注册核安全工程师考前培训课件综合第五章4567节.pptx
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三、六氟化铀的生产
制备UF6 • UF6是唯一的一种既稳定（气、液、固三态的变化）
又具高度挥发性的铀化合物，被用于铀同位素富 集工厂的供料。 • 生产 UF6用核纯级的UF4在高温下与F2发生作用。 氟化要使用过量的氟气，而且过量的氟气须再循 环。 • U气F处6生理产四：部由分氟组化成、。UF6冷凝收集、氟气回收和尾
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三、六氟化铀的生产（续）
• 液化过程：将含UF6的混合气体压缩至151.7 kPa 以上且导入冷凝器（水冷却），UF6即被液化。
此传热效率比冷凝成固态UF6时要大得多，缺点 是压缩的压力高，且一次回收率低，须加一级 冷冻冷凝。
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三、六氟化铀的生产 （续）
• UF6装运容器： 由于受临界质量的限制，富集度超过3%用内径5 英寸的钢瓶；天然铀和贫化铀用内径为30英寸和 48英寸的钢瓶。 钢瓶中的UF6在常温下则为固态。需要使用UF6时， 将其加热到三相点温度（64.1℃）以上，UF6变 成气态用作供料。
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二、四氟化铀的生产（续）
2．UO2氢氟化工艺过程及其主体设备 • 干法生产工艺组成：由UO2原料与无水HF的供给系
统、UF4反应器系统、尾气中HF回收及处理、产品 处理及包装几部分。 • 设备主要有：卧式搅拌床、流化床和移动床三类。 流化床反应器气-固相接触好，能强化反应，反应 速率快，传热与传质效率高，温度均匀，设备生产 强度大而且简单。目前工业上常采用两极串联流化 床。
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三、六氟化铀的生产（续）
⑴ 制备UF6反应器（由UF4氟化） • 火焰炉反应器：UF4细粉末分散在350-537℃的氟
气中发生燃烧，反应在火焰中进行。设备紧凑， 生产强度大，但对UF4粉末的纯度、粒度及其分 散装置要求严，炉体腐蚀重，残渣量多，氟气 过剩量大。 • 流化床反应器：反应器内的固体颗粒能迅速混 合，全床层处于等温状态，易控制温度，传热 与传质优良。床料烧结少。对原料的适应性强， 易操作调节，但设备尺寸大，生产强度低，且 氟气剩于量大和灰渣率多。
腐蚀材料制备）。
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二、四氟化铀的生产
UF品求4—位比制）后备和 者金生 高属产 。铀U和F６U（F6级的联原品料位。）制。备前金者属的铀质（量金要属 1． UF4制备有湿法与干法 方法比较 湿滤序法、多：干，溶燥废解和液U煅多O烧，2，，成加得本入无高氢水。氟U酸F4。，有生纯成化的作沉用淀，经但过工 干得本法U低F：，4。高但铀温对回下原收用料率气要高态求、无严废水，液氟流量化程很氢适少（应、H性F工）差艺与，简U无O化水2反、H应成F 过剩量较大，对杂质的纯化差。
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三、六氟化铀的生产 （续）
⑷ 尾气处理 从第二级冷凝器排出的不凝气体中，残留有UF6、 F2和少量HF等有害气体，排放前处理，以回收铀 并防止铀和氟对环境的污染。 • 固体化学阱法—用活性Al2O3、CaSO4、NaF、活性 碳和碱石灰等捕集。 • UF4吸收法—用UF4来吸收F2。 • 碱液洗涤法—用碱液（KOH或K2CO3溶液）洗涤第 二级冷凝器排出的尾气。
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三、六氟化铀的生产（续）
• 立式氟化炉：兼容火焰炉和流化床的优点，有良 好的气-固相接触，一定程度逆流，氟气过剩量小； 灰渣率极低；生产强度小于火焰炉，但比流化床 高；设备简单，工作温度低，对原料中的Na、K含 量要求不严。我国是采用立式氟化炉制备UF6
• 卧式搅拌炉：完全的气-固相逆流接触，氟气耗量 接近化学计算量。但设备传热性不好，只适合在 较低温度下氟化，产率低，容易发生中间氟化物 烧结，操作困难。
综合知识 第五章 核燃料循环设施
内容
• 第一节 铀矿地质勘探 • 第二节 铀矿开采 • 第三节 铀的提取和精制 • 第四节 铀化合物的转化 • 第五节 铀浓缩 • 第六节 燃料组（元）件制造 • 第七节 乏燃料及其后处理
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内容
