از عهده هر كشوري بر نمي آيد زيرا اين عمل بسيار پرهزينه و گران است و نياز به تخصص فوق العاده زيادي دارد.
مراحل غني سازي، به اختصار به اين صورت است كه ابتدا سنگ معدن اورانيوم استخراج شده را آسياب كرده و به صورت پودر در مي‌آورند.( معدن اورانيوم صخره اي است كه در هر تن دارای حدود نیم تا دو کیلوگرم اكسيد اورانيوم مي باشد كه معادل 05/0 تا 2/0درصد اكسيد اورانيوم است. از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی به دست می آید که فقط یک کیلوگرم اورانیوم 235 ‏خالص در آن وجود دارد). ‏ سپس به اين پودر، اسيد سولفوريك اضافه مي‌كنند و پس ازطي فرآيند شيميايي خاصي و تخلیص سازی، اكسيد اورانيوم را با اسيد سولفوريك تركيب کرده و به سولفات اورانيل تبديل می کنند ودر آخر با افزودن حلال‌هاي مخصوصي به سولفات اورانيل، ماده‌اي جامدي به نام اكسيد اورانيوم‌U3O8 (كيك زرد) به وجود مي ايد كه شامل 70 درصد اورانيوم بوده و داراي ویژگی پرتوزایي مي باشد. كيك زرد اورانیوم غلیظ شده است. نام این عنصر بدلیل رنگ و شکل آن در هنگام تولید می‌باشد اگرچه تولید امروزه كيك زرد بیشتر به رنگ سبز مایل به سیاه می گراید تا زرد. براي غني سازي اورانيوم، بايد ابتدا كيك زرد را با اتم فلئور (F-9)، ترکیب کرده و به صورت گاز هگزا فلورايد اورانيوم (UF6) در بیاوریم. هگزا فلوريد اورانيوم UF6 جامد است كه در دماي بالاي 56 درجه سانتيگراد بخار مي شود. از این مرحله به بعد برای غنی سازی اورانیوم می توان از روشهای زیر استفاده نمود.
روش انتشار (پخش) حرارتی
روش انتشار (پخش) گازها
روش الکترومغناطیسی
روش مرکزگریز گازی
روش مرکزگریز گازی زیپه
روش‌های لیزری
روش شیمیایی
روش پلاسمایی
از بین تمامی این روشها هم‌اکنون تنها دو روش “سانتریفوژ گازی” و “پخش گازی” است که در مقیاس تجاری اهمیت داشته و کاربردهای عملی وسیع پیدا کرده‌اند.
غنی سازی با دستگاه سانتریفیوژ9
سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می‌شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش در می آورد. در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌گردد. کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است. سانتریفیوژهایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده‌اند که به آنها هایپر سانتریفیوژ10 گفته می‌شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی بنام پخش و توزیع گازی11 استفاده می‌کردند.
گردش سریع روتور، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی تولید می‌کند و طی آن مولکولهای سنگین تر (آنهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ هستند) از مرکز محور گردش دورتر می‌گردند و مولکولهای سبکتر (اورانیوم ۲۳۵) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می‌گیرند. در غنی سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و سری کنارهم قرار داده شده‌اند، استفاده می‌شود. باید هزاران سانتریفیوژ در کنار هم قرار بگیرند تا ما بتوانیم اورانیوم را غنی کنیم یعنی با یک یا چند سانتریفیوژ نمی‌توان اورانیوم را غنی کرد.
غنی سازی اورانیوم از طریق میدان مغناطیسی بسیار قوی
در این روش هگزا فلوئورید اورانیوم را حرارت می دهند تا تبخیر شود و اتم های اورانیوم و فلوئورید از هم جدا شوند. سپس، اتم های اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می کنند، میدان مغناطیسی بر هسته های باردار اورانیوم نیرو وارد کرده و از مسیر مستقیم خود منحرف می کند. اما هسته های سنگین اورانیوم (اورانیوم238) نسبت به هسته های سبک تر(اورانیوم 235) انحراف کمتری دارند، و درنتیجه از این طریق می توان اورانیوم 235 را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.
تله شیمیایی
در واحد غنی سازی اورانیوم بوسیله سانتریفیوژ، گاز UF6 پس از عبور از سانتریفیوژ و انجام فرایند غنی سازی، وارد تله سرد شده و در دمای پایین جامد و جمع آوری می گردد. بعد از رسیدن فشار داخل تله سرد به مقدار مشخصی، شیر خروجی تله سرد را باز می کنند و گازهای جمع شده داخل تله به همراه میزان کمی گاز UF6 که مقدار آن برابر فشار بخار UF6 در دمای تله سرد می باشد از تله سرد خارج می شوند. گاز UF6 و HF بسیار سمی و خورنده می باشند و صدمات جبران ناپذیری را به پمپ ها و محیط زیست وارد می کند. جهت جلوگیری از آلودگی محیط زیست و همچنین صدمه دیدن پمپ ها باید این مقادیر کم گاز های UF6 و HF موجود در گاز خروجی از تله سرد حذف شوند. بنابراین جریان گاز قبل از ورود به پمپ وارد تله های شیمیایی می شود تا در آنجا در اثر جذب سطحی، گازهای مورد نظر حذف گردند.
