Chủ nhật, 01/11/2026
Logo Cơ quan thường trực 81 (SOVNPA 81) Cơ quan đầu mối quốc gia Việt Nam
về phòng, chống phổ biến vũ khí hủy diệt hàng loạt
Cơ quan thường trực 81

5.6.Hệ thống, thiết bị và linh kiện được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sử dụng trong nhà máy làm giàu bằng trao đổi hóa học hoặc trao đổi ion

Danh mục
NSG – Danh mục kích hoạt (Phần 1) – INFCIRC/254/Rev.15/Part 1 (21/4/2026)
CHÚ THÍCH MỞ ĐẦU
Sự khác biệt nhỏ về khối lượng giữa các đồng vị của urani gây ra những thay đổi nhỏ trong các cân bằng phản ứng hóa học, có thể được sử dụng làm cơ sở để tách đồng vị. Hai quy trình đã được phát triển thành công: trao đổi hóa học lỏng-lỏng và trao đổi ion rắn-lỏng.
Trong quy trình trao đổi hóa học lỏng-lỏng, các pha lỏng không hòa tan lẫn nhau (pha nước và pha hữu cơ) được cho tiếp xúc ngược dòng để tạo ra hiệu ứng dãy gồm hàng nghìn bậc tách. Pha nước gồm urani clorua trong dung dịch axit clohydric; pha hữu cơ gồm một chất chiết chứa urani clorua trong dung môi hữu cơ. Các thiết bị tiếp xúc được sử dụng trong dãy tách có thể là cột trao đổi lỏng-lỏng (như cột xung có đĩa sàng) hoặc thiết bị tiếp xúc ly tâm chất lỏng. Cần có các chuyển đổi hóa học (oxy hóa và khử) ở cả hai đầu của dãy tách nhằm đáp ứng yêu cầu hồi lưu ở mỗi đầu. Một vấn đề thiết kế chủ yếu là tránh để các dòng công nghệ bị nhiễm một số ion kim loại. Do đó, cột và đường ống bằng chất dẻo, được lót chất dẻo (kể cả việc sử dụng polyme fluorocacbon) và/hoặc được lót thủy tinh được sử dụng.
Trong quy trình trao đổi ion rắn-lỏng, việc làm giàu được thực hiện bằng cách hấp phụ/giải hấp phụ urani trên một loại nhựa trao đổi ion hoặc chất hấp phụ đặc biệt, có tác động rất nhanh. Dung dịch urani trong axit clohydric và các tác nhân hóa học khác được cho đi qua các cột làm giàu hình trụ chứa các lớp đệm chất hấp phụ. Để quy trình diễn ra liên tục, cần có một hệ thống hồi lưu để giải phóng urani từ chất hấp phụ trở lại dòng chất lỏng nhằm thu được ‘sản phẩm’ và ‘đuôi thải’. Việc này được thực hiện bằng cách sử dụng các tác nhân hóa học khử/oxy hóa phù hợp, được tái sinh hoàn toàn trong các vòng ngoài riêng biệt và có thể được tái sinh một phần ngay trong các cột tách đồng vị. Sự có mặt của các dung dịch axit clohydric đậm đặc nóng trong quy trình đòi hỏi thiết bị phải được làm bằng hoặc được bảo vệ bằng các vật liệu chống ăn mòn đặc biệt.
5.6.1. Cột trao đổi lỏng-lỏng (Trao đổi hóa học)
Cột trao đổi lỏng-lỏng ngược dòng có đầu vào công suất cơ khí, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc làm giàu urani sử dụng quy trình trao đổi hóa học. Để chống ăn mòn bởi các dung dịch axit clohydric đậm đặc, các cột này và cấu kiện bên trong của chúng thông thường được làm bằng hoặc được bảo vệ bằng vật liệu chất dẻo phù hợp (như polyme hydrocacbon đã flo hóa) hoặc thủy tinh. Thời gian lưu mỗi bậc của cột thông thường được thiết kế từ 30 s trở xuống.
5.6.2. Thiết bị tiếp xúc ly tâm lỏng-lỏng (Trao đổi hóa học)
Thiết bị tiếp xúc ly tâm lỏng-lỏng được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc làm giàu urani sử dụng quy trình trao đổi hóa học. Các thiết bị tiếp xúc này sử dụng sự quay để phân tán dòng hữu cơ và dòng nước, sau đó sử dụng lực ly tâm để tách các pha. Để chống ăn mòn bởi các dung dịch axit clohydric đậm đặc, các thiết bị tiếp xúc này thông thường được làm bằng hoặc được bảo vệ bằng vật liệu chất dẻo phù hợp (như polyme hydrocacbon đã flo hóa) hoặc thủy tinh. Thời gian lưu mỗi bậc của thiết bị tiếp xúc ly tâm thông thường được thiết kế từ 30 s trở xuống.