• 核燃料循环：核燃料所经历的包括燃料提取和加 工、核能利用和乏燃料后处理等一系列步骤。
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三、六氟化铀的生产（续）
⑵ UF６产品的收集
氟化后混合气中UF６含量30%-90%，其余为F2、HF、 N2、O2等不凝性气体。 收集UF６有凝华和液化两种过程： • 凝华过程：由气态经冷却直接转变为固态的过程。 冷凝器内设有档板或翅片。按冷却剂（如乙二醇 水溶液）带走热量的方式，分内冷式和外冷式。 常用两级串联间歇操作。冷凝器出口处设高效滤 网。
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一、铀转化的主要过程及其工艺特点（续）
干法气-固相反应，工艺特点： • 固体的反应性（活性）很重要。 • 固体颗粒的形貌及结构与原料有关。 • 体系处于瞬变状态。 • 有较高（≥95％）的转化率。 • 在较高的温度下进行，伴随发热。 • 在含HF、F2等强腐蚀性的气体中进行（设备用耐
乏燃料后处理 废物处理和处置
钚 回收铀
第四节 铀化合物的转化
一、铀转化的主要过程及其工艺特点
• 铀化合物(形态、价态)的转化（简称“铀转化”） 过程是核原料生产工艺的一部分，是联系各个环 节的纽带。（铀矿水冶精制、元件加工UO2粉末制 备、乏燃料后处理尾端都有铀转化过程）
• 本节仅讲述由天然铀精制的铀氧化物制成UF4，再 转成UF6，及其还原的过程。
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三、六氟化铀的生产（续）
⑶ 氟气回收
•
由氟化反应器排出的气体中含20%-40Hale Waihona Puke Baidu 体净化并循环利用系统。
F2，须设气
一反中部应间分系氟补统 化加（ 物F氟 和2再U气循F净6 环。化到所系氟得统化固）反体与应返过器回量中氟的；化U其F反4反余应应导器，往作生二为成次供 料，气体则经过滤后送入二级冷凝器进一步收集UF6 ， 尾气送吸收系统处理。
• 核燃料循环前段： 铀矿勘探、开采与冶炼、铀转化、铀同位素富集
（ 铀浓缩）、燃料元件制造。 • 核燃料循环后段： 乏燃料后处理、回收铀再富集、铀/钚再制成燃料。
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贫化铀
输电网
发电机
铀矿勘探 铀矿勘探、开采
水冶 精制（纯化）
铀转化 天然六氟化铀
铀浓缩 浓缩六氟化铀 燃料元件制造
新燃料组件 反应堆 乏燃料
三、六氟化铀的生产
制备UF6 • UF6是唯一的一种既稳定（气、液、固三态的变化）
又具高度挥发性的铀化合物，被用于铀同位素富 集工厂的供料。 • 生产 UF6用核纯级的UF4在高温下与F2发生作用。 氟化要使用过量的氟气，而且过量的氟气须再循 环。 • U气F处6生理产四：部由分氟组化成、。UF6冷凝收集、氟气回收和尾
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三、六氟化铀的生产（续）
• 液化过程：将含UF6的混合气体压缩至151.7 kPa 以上且导入冷凝器（水冷却），UF6即被液化。
此传热效率比冷凝成固态UF6时要大得多，缺点 是压缩的压力高，且一次回收率低，须加一级 冷冻冷凝。
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三、六氟化铀的生产 （续）
• UF6装运容器： 由于受临界质量的限制，富集度超过3%用内径5 英寸的钢瓶；天然铀和贫化铀用内径为30英寸和 48英寸的钢瓶。 钢瓶中的UF6在常温下则为固态。需要使用UF6时， 将其加热到三相点温度（64.1℃）以上，UF6变 成气态用作供料。
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二、四氟化铀的生产（续）
2．UO2氢氟化工艺过程及其主体设备 • 干法生产工艺组成：由UO2原料与无水HF的供给系
统、UF4反应器系统、尾气中HF回收及处理、产品 处理及包装几部分。 • 设备主要有：卧式搅拌床、流化床和移动床三类。 流化床反应器气-固相接触好，能强化反应，反应 速率快，传热与传质效率高，温度均匀，设备生产 强度大而且简单。目前工业上常采用两极串联流化 床。
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三、六氟化铀的生产（续）
⑴ 制备UF6反应器（由UF4氟化） • 火焰炉反应器：UF4细粉末分散在350-537℃的氟
气中发生燃烧，反应在火焰中进行。设备紧凑， 生产强度大，但对UF4粉末的纯度、粒度及其分 散装置要求严，炉体腐蚀重，残渣量多，氟气 过剩量大。 • 流化床反应器：反应器内的固体颗粒能迅速混 合，全床层处于等温状态，易控制温度，传热 与传质优良。床料烧结少。对原料的适应性强， 易操作调节，但设备尺寸大，生产强度低，且 氟气剩于量大和灰渣率多。
