной секции. Данные по распределению температуры по длине реакционной зоны при использовании такой печки приведены в табл. 6.

С учетом полученных результатов была проведена серия опытов на стенде по термической обработке аэрозолей раствора уранилнитрата и смешанного раствора уранилнитрата и нитрата тория. Условия проведения этих экспериментов представлены в табл. 7. Результаты, полученные в ходе этих экспериментов, приведены в табл. 8.

Таблица 7 - Режим проведения экспериментов по термообработке аэрозолей раствора уранилнитрата и смешанного раствора уранилнитрата и нитрата тория

№ п/п	Продолжи-тельность эксперим., час.	Поток воздуха, л/мин.	Температура в реакторе, оС	Диаметр реактора, мм	Длина зоны нагрева, см.	Состав исходного раствора.
1	3	0,9-1,0	500	8	29	UO2(NO3)2 Cu - 305 г/л
2	3	0,9-1,0	500	19	29	UO2(NO3)2 360 г/л
3	5	0,9-1,0	500	19	29	UO2(NO3)2 Cu - 300 г/л
4	9,5	0,9-1,0	550	19	53	UO2(NO3)2 Cu - 165 г/л
5	10	0,9-1,0	550	19	53	UO2(NO3)2 Cu - 213 г/л Th(NO3)4 CTh - 26,3г/л
6	6	0,9-1,0	550	19	53	UO2(NO3)2 Cu - 133 г/л Th(NO3)4 CTh - 26,3г/л

В табл. 8 представлены данные по распределению урана и суммы урана и тория по аппаратам узла денитрации.

Таблица 8 - Распределение урана и суммы урана и тория по аппаратам узла денитрации

№ п/п	Количество металлов в аэрозоле, г.	Распределение металлов по аппаратам узла денитрации
		Сепаратор	Ловушка	Стенки реактора
		г	% от исх.	г	% от исх.	г	% от исх.
1	0,9	0,043	4,8	0,027	3,0	0,068	7,9
2	0,3	0,017	5,7	0,008	2,7	0,007	2,3
3	0,2	0,001	5,0	0,014	7,0	0,022	11,0
4	1,5	0,22	14,7	0,18	15,0	0,86	57,3
5	3,1 (в том числе 0,4 г тория)	0,17 (в том числе 0,02г Th)	5,5	0,40 (в том числе 0,05г Th)	12,9	2,15 (в том числе 0,25г Th)	69,4
6	0,75(в том числе 0,13 г Th)	< 0,06	< 8	< 0,06	< 8	0,50 (в том числе 0,08г Th)	66,7

Данные представленные в табл. 8 показывают, что продукты термической денитрации растворов уранилнитрата распределяются по аппаратам узла термической денитрации, при этом до 57 % оксидов оказываются на поверхности кварцевого реактора, причем с увеличением продолжительности эксперимента растет и доля оксидов, находящаяся на поверхности кварцевого реактора. В случае денитрации смешанного раствора уранилнитрата и нитрата тория распределение продуктов денитрации по аппаратам узла денитрации носит аналогичный характер.

В опыте 4 было проведена оценка распределения оксидов урана, осаждающихся на внутренней поверхности кварцевого реактора по зонам его нагрева при термической денитрации аэрозоля раствора. Полученные данные представлены в табл. 9.

Таблица 9 - Распределение оксидов урана по зонам нагрева кварцевого реактора (опыт 4 в табл. 8.)

Зона нагрева кварцевого реактора	Распределение оксидов урана по зонам нагрева реактора, % от общего количества оксида
	UO3	U3O8
Первая зона (до входа в печь)	41,2	-
Вторая зона (зона нагрева 1-ой печи)	47,9	< 0,1
Третья зона (между 1ой и 2ой печками)	0,74	< 0,2
Четвертая зона (зона нагрева 2ой печи)	9,5	98,7
Пятая зона (после выхода из 2ой печки)	1,4	< 0,1