تله هاي شیمیایی معمولا در صنایع غنی سازي استفاده می شوند تا مقادیر کم باقیماندهی هگزا فلورید اورانیوم و فلورید هیدروژن را از جریان هاي گازي، خارج کند. سودمندي تله هاي شیمیایی به طور وسیعی بستگی به ماده جاذب ویژه اي دارد که استفاده می شود. متاسفانه انتخاب جاذب مناسب به راحتی امکان پذیر نیست و بایستی توسط مقایسه چند عامل عملکرد، انتخاب کرد. افت فشار، ظرفیت جاذب، سرعت واکنش، احیا جاذب و تاثیر اجزا جاذب از قبیل مهمترین پارامترهایی هستند که ممکن است تاثیر یکی یا دو تا از آن ها در مقایسه کلی اهمیت بیشتري داشته باشند. براي مثال، کاهش فشار ممکن است مهمترین عامل در انتخاب سیستم هایی باشد که در شرایط عملیاتی فشار کم کار می کنند و یا بازیافت ماده جذب شده در سیستم هایی که در آن مقدار زیادي اورانیوم مجبور است در تله ها به دام بیافتد.
بررسی انواع جاذب مورد استفاده در سیستم غنی سازی اورانیوم
در صنعت غنی سازی جهت جذب مقدار کم هگزا فلورید اورانیوم و فلورید هیدروژن خروجی از تله سرد از جاذب هایی مانند کربن فعال، سدیم فلوراید (NaF) و آلومینا(Al2O3) استفاده می شود. در این قسمت به اختصار مزایا و معایب این جاذب ها مورد بررسی قرار میگیرد.
در مجموعه غنی سازی NEF12 كربناكتيو و آلومينا در تلههاي شيميائي بين تلههاي سرد و پمپهاي خلا استفاده ميشود، در حالي كه در تلههاي شيميائي دامپ اضطراري از قرصهاي NaF استفاده ميگردد. علی رغم مزیت های بارز کربن اکتیو و آلومینا نسبت به سدیم فلوراید، به دلیل ویژگی های خاص این ماده و نیز وظایف خط دامپ به عنوان یک مسیر اضطراری در زنجیره های غنی سازی، در این خطوط تنها می توان از سدیم فلوراید به عنوان جاذب استفاده کرد. دلیل اصلی انتخاب سدیم فلوراید اینست که گرمای جذب UF6 بدلیل جذب فیزیکی در حد گرمای چگالش می باشد و می توان حجم زیادی از اورانیوم را در معرض آن قرار داد و چون در دامپ مجموعه غنی سازی احتمال وجود ناگهانی حجم زیادی از UF6 وجود دارد از جاذب NaF استفاده می گردد. جاذب فلورید سدیم در صنعت به صورت قرص های سفید وجود دارد و می توان با افزایش دما تا 650 0F جاذب را احیا کرده و UF6 را از سطح آن جدا کرد. NaF تا 50 مرتبه قابلیت احیاء و استفاده دوباره را دارد. دمای مناسب جذب UF6 روی فلورید سدیم حدود 200 0F می باشد زیرا در دماهای کمتر تشکیل بای فلورید مانع از جذب مناسب اورانیوم می شود.
از معایب جاذب NaF اینست که پس از جذب UF6، پودر می شود و همراه جریان خروجی از تله شیمیایی خارج شده و علاوه بر خارج کردن اورانیوم، ذرات NaF که سمی نیز می باشند از مجموعه خارج شده و باعث آلودگی محیط زیست می شوند.
جاذب آلومینا (Al2O3) نیز به دلیل جذب خوب HF در تله های شیمیایی کاربرد دارد. جذب UF6 روی آلومینا به صورت شیمیایی بوده و احیاء جاذب مشکل تر از فلورید سدیم می باشد. در جذب ترکیب HF و UF6روی آلومینا ابتدا HF با آلومینا واکنش داده و تولید آب و AlF3 می کند. AlF3 تولید شده خرد میشود و باعث تخریب جاذب می گردد. آب تولیدی با UF6 واکنش داده و تولید UO2F2 جامد می کند که روی آلومینا می نشیند و از تخریب آن جلوگیری می کند. وجود مقدار زیادی آب باعث انجام سریع واکنش شده و حفره ها به سرعت توسط UO2F2 مسدود میشوند و بازدهی جاذب به شدت کاهش می یابد. مقدار مناسب آب حدود 4-3 درصد می باشد. از معایب جاذب آلومینا در تله های شیمیایی جذب ضعیف UF6 نسبت به جاذب های کربن فعال و فلورید سدیم می باشد.
