天然鈾礦中能夠產生裂變反應的U235僅占0.7%,不能做為核燃料使用,必須經過各種加工過程將其濃縮到2%~4%U235的產品供反應堆使用,經反應堆運行后,乏燃料中的未燃耗的U235和新生產的Pu239需經再處理工藝循環將其回收。鈾礦開采一水冶一(yi)濃縮一反應堆一化學再處理等構成了核燃料工業的完整系統,在整個核燃料循環過程中,大量使用不銹鋼耐蝕合金材料,如果沒有相適應的不銹鋼材料就不可能有現代化的核燃料工業。


1. 鈾的水冶(ye)


 鈾礦經過堿或酸洗→溶劑浸出→溶劑萃取→脫硝工序,最終形成U3O8.在上述工藝過程中的不銹鋼材料使用情況見表2-9。由于用堿浸出,腐蝕性較弱,使用普通鋼即可,但液一氣介面處使用316不(bu)銹鋼制作擋板,可防止硫化物飛濺而產生點蝕。在使用硝酸浸出時,使用抗晶間腐蝕的18-8型奧氏體不銹鋼。當用硫酸浸出時,需使用含鉬或鉬銅復合的Cr-Ni奧氏體不銹鋼,在存在磨蝕的條件應使用沉淀強化的奧氏體不銹鋼。





2. 鈾的精制


  將水冶廠生產的U3O8轉換成UF4,再將UF4轉換成UF6,在實際生產中存在濕法和干法兩種工藝。


  干法生產UF4的主要工藝流程如下:


例 1.jpg


  在整個工藝過程中,設備材料將遭到硝酸、硝酸蒸汽、UO2(NO3)2的腐蝕,所使用的材料視工序環節有所不同,見表2-10。


10.jpg


3. 鈾的濃縮


  氣體(ti)(ti)擴散法分(fen)離(li)U235,壓縮機的隔離(li)套使(shi)用0Cr35Ni65Al。離(li)心分(fen)離(li)高(gao)速(su)施轉筒(tong)使(shi)用馬氏(shi)體(ti)(ti)時效(xiao)鋼(gang)。


4. 核燃料再處(chu)理


  將反應堆用過的乏(fa)燃料(liao)或將生產堆照輻的核(he)燃料(liao)經(jing)化(hua)學處理(li)分(fen)離(li)U和Pu,并將危(wei)險的核(he)分(fen)裂生成物(wu)分(fen)離(li)的化(hua)學加(jia)工過程(cheng)稱核(he)燃料(liao)再處理(li),亦稱后處理(li)。


  核(he)燃(ran)料(liao)再處理(li),當(dang)前(qian)成熟的(de)(de)工(gong)(gong)藝是水法,其(qi)回(hui)收(shou)過程(cheng)由(you)燃(ran)料(liao)元件脫殼、燃(ran)料(liao)溶(rong)解和(he)燃(ran)料(liao)的(de)(de)分(fen)(fen)離和(he)回(hui)收(shou)三部分(fen)(fen)組成。最后一部分(fen)(fen)的(de)(de)材(cai)料(liao)問題(ti)可參(can)見鈾的(de)(de)精制部分(fen)(fen)。在(zai)前(qian)兩部分(fen)(fen),其(qi)工(gong)(gong)藝介(jie)質(zhi)具有強烈的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)性(xing),因(yin)此核(he)燃(ran)料(liao)后處理(li)工(gong)(gong)廠的(de)(de)裝(zhuang)置(zhi)和(he)管線、泵(beng)、閥(fa)門幾(ji)乎(hu)是由(you)不(bu)銹(xiu)鋼和(he)耐蝕(shi)合金堆砌(qi)而成。因(yin)工(gong)(gong)藝介(jie)質(zhi)條(tiao)件不(bu)同所選用的(de)(de)材(cai)料(liao)也存(cun)在(zai)差異(yi),見表2-11。


 a. 燃(ran)料芯的(de)溶解 


  通常采(cai)用(yong)(yong)與脫殼相同(tong)或相似的溶液進行(xing)溶解(jie)。在溶解(jie)金屬鈾、氧化(hua)鈾和鈾一鋁(lv)燃料時,廣(guang)泛使用(yong)(yong)硝酸,溶解(jie)器(qi)材料一般使用(yong)(yong)0Cr23Ni13Nb、00Cr19Ni10和Car-penter20 合金。


 b. 高放廢液(ye)處理裝(zhuang)置


  高放廢液是核燃料再處理循環中各種廢氣、高放射性廢液的混合介質,其腐蝕性非常強烈,常常含有HNO3、硫酸根、鐵離子的成分,處理這種廢液應嚴防設備泄漏,以免污染環境,裝置的材料為00Cr18Ni9和00Cr25Ni20Nb,后者耐蝕性最佳,正在運行的后處理廠均以它為反應器(蒸發濃縮)的結構材料。