Следует отметить, что 60 % распыленного уранилнитрата осела на стенке кварцевого реактора перед зоной нагрева 1-ой печи, где температура составляет 250 0С. В этой же зоне обнаружено и значительное количество триоксида урана. Небольшие количества уранилнитрата обнаружены по всей длине кварцевого реактора. Причиной осаждения уранилнитрата из аэрозоля на входе реактора может быть потеря стабильности аэрозоля раствора уранилнитрата при удалении из капель аэрозоля воды, для чего вполне достаточна температура 250 0С, существующая в этой части кварцевого реактора (кстати, косвенным подтверждением этого предположения может служить снижение эффективности распыления раствора при высокой концентрации уранилнитрата, обнаруженное в экспериментах на стенде). Осаждения уранилнитрата на входе в зону нагрева вероятно можно избежать, значительно уменьшив диаметр трубки, подводящей поток аэрозоля к кварцевому реактору на входе в зону нагрева 1-ой печи, что повысит линейную скорость аэрозоля и, возможно, предотвратит осаждение уранилнитрата. Кроме того, может оказаться полезным охлаждение трубки, проводящей аэрозоль в реактор.

Основным (по величине выхода) оксидом урана, образующимся при термообработке аэрозоля уранилнитрата, является трехокись урана (37,5 %). Основная часть трехокиси находится в первых двух зонах нагрева (перед входом в 1-ую печь и в зоне ее нагрева)

Закись-окись урана (15,8 %), образующаяся при денитрации аэрозоля раствора уранилнитрата практически полностью локализуется в зоне нагрева второй печи.

4.3 Проведение прессования оксидов урана, полученных денитрацией на прямоточном аппарате-печи с определением параметров таблеток

В ходе экспериментов по таблетированию полученных порошков оксидов урана было проведено прямое холодное прессование исходного порошка оксида урана без добавки связующего, с целью уменьшения объема хранимых отходов.

Для получения информации о потенциальной возможности компактирования оксида урана посредством прямого холодного прессования было проведено таблетирование порошка оксидов урана при давлении от 1 до 5 МПа без использования пластифицирующих добавок. Проведенные эксперименты показали (Рис.5), что порошок оксида урана может быть легко отпрессован в таблетки различного диаметра (до 10 мм в наших экспериментах), но механическая прочность таблеток невысока.

Рисунок 5 - Внешний вид таблеток оксидов урана, полученных посредством холодного прессования

Результаты проведенных экспериментов подтвердили возможность таблетирования оксидов урана, полученных прямой денитрацией аэрозоля уранилнитрата в прямой электропечи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных экспериментов показали принципиальную возможность проведения термохимической денитрации растворов уранилнитрата в прямоточном аппарате-печи при подаче раствора в печь в виде аэрозоля, полученного методом ультразвукового распыления раствора уранилнитрата.

Использование ультразвука для диспергирования растворов уранилнитрата и других актинидов позволяет получать аэрозоли растворов этих элементов с размерами капель, находящимися в весьма узких пределах. При этом размер капель аэрозоля, а после термообработки и размер полученных твердых частиц прямо зависит от частоты ультразвука и физико-химических свойств распыляемого раствора (плотность, вязкость, поверхностное натяжение). Изменение этих параметров позволит получать частицы требуемого размера.

Прямая термическая денитрация аэрозолей азотнокислых растворов урана или смешенных растворов нитрата уранила с нитратами других актинидов (что было показано на примере смешанного раствора уранилнитрата и нитрата тория) позволяет получить микродисперсный порошок оксидов этих элементов. Полученные оксиды могут быть использованы для длительного хранения.

Существенным преимуществом процессов получения твердых соединений элементов термообработкой аэрозолей их растворов является то, что, поскольку превращение капель аэрозоля в твердые частицы происходит в газовом потоке, то при соответствующем выборе условий процесса, можно исключить накопление получаемых продуктов на стенках реакционной камеры.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Давыдов В. И., Гамрекели М. Н., Добрыгин П. Г. Термические процессы и аппараты для получения окислов редких и радиоактивных металлов. - М.: Атомиздат, 1977, - 207 с.

2 Аппарат псевдоожижженого слоя для термической переработки замасленной окалины трубных производств/ Г. Д. Янкин, В. А. Чемезов, В. А. Кудусов и др.// Труды свердловского научно-исследовательского института химического машиностроения.- 1997.- Т. 68,вып. 4.- С. 103-105.

3 Чемезов В. А., Каримов Р. С., Шевелин Б. П. Конструкторские проработки оборудования для ядерного топливного цикла. Обзор// Труды свердловского научно-исследовательского института химического машиностроения.- 2005.- Т. 76, вып. 12.- С. 321-342.

