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    核燃料工业

    天然铀矿中能够产生裂变反应的U235仅占0.7%,不能做为核燃料使用,必须经过各种加工过程将其浓缩到2%-4%U235的产品供反应堆使用,经反应堆运行后,乏燃料中的未燃耗的U235和新生产的Pu239需经再处理工艺循环将其回收。铀矿开采-水冶-浓缩-反应堆-化学处理等构成了核燃料工业的完整系统,在整个核燃料循环过程中,大量使用不锈钢和耐蚀合金材料,如果没有相适应的不锈钢材料就不可能有现代化的核燃料工业。

    (1)铀的水冶。

    铀矿经过碱或酸洗-溶剂浸出-溶剂萃取-脱硝工序,最终形成U3O8。在上述工艺过程中得不锈钢材料使用情况如下表。由于用碱浸出,腐蚀性较弱,使用普通钢即可,但液-气界面处使用0Cr17Ni14Mo2制作挡板,可防止硫化物飞溅而产生点蚀。在使用硝酸浸出时,使用抗晶间腐蚀的18-8型奥氏体不锈钢。当用硫酸浸出时,需使用含钼或钼铜复合的Cr-Ni奥氏体不锈钢,在存在腐蚀的条件应使用沉淀强化的奥氏体不锈钢。

    铀水冶厂的不锈钢使用状况

    2)铀的精炼。

    将水冶厂生产的U3O8转换成UF4,再将UF4转换成UF6,在实际生产中存在湿法和干法两种工艺。

    干法生产UF4的工艺过程中,设备材料将遭到硝酸、硝酸蒸汽、UO2(NO3)2的腐蚀,所使用的材料视工序环节有所不同,见下表:

    铀精制工艺装备使用的材料

    (3)铀的浓缩。

    气体扩散法分离U235,压缩机的隔离套使用0Cr35Ni65Al。离心分离高速旋转筒使用马氏体时效钢。

    (4)核燃料再处理。

    将反应堆用过的乏燃料或将生产堆照辐的核燃料经化学处理分离U和Pu,并将危险的的核分裂生产物分离的化学加工过程称核燃料再处理,亦称后处理。

    核燃料再处理,当前成熟的工艺是水法,其回收过程由燃料元件脱壳、燃料溶解和燃料的分离和回收三部分组成。最后一部分的材料问题可参见铀的精制部分。在前两部分,其工艺介质具有强烈的腐蚀性,因此核燃料后处理工厂的装置和管线、泵、阀门几乎是由不锈钢和耐蚀合金堆砌而成。因工艺介质条件不同所选用的材料也存在差异,见下表:

    核燃料再处理脱壳工艺中得耐蚀材料

    燃料芯的溶解 通常采用与脱壳相同或相似的溶液进行溶解。在溶解金属铀、氧化铀和铀-铝燃料时,广泛使用硝酸,溶解器材料一般使用0Cr23Ni13Nb,00Cr19Ni10和Carpenter20合金。

    高放废液处理装置 高放废液是核燃料再处理循环中各种废气、高放射性废液的混合介质,其腐蚀性非常强烈,常常含有HNO3、硫酸根、铁离子的成分,处理这种废液应严防设备泄露,以免污染环境,装置的材料为00Cr18Ni9和00Cr25Ni20Nb,后者耐蚀性最佳,正在运行的后处理厂均以它为反应器(蒸发浓缩)的结构材料。

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