کربن فعال و فلورید سدیم جاذب های مناسبی برای جذب UF6 بوده و در ادامه به توضیحات بیشتری در مورد این دو جاذب پرداخته می شود.
کربن فعال13
کربن فعال یک نوع جاذب قوی با جذب سطحی فوق العاده می باشد و در هیچ حلال شناخته شده ای حل نمی شود و برجسته ترین ویژگی های آن حذف انتخابی آلایندههاست و در برخی موارد برای بازیافت مواد نیز بکار می رود. میزان جذب زغال فعال به اندازه ساختار منافذ کربن و توزیع اندازه منافذ و همچنین اندازه و شکل مولکولهای آلاینده بستگی دارد. کربن های فعال شده محصولات پیچیده ای می باشند و طبقه بندی بر اساس رفتار، مشخصات سطح و روش آماده سازی آن مشکل می باشد. هرچند یک سری طبقه بندی براساس مشخصات فیزیکی به صورت زیر انجام شده است:
کربن فعال پودری (دارای اندازه کمتراز 100 نانومتر و میانگین قطری بین 15 تا25 میکرومتر می باشد)
کربن فعال گرانولی (دارای اندازه ای بزرگتر از کربن فعال پودری می باشد)
کربن فعال کروی
کربن فعال تزریق شده
کربن روکش شده با پلیمرها
استاندارد جذب برای کربن فعال مورد استفاده اینست که بتواند تا حدود 20% وزنی گاز سیانوژن کلراید را جذب نماید. اگر کربن فعال تازه باشد و در معرض رطوبت قرار نگرفته باشد خواهد توانست تا 40% وزنی سیانوژن کلراید را جذب نماید. تعداد زیادی از گازهای سمی را میتوان با گذراندن از کربن فعال از هوا جدا کرد. این خاصیت برای مواد شیمیایی با وزن مولکولی بالا موثر می باشد. مواد سبک مانند مونوکسید کربن را نمی توان به راحتی به کمک کربن فعال جدا نمود اما میتوان با تزریق یک سری مواد شیمیایی مانند نمک های نقره، مس و کروم به کربن فعال قابلیت جذب اینگونه مواد را در کربن فعال ایجاد نمود و قدرت بازدارندگی کربن فعال را بالا برد.
مراحل تولید
کربن فعال از پیرولیز مواد کربنی از قبیل چوب، زغال سنگ و هسته میوه ها یا پلیمر های مصنوعی از قبیل ریون و فنولیک حاصل می گردد و در مراحل بعدی تحت عملیات فعال سازی قرار می گیرد. پیرولیز مواد کربنی، بدون حضور هوا، باعث تخریب مولکول های غیر آلی می شود که یک ماده قیری شکل حاوی مواد گاز دار خواهد بود و در نهایت یک جسم جامد کربنی از آن ایجاد خواهد شد. جسم تولید شده دارای تعداد زیادی حفره های بزرگ و دارای سطح ویژه ای در حد چندین متر مربع بر گرم می باشد.
مواد خام
از نظر اقتصادی، ترجیحا موادی با کربن بالا و مواد آلی کم برای تولید کربن فعال شده انتخاب می شوند. ماده تشکیل شده جامد حاصل از عملیات پیرولیز باید چگالی بالا و همچنین گازهای فرار کافی داشته باشند. آزاد سازی گاز های فرار در مرحله پیرولیز باعث ایجاد منافذ در کربن می شود و چگالی بالا باعث می شود کربن از استحکام و ساختار محکمی برخوردار گردد.
مواد خام مورد استفاده به ترتب اهمیت آنها از نظر ظرفیت تولید کربن متخلخل، مشخصات نهایی و مقدار مصرف عبارتند از: چوب، زغال سنگ، سیگمنت (نوعی زغال سنگ)، پوست نارگیل و….
کربونیزاسیون
در حین کربونیزاسیون اجزاء غیر کربنی از قبیل هیدروژن و اکسیژن به صورت گاز از مواد اولیه خارج می شوند و کربن های آزاد نیز به صورت گروهی، بلورهای گرافیت تشکیل می دهند. به دلیل وجود منافذ در بین بلورها، آرایش یافتگی بلورها از دو طرف به صورت نامنظم می باشد. این فرایند معمولا

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

background