4 Судариков Б. Н., Раков Э. Г. Процессы и аппараты урановых производств. - М.: Машиностроение, 1969. - 38 с.

5 Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС/ В. И. Землянухин, Е. И. Ильенко, А. Н. Кондратьев и др. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 232 с.

6 Копырин А. А., Карелин А. И., Карелин В. А. Технология производства и радиохимической переработки ядерного топлива: Учеб. Пособие для вузов. - М.: ЗАО «Издательство Атомэнергоиздат», 2006. 576 с.: ил.

7 Жиганов А. Н., Гузеев В. В., Андреев Г. Г. Технология диоксида урана для керамического ядерного топлива. - Томск: Изд-во STT, 2002.

8 Копельман Б. Материалы для ядерных реакторов. М.: Гос. изд. лит. в обл. ат. науки и техники. 1962. С.117.

9 Haas P.A. A Comparison of Processes for the Conversion of Uranyl Nitrate into Ceramic-Grade UO2 / Nuclear Technology, 1988, v. 81, No. 3, p. 393-406.

10 Haas P.A., Stines W.B. Method for Improved Decomposition of Metal Nitrate Solution / US Patent 4,409,157 (Oct. 11, 1983).

11 Notz K.J., Haas P.A. Properties and Thermal Decomposition of the Double Salts of Uranyl Nitrate - Ammonium Nitrate / ORNL/TM-7820, Sep. 1981.

12 Haas P.A. et al. Development of Thermal Denitration to Prepare Uranium Oxide and Mixed Oxide for Nuclear Fuel Fabrication / ORNL-5735, Sep. 1981.

13 Davis N.C., Griffin C.W. Pellet Fabrication Development Using Thermally Denitrated UO2Powder / PNL-4305, Apr. 1982.

14 Bachelard R., Lakodey P. Procлdл d'obtention de UO3 de grand surface spлcifique a partir de nitrate d'uranyle hydratл / Patent 2 526 006 (France). 4.11.1983.

15 Bachelard R., Joubert J. Procлdл de prлparation d'oxydes mлtallique pulverulent a partir de solution aqueses ou de mлlanges solides de nitrates mлtalliques. / Patent 2 555 566 (France). 31.05.1985.

16 Bachelard R., Germanaz P. Procлdл d'obtention d'oxide mixte frittлs solublles dans l'acide nitrique а partir de solutions de nitrates. / Patent 2 596 384 (France). 2.10.1987.

17 Koizumi M. et al. Development of a Process for the Co-Conversion of Pu-U Nitrate Mixed Solutions to Mixed-Oxide Powder Using a Microwave Heating Method / Nucl. Technol., 1983, v. 61, p. 55.

18 Sato H., Morisue T. Microwave Heating Denitration Apparatus / Report Rockwell International Corp., Golden, CO(USA), Rocky Flats Plant, Jan. 1983. Цит. по INIS Atomindex 14-754294.

19 Bao-Weimin, Chang-Baoxiang, Guo-Zehong The Research for Applying Microwave Denitration on the Conversion of High-Enriched Uranium / Atomic Energy Science and Technology, 1995, v. 29, May, p. 268-274/ Цит. по INIS Atomindex 27-004350.

20 Takahashi Y. Continuous Denitration Apparatus / Patent US 5589140 31.12.1996.

21 Breisch R.C. et al. Technical Data Summary for a COPRECAL Conversion in a Light Water Reactor Fuel Reprocessing - Refabrication Plant Complex / NEDC-21746, July 1979.

22 Partridge J.A., Lerch R E., Bosuego G. P. Dissolution of Coprecal Mixte-Oxide Fuel./ Trans/ Am/. Nucl. Soc.1981. V. 38. N. 6. P.205-206.

23 D. N. Bykhovski. Basic Technological Solutions for Plutonium Management at the RT-2 Plant. Nato ASI. Series 1: Disarmament Technologies - Vol. 2. P. 25.

24 Сурис А. Л. Плазмохимические процессы и аппараты. - М.: «Химия», 1984. - 19 с.

25 Полуэктов Н.С. Методы анализа по фотометрии пламени. М.: изд. «Химия», 1967.

