Регистрация / Вход
Прислать материал

14.625.21.0001

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.625.21.0001
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского"
Название доклада
Разработка новых технологических решений, основанных на гидродинамической мембранной сепарации примесей, в том числе и соединений урана, из ураносодержащих растворов для процессов добычи руды и производства топлива для атомных электростанций
Докладчик
Мельников Валерий Петрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Обоснование новых конкурентоспособных технологий, основанных на гидродинамической мембранной сепарации примесей, применительно к скважинной добыче ураносодержащих руд и производстве топлива для атомных электростанций. позволяющих решить следующие задачи:
–повышение экономической эффективности и производительности при добыче урана скважинным методом и производстве топлива за счет внедрения новых методов гидродинамической мембранной сепарации примесей из ураносодержащих растворов на жидкую и твердую составляющие, при которых обеспечивается непрерывность процесса добычи урана и безопасность при производстве топлива;
–обеспечение длительного ресурса работы технологического и мембранно-сепарационного оборудования без его замены;
–развитие производственно-технологического, кадрового, инфраструктурного и институционального потенциала Российской Федерации в области добычи полезных ископаемых (урана) и производства топлива для АЭС;
–повышение эффективности использования природных ресурсов Российской Федерации;
–обеспечение топливом атомных электростанции России и ядерных энергетических установок с целью устойчивого развития атомной энергетики страны.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время доля мировой электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, непрерывно растет, причем темп этого роста существенно зависит от темпа роста добычи урана и производства топлива. Данная проблема особенно актуальна для России, не располагающей значительными запасами ураносодержащих руд. В этой связи большое внимание уделяется повышению энергоэффективности и безопасности промышленного производства соединений урана при его подземном выщелачивании ураносодержащих растворов с целью получения полиуранатов аммония или натрия и последующего производства уранового топлива.
Также особенно актуальным становится вопрос снижения себестоимости добычи урана и производства топлива для АЭС. Это, прежде всего, связано со снижением цен на уран (по данным МАГАТЭ, WorldNuclearAssociation (WNAMarketReport) и ряда других организаций). Выполнение проекта может позволить сократить себестоимость добычи урана примерно на 10-20%.
Разработка новых эффективных методов решения наиболее важных задач обеспечения непрерывности процесса добычи урана и его производства за счет работы фильтрационных систем, использование которых позволит значительно повысить экономический потенциал нашей страны и эффективность использования полезных ископаемых является актуальной задачей.

Описание исследования

В процессах добычи урана методом подземного выщелачивания одними из основных лимитирующих факторов влияющих на непрерывность и скорость добычи являются следующие стадии: отстаивание (очистка) после подъема продуктовых растворов из скважины и очистка промывных растворов после процессов десорбции и регенерации ионообменной смолы. 

На первой стадии уменьшение концентрации механических примесей (размером более 150 мкм.) в продуктивных растворах происходит в отстойниках, что отрицательно влияет на производительность предприятия по добыче урана в целом и экологическую обстановку.

На второй стадии происходит удаление из промывных растворов частиц ионообменной смолы на рукавных фильтрах, требующих практически ежедневного обслуживания (промывки и замены).

В дальнейшем урансодержащие растворы со скважин направляются на перерабатывающие заводы, на которых осуществляется выделение урана и изготавливаются топливные таблетки для АЭС. При этом существует проблема накопления и хранения жидких радиоактивных отходов, связанная, прежде всего, с неполным выделением из маточных растворов аммонийуранилтрикарбоната (АУТК). 

В рамках выполнения проекта разработаны устройства мембранной сепарации примесей из вышеописанных растворов, позволяющие выполнять очистку растворов и удаления осадков в непрерывном режиме на всех 3-х стадиях. Конструкция фильтров и фильтрующих элементов обуславливается размером и плотностью очищаемых механических примесей.

Для первой стадии применен тангенциальный фильтр с тарельчатым фильтрующим элементом​.

Работа данного фильтра основана на разделении неочищенной жидкости на два потока. Основной поток проходит через фильтрующий элемент, очищается от взвесей и отводится через выходной патрубок; меньшая часть основного потока вместе со сносимыми с фильтрующего элемента твердыми частицами поступает в сборник концентрата (карман) и частично возвращается на периферийный участок фильтроэлемента. Для очистки карманов от накапливаемого концентрата (осадка) предусматривается установка специальных патрубков, которые обеспечивают периодический или непрерывный сброс концентрата (осадка). Таким образом на большей части поверхности фильтрующего элемента реализуются два вектора скорости: тангенциальный, за счет которого частицы сносятся на периферию, и вертикальный, за счет которого и осуществляется фильтрация. В качестве фильтрующего элемента предусматривается использование нержавеющей сетки с размером проходных отверстий 120 мкм.

Для второй стадии применен тангенциальный фильтр с конусообразным фильтрующим элементом.