5.6.3. Hệ thống và thiết bị khử urani (Trao đổi hóa học)
(a) Bình điện hóa khử được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để khử urani từ hóa trị này sang hóa trị khác phục vụ làm giàu urani sử dụng quy trình trao đổi hóa học. Vật liệu của bình tiếp xúc với dung dịch công nghệ phải chống được ăn mòn bởi các dung dịch axit clohydric đậm đặc.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Khoang catot của bình phải được thiết kế để ngăn urani bị oxy hóa trở lại hóa trị cao hơn. Để giữ urani trong khoang catot, bình có thể có một màng ngăn không thấm được chế tạo bằng vật liệu trao đổi cation đặc biệt. Catot gồm một chất dẫn điện rắn phù hợp như graphit.
(b) Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, đặt ở đầu sản phẩm của dãy, để lấy U⁺⁴ ra khỏi dòng hữu cơ, điều chỉnh nồng độ axit và nạp vào các bình điện hóa khử.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các hệ thống này gồm thiết bị chiết dung môi để tách U⁺⁴ từ dòng hữu cơ vào dung dịch nước, thiết bị bay hơi và/hoặc thiết bị khác để thực hiện việc điều chỉnh và kiểm soát pH của dung dịch, cùng với bơm hoặc thiết bị chuyển khác để nạp vào các bình điện hóa khử. Một vấn đề thiết kế chủ yếu là tránh để dòng nước bị nhiễm một số ion kim loại. Do đó, đối với các bộ phận tiếp xúc với dòng công nghệ, hệ thống được chế tạo từ thiết bị được làm bằng hoặc được bảo vệ bằng vật liệu phù hợp (như thủy tinh, polyme fluorocacbon, polyphenyl sulfat, polyete sulfon và graphit tẩm nhựa).
5.6.4. Hệ thống chuẩn bị liệu nạp (Trao đổi hóa học)
Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sản xuất dung dịch urani clorua nạp liệu có độ tinh khiết cao cho nhà máy tách đồng vị urani bằng trao đổi hóa học.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các hệ thống này gồm thiết bị hòa tan, chiết dung môi và/hoặc trao đổi ion để tinh chế và các bình điện phân để khử urani U⁺⁶ hoặc U⁺⁴ thành U⁺³. Các hệ thống này sản xuất dung dịch urani clorua chỉ chứa vài phần triệu tạp chất kim loại như crom, sắt, vanadi, molypden và các cation hóa trị hai hoặc hóa trị cao hơn khác. Vật liệu chế tạo cho các phần của hệ thống xử lý U⁺³ có độ tinh khiết cao gồm thủy tinh, polyme hydrocacbon đã flo hóa, lót chất dẻo polyphenyl sulfat hoặc polyete sulfon và graphit tẩm nhựa.
5.6.5. Hệ thống oxy hóa urani (Trao đổi hóa học)
Hệ thống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để oxy hóa U⁺³ thành U⁺⁴ nhằm đưa trở lại dãy tách đồng vị urani trong quy trình làm giàu bằng trao đổi hóa học.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các hệ thống này có thể bao gồm các thiết bị như:
(a) Thiết bị cho clo và oxy tiếp xúc với dòng thải nước từ thiết bị tách đồng vị và chiết U⁺⁴ tạo thành vào dòng hữu cơ đã được tách chiết quay trở về từ đầu sản phẩm của dãy;
(b) Thiết bị tách nước khỏi axit clohydric để nước và axit clohydric đậm đặc có thể được đưa trở lại quy trình tại các vị trí thích hợp.
5.6.6. Nhựa trao đổi ion/chất hấp phụ phản ứng nhanh (Trao đổi ion)
Nhựa trao đổi ion hoặc chất hấp phụ phản ứng nhanh được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc làm giàu urani sử dụng quy trình trao đổi ion, bao gồm nhựa macroreticular xốp, và/hoặc các kết cấu dạng màng mỏng trong đó các nhóm trao đổi hóa học hoạt động chỉ nằm ở lớp phủ trên bề mặt của một kết cấu đỡ xốp không hoạt động, và các kết cấu composit khác ở bất kỳ dạng phù hợp nào, kể cả dạng hạt hoặc dạng sợi. Các nhựa trao đổi ion/chất hấp phụ này có đường kính từ 0.2 mm trở xuống và phải bền hóa học đối với các dung dịch axit clohydric đậm đặc cũng như đủ bền về mặt cơ học để không bị phân rã trong các cột trao đổi. Nhựa/chất hấp phụ được thiết kế đặc biệt để đạt động học trao đổi đồng vị urani rất nhanh (thời gian bán trao đổi nhỏ hơn 10 s) và có khả năng hoạt động ở nhiệt độ trong khoảng từ 373 K (100°C) đến 473 K (200°C).