26 Gaikwas S. G., Reddy C., Pandit A. B. Ultrasonic Atomization: A Novel Technique for Surface coatings/ Surface Coatings International Part B; Coating Transactions, International. - 2005. - V. 88, B 3.- P. 189-196.

27 Esche. Erzeugung von hochwertigen aerosolle mittels ultraschall - Communiations du congres international sur les traitements per les ultrasons.// Marsielle. - 1955, p. 179-183.

28 Розенберг Л.Д., Экнадиосянц О.К.// Акустический журнал - 1960, т. 6, вып. 3, с. 370-375.

29 Crawford A.E.. Aoust J.// Soc. America - 1955, 27, № 1, p. 176.

30 Теркен У.Б., Иванцов Л.М., Костин Б.И. Заводская лаборатория - 1962, т. 28, № 12, с. 1451-1454.

31 Diekenson G.W., Fassel V.A.// Anal. Chem. - 1969 - V. 41, № 8. - P. 1021-1024.

32 Olson K.W., Haas W.J., Fassel V.A.//Anal. Chem. - 1977 - V. 49, № 4. - P. 632-637.

33 Nano-sized ceria particles prepared by spray pyrolysis using polymeric precursor solution/ H. S. Kang, Y. C. Kang, H. Y. Koo et al.// Materials Science and Engineering B. - 2006. - V. 127. - P. 99-104.

34 Synthesis and characterization of isolated iron oxide nanoparcticle dispersed in MgO matrix/ Y.-H. Choa, J.-K. Yang, W.-J. Yang, K.-H. Auh// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2003. - V. 266. - P. 20-27.

35 Yu H.-F., Lin H.-Y. Preparation and thermal behavior of aerosol-derived BaFe12O19 nanoparticles// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2004. - V. 283. - P. 190-198.

36 Flame spray synthesis of tin dioxide nanoparticles for gas sensing/ T. Sahm, N. Barsan, S. E. Platsinis et al.// Sensors and Actuators B. - 2004. - V. 98. - P. 148-153.

37 Nickel and nickel oxide nanoparticles prepared from nickel nitrate hexahydrate by a low pressure spray pyrolysis/ W.-N. Wang, Y. Itoh, I. W. Lenggoro, K. Okuyama// Materials Science and Engineering B. - 2004. - V. 111. - P. 69-76.

38 One-step synthesis of titanium oxide nanoparticles by spray pyrolysis of organic precursors/ W.-N. Wang, I. W. Lenggoro, Y. Terashi et al.// Materials Science and Engineering B. - 2005. - V. 123. - P. 194-202.

39 Уран. Методы его определения/ В. К. Марков, А. В. Виноградов, С. В. Елинсан и др. - М.: Атомиздат, 1960. - 263 с.

40 Марченко З. Фотометрическое определение элементов. - М.: Изд. «Мир», 1971. - 511 с.

41 Рябинин А. И., Афанасьев Ю. А., Комплексонометрическое определение тория в уране в присутствии ТБФ// Журнал аналитической химии.- 1966.-Т. XXI.- вып. 3.

42 Чернихов Ю. А., Трамм Р. С., Певзнер К. С., Последовательное комплексонометрическое определение тория и суммы редких земель// Зав. лаб.- 1960.-Т. XXVI.- № 8.

43 ГОСТ 12.0.001-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - В кн. : и др. - М.: Издательство стандартов, 1981.- 10 - 13с.

44 ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 44с.

45 Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) и Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99): Гигиенические нормативы. - М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы. Министерство Здравоохранения РФ, 1999. 116 с.

46 Вредные вещества в промышленности/ Под ред. Лазарева Н.В.В 3-х т. - М.: Химия, 1977.- 677с.

47 Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения// Справ., изд. В 2-х книгах// Под ред. Баратова А.Н., Котильченко А.Я. - М.: Химия, 1997.

48 НПБ 105-03. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. - М.: Гл. Упр. Гос. противопожарной службы. МВД РФ, 1996. - 322с.

49 ГОСТ 12.1.004 - 76 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. - М.: Издательство стандартов, 1992. - 78с.

50 ГОСТ 12.4.021-75 ССБТ. Системы вентиляции. Общие требования. М.: Издательство стандартов, 1975. - 5 - 8с.

51 СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования.- М.-Стройиздат, 1995. - 48с.

52 Л.П. Захаров. Техника безопасности в химической лаборатории: справ. -Л.:Химия,1991.-336с.