腐蚀材料制备）。
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二、四氟化铀的生产
UF品求4—位比制）后备和 者金生 高属产 。铀U和F６U（F6级的联原品料位。）制。备前金者属的铀质（量金要属 1． UF4制备有湿法与干法 方法比较 湿滤序法、多：干，溶燥废解和液U煅多O烧，2，，成加得本入无高氢水。氟U酸F4。，有生纯成化的作沉用淀，经但过工 干得本法U低F：，4。高但铀温对回下原收用料率气要高态求、无严废水，液氟流量化程很氢适少（应、H性F工）差艺与，简U无O化水2反、H应成F 过剩量较大，对杂质的纯化差。
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三、六氟化铀的生产 （续）
⑷ 尾气处理 从第二级冷凝器排出的不凝气体中，残留有UF6、 F2和少量HF等有害气体，排放前处理，以回收铀 并防止铀和氟对环境的污染。 • 固体化学阱法—用活性Al2O3、CaSO4、NaF、活性 碳和碱石灰等捕集。 • UF4吸收法—用UF4来吸收F2。 • 碱液洗涤法—用碱液（KOH或K2CO3溶液）洗涤第 二级冷凝器排出的尾气。
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三、六氟化铀的生产（续）
• 立式氟化炉：兼容火焰炉和流化床的优点，有良 好的气-固相接触，一定程度逆流，氟气过剩量小； 灰渣率极低；生产强度小于火焰炉，但比流化床 高；设备简单，工作温度低，对原料中的Na、K含 量要求不严。我国是采用立式氟化炉制备UF6
• 卧式搅拌炉：完全的气-固相逆流接触，氟气耗量 接近化学计算量。但设备传热性不好，只适合在 较低温度下氟化，产率低，容易发生中间氟化物 烧结，操作困难。
综合知识 第五章 核燃料循环设施
内容
• 第一节 铀矿地质勘探 • 第二节 铀矿开采 • 第三节 铀的提取和精制 • 第四节 铀化合物的转化 • 第五节 铀浓缩 • 第六节 燃料组（元）件制造 • 第七节 乏燃料及其后处理
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内容
• 核燃料循环：核燃料所经历的包括燃料提取和加 工、核能利用和乏燃料后处理等一系列步骤。
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三、六氟化铀的生产（续）
⑵ UF６产品的收集
氟化后混合气中UF６含量30%-90%，其余为F2、HF、 N2、O2等不凝性气体。 收集UF６有凝华和液化两种过程： • 凝华过程：由气态经冷却直接转变为固态的过程。 冷凝器内设有档板或翅片。按冷却剂（如乙二醇 水溶液）带走热量的方式，分内冷式和外冷式。 常用两级串联间歇操作。冷凝器出口处设高效滤 网。
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一、铀转化的主要过程及其工艺特点（续）
干法气-固相反应，工艺特点： • 固体的反应性（活性）很重要。 • 固体颗粒的形貌及结构与原料有关。 • 体系处于瞬变状态。 • 有较高（≥95％）的转化率。 • 在较高的温度下进行，伴随发热。 • 在含HF、F2等强腐蚀性的气体中进行（设备用耐
乏燃料后处理 废物处理和处置
钚 回收铀
第四节 铀化合物的转化
一、铀转化的主要过程及其工艺特点
• 铀化合物(形态、价态)的转化（简称“铀转化”） 过程是核原料生产工艺的一部分，是联系各个环 节的纽带。（铀矿水冶精制、元件加工UO2粉末制 备、乏燃料后处理尾端都有铀转化过程）
• 本节仅讲述由天然铀精制的铀氧化物制成UF4，再 转成UF6，及其还原的过程。
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三、六氟化铀的生产（续）
⑶ 氟气回收
•
由氟化反应器排出的气体中含20%-40Hale Waihona Puke Baidu 体净化并循环利用系统。
F2，须设气
一反中部应间分系氟补统 化加（ 物F氟 和2再U气循F净6 环。化到所系氟得统化固）反体与应返过器回量中氟的；化U其F反4反余应应导器，往作生二为成次供 料，气体则经过滤后送入二级冷凝器进一步收集UF6 ， 尾气送吸收系统处理。
• 核燃料循环前段： 铀矿勘探、开采与冶炼、铀转化、铀同位素富集
（ 铀浓缩）、燃料元件制造。 • 核燃料循环后段： 乏燃料后处理、回收铀再富集、铀/钚再制成燃料。
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贫化铀
输电网
发电机
铀矿勘探 铀矿勘探、开采
水冶 精制（纯化）
铀转化 天然六氟化铀
铀浓缩 浓缩六氟化铀 燃料元件制造
新燃料组件 反应堆 乏燃料