Для придания тангенциального направления потоку фильтрующий элемент выполнен в форме конуса. В качестве фильтрующего элемента предусматривается использование нержавеющей сетки с размером проходных отверстий 60 мкм. Очищаемая жидкость через входной патрубок поступает в кольцевой зазор, образуемый полым вытеснителем и фильтровальной перегородкой. Фильтрат собирается внутри корпуса фильтра и отводится через выходной патрубок, а взвесь как и в предыдущем варианте скапливается в накопительной емкости и может удаляться через специальные патрубки. Преимущество этого фильтра состоит в том, что в верхней части вытеснителя – на участке до фильтровальной перегородки предусмотрены специальные отверстия для подсоса неочищенной жидкости в кольцевой зазор и тем самым усиления в нем тангенциальной составляющей скорости.

Для очистки маточных растворов от частиц аммонийуранилтрикарбоната (АУТК) разработан сепарационный струйно-пленочный фильтр с наноструктурной мембраной.

В качестве фильтрующей перегородки используется ультафильтрационная фильтрующая мембрана. Материалы наноструктурной мембраны подобраны таким образом, чтобы она обладала низкой адгезией к частицам АУТК. 

Результаты исследования

В рамках проекта были изготовлены экспериментальные образцы:

1. Система гидродинамической мембранной сепарации примесей из скважинных растворов. Назначение системы – очистка скважинных растворов, в которых присутствуют крупные частицы взвесей d > 150 мкм;

2. Система гидродинамической мембранной сепарации примесей из промывных растворов. Назначение системы – очистка промывных растворов, в которых присутствуют крупные частицы взвесей d > 60 мкм;

3. Система  гидродинамической мембранной сепарации аммонийуранилтрикарбоната из маточных растворов (d > 0.3 мкм). Назначение системы – очистка маточных растворов от частиц АУТК размером более 0,3 мкм;

Проведены экспериментальные исследования изготовленных экспериментальных образцов трех систем гидродинамической мембранной сепарации примесей из растворов.

Характеристики экспериментального образца системы гидродинамической мембранной сепарации примесей из скважинных растворов следующие: эффективность удаления примесей размером 150 мкм - не менее 99,0 %; производительность - не менее 100 л/ч; объем накопителя - не менее 10 л; непрерывность процесса получения конечных продуктов - не менее 1000 часов.

Характеристики экспериментального образца системы гидродинамической мембранной сепарации примесей из промывных растворов следующие: эффективность удаления примесей размером 60 мкм - не менее 95,0 %; производительность - не менее 50 л/ч; объем накопителя - не менее 10 л; непрерывность процесса получения конечных продуктов - не менее 100 часов.

Характеристики экспериментального образца системы гидродинамической мембранной сепарации аммонийуранилтрикарбоната из маточных растворов следующие: эффективность удаления примесей размером 0,3 мкм - не менее 99,0 %; производительность - не менее 100 л/ч; объем накопителя - не менее 5 л; непрерывность процесса получения конечных продуктов - не менее 50 часов.

 

 

 

Практическая значимость исследования
Полученные результаты работы способствуют развитию производственно-технологического, кадрового, инфраструктурного и институционального потенциала Российской Федерации в области замкнутого ядерно-топливного цикла с реакторами на быстрых нейтронах и добычи полезных ископаемых (урана), направленного на повышение эффективности использования природных ресурсов, снижение затрат при добыче урана, повышение технико-экономических характеристик процесса добычи урана и развитию атомной энергетики Российской Федерации.
Разработанные технологические решения обеспечат:
- снижение трудозатрат на обслуживание систем очистки скважинных и промывных растворов;
- снижение затрат на утилизацию радиоактивных маточных растворов;
- увеличение тонкости очистки скважинных растворов до 150 мкм;
- увеличение тонкости очистки промывных растворов до 60 мкм;
- увеличение тонкости очистки маточных растворов до 0,3 мкм.
Оценка показателей эффективности выполнена для отпускных цен на системы очистки жидких сред от примесей с учетом индекса цен производителей промышленной продукции, цена в 2015 г. составляет 350 тыс. руб. с НДС, себестоимость составляет 200 тыс. руб.
Исходными данными определения эффективности проекта служили данные плана денежных поступлений. При использованных исходных данных (в т. ч. ставка дисконтирования 16,9%) проект будет окупаться за ~7,36 года от начала финансирования, т.е. в пределах срока полезного использования основного технологического оборудования 10 лет.
Коммерциализацию результатов проведенных ПНИ будет обеспечивать индустриальный партнер ООО «Интек».
Потенциальными потребителями разработанных методов и технологий являются:
- Госкорпорация «Росатом»;
- уранодобывающие компании РФ и зарубежных стран;
- предприятия смежных отраслей промышленности, в которых существует потребность разделения (очистки) взвесенесущих потоков в широком диапазоне дисперсного состава и концентраций разделяемых частиц с обеспечением непрерывности основного технологического процесса.
Постер

Poster_template_EE.PPT