53 Правила устройства электроустановок (ПУЭ). - СПб.: Издательство ДЕАН, 2001. 928с.

Приложение А

Технико-экономическая оценка результатов исследования

Важным показателем проводимых исследований является договорная цена на научно? исследовательскую работу (НИР) Цн:

(А. 1)

где Зн ? затраты на выполнение исследования, предусмотренного планом дипломной работы, руб.;

Р ? уровень рентабельности исследования, %;

К ? коэффициент, учитывающий поощрительную надбавку за качество разработки.

Для определения договорной цены рассчитаны текущие затраты на выполнение НИР.

А.1 Затраты на сырье, материалы и реактивы

Затраты на сырье, материалы и реактивы (Зм), израсходованные на проведение исследования, определены расчетом по формуле (А.2), результаты которого сведены в таблице А.1.

(А. 2)

где Рi ? расход i-го вида материальных ресурсов, нат. ед.;

Цi ?планово-заготовительная цена i-го вида материальных ресурсов, руб.

Таблица А.1 - Расчет затрат на сырье, материалы, реактивы

ГОСТ, техническая характеристика реактивов и веществ	Единица измерения	Израсходовано материала	Цена по прейску-ранту, руб.	Сумма, руб.
Азотная кислота	ХЧ, ГОСТ 4461-77	кг	1,30	44,0	57,2
Гидроксид аммония	ЧДА, ГОСТ 3760-79	дм3	1,30	30,0	39,0
ТБФ	ХЧ, ТУ 6-09-08-1219-7	дм3	0,4	580,00	232
Соляная кислота	ХЧ, 3118-77	кг	0,4	35,0	14,0
Хлорид калия	ОСЧ, ТУ 6-09-3678-74	кг	0,3	93,0	27,9
Нитрат алюминия	ЧДА, ГОСТ 3757-65	кг	0,1	64,0	6,4
Карбонат аммония	ЧДА, ГОСТ 3770-75	кг	0,1	90,0	9,0
Трилон Б	ТУ 2642-001-007500602-97	упак. 10 амп.	0,1	260,0	26,0
Нитрат уранила	ЧДА	кг	0,15	40000,00	6000,0
Нитрат тория	ЧДА	кг	0,1	8500,00	850,0
Изопар	ECNO 292-44-6	дм3	1,3	660,00	858,0
Бумага фильтровальная	-	упак.	2	75,00	150
Итого	8269,5

А.2 Энергетические затраты

В состав энергетических затрат включены затраты на электроэнергию (За), горячую, холодную и дистиллированную воду.

Затраты на электроэнергию определены следующим образом:

ЗЭ = М · КИ · Т · Ц(А. 3)

где М ? паспортная мощность электроприборов, использованных при проведении исследования, кВт;

Ки ? коэффициент использования мощности электрооборудования;

Т ? время эксплуатации электрооборудования за весь период выполнения исследования, ч;

Ц ? цена 1 кВтЧч электроэнергии, руб. (Ц = 1,5 руб./кВт·ч)

Результаты расчета представлены в таблице А.2. Затраты на электроэнергию составили:

За = 1515,0 · 1,5 = 2272,4 руб.

Таблица А.2 - Расчет затрат на электроэнергию

Прибор	Паспортная мощность, кВт	Коэффициент использования мощности	Время работы, ч	Расход энергии, кВт ч
Дистиллятор	3,0	0,9	100	270
ФЭК	0,2	0,9	80	14,4
Вытяжной шкаф	1,5	0,7	400	420
ПЭВМ	0,5	0,9	100	45
Электроплитка	1,0	0,9	400	360
Муфельная печь	1,6	0,9	50	72
Сушильный шкаф	2,0	0,8	200	320
Мешалка	0,02	0,8	3	0,048
Весы аналитические	0,008	0,9	10	0,0072
ЛУ Денитрации	0,1	0,9	150	13,5
Итого	1515,0

А.3 Затраты на воду

Затраты на воду (Зв) определены, исходя из ее ориентировочного расхода и цены для условий института (26 руб/м3 с учетом канализации). Источником горячей и дистиллированной воды в лаборатории является дистиллятор, поэтому расход холодной воды представляет собой сумму расходов на лабораторные нужды, на охлаждение дистиллятора и на получение дистиллированной воды.