5.6.7. Cột trao đổi ion (Trao đổi ion)
Cột hình trụ có đường kính lớn hơn 1000 mm để chứa và đỡ các lớp đệm nhựa trao đổi ion/chất hấp phụ, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho việc làm giàu urani sử dụng quy trình trao đổi ion. Các cột này được làm bằng hoặc được bảo vệ bằng vật liệu (như titan hoặc chất dẻo fluorocacbon) chịu được sự ăn mòn của các dung dịch axit clohydric đậm đặc và có khả năng hoạt động ở nhiệt độ trong khoảng từ 373 K (100°C) đến 473 K (200°C) và áp suất trên 0.7 MPa.
5.6.8. Hệ thống hồi lưu trao đổi ion (Trao đổi ion)
(a) Hệ thống khử hóa học hoặc điện hóa được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để tái sinh tác nhân khử hóa học được sử dụng trong các dãy làm giàu urani bằng trao đổi ion.
(b) Hệ thống oxy hóa hóa học hoặc điện hóa được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để tái sinh tác nhân (các tác nhân) oxy hóa hóa học được sử dụng trong các dãy làm giàu urani bằng trao đổi ion.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Quy trình làm giàu bằng trao đổi ion có thể sử dụng, ví dụ, titan hóa trị ba (Ti⁺³) làm cation khử, trong trường hợp đó hệ thống khử sẽ tái sinh Ti⁺³ bằng cách khử Ti⁺⁴.
Quy trình này có thể sử dụng, ví dụ, sắt hóa trị ba (Fe⁺³) làm chất oxy hóa, trong trường hợp đó hệ thống oxy hóa sẽ tái sinh Fe⁺³ bằng cách oxy hóa Fe⁺².
Nguyên văn tiếng Anh
INTRODUCTORY NOTE
The slight difference in mass between the isotopes of uranium causes small changes in chemical reaction equilibria that can be used as a basis for separation of the isotopes. Two processes have been successfully developed: liquid-liquid chemical exchange and solid-liquid ion exchange.
In the liquid-liquid chemical exchange process, immiscible liquid phases (aqueous and organic) are countercurrently contacted to give the cascading effect of thousands of separation stages. The aqueous phase consists of uranium chloride in hydrochloric acid solution; the organic phase consists of an extractant containing uranium chloride in an organic solvent. The contactors employed in the separation cascade can be liquid-liquid exchange columns (such as pulsed columns with sieve plates) or liquid centrifugal contactors. Chemical conversions (oxidation and reduction) are required at both ends of the separation cascade in order to provide for the reflux requirements at each end. A major design concern is to avoid contamination of the process streams with certain metal ions. Plastic, plastic-lined (including use of fluorocarbon polymers) and/or glasslined columns and piping are therefore used.
In the solid-liquid ion-exchange process, enrichment is accomplished by uranium adsorption/desorption on a special, very fast-acting, ion-exchange resin or adsorbent. A solution of uranium in hydrochloric acid and other chemical agents is passed through cylindrical enrichment columns containing packed beds of the adsorbent. For a continuous process, a reflux system is necessary to release the uranium from the adsorbent back into the liquid flow so that ‘product’ and ‘tails’ can be collected. This is accomplished with the use of suitable reduction/oxidation chemical agents that are fully regenerated in separate external circuits and that may be partially regenerated within the isotopic separation columns themselves. The presence of hot concentrated hydrochloric acid solutions in the process requires that the equipment be made of or protected by special corrosion-resistant materials.
5.6.1. Liquid-liquid exchange columns (Chemical exchange)
Countercurrent liquid-liquid exchange columns having mechanical power input, especially designed or prepared for uranium enrichment using the chemical exchange process. For corrosion resistance to concentrated hydrochloric acid solutions, these columns and their internals are normally made of or protected by suitable plastic materials (such as fluorinated hydrocarbon polymers) or glass. The stage residence time of the columns is normally designed to be 30 s or less.
5.6.2. Liquid-liquid centrifugal contactors (Chemical exchange)
Liquid-liquid centrifugal contactors especially designed or prepared for uranium enrichment using the chemical exchange process. Such contactors use rotation to achieve dispersion of the organic and aqueous streams and then centrifugal force to separate the phases. For corrosion resistance to concentrated hydrochloric acid solutions, the contactors are normally made of or protected by suitable plastic materials (such as fluorinated hydrocarbon polymers) or glass. The stage residence time of the centrifugal contactors is normally designed to be 30 s or less.
5.6.3. Uranium reduction systems and equipment (Chemical exchange)
(a) Especially designed or prepared electrochemical reduction cells to reduce uranium from one valence state to another for uranium enrichment using the chemical exchange process. The cell materials in contact with process solutions must be corrosion resistant to concentrated hydrochloric acid solutions.
EXPLANATORY NOTE
The cell cathodic compartment must be designed to prevent re-oxidation of uranium to its higher valence state. To keep the uranium in the cathodic compartment, the cell may have an impervious diaphragm membrane constructed of special cation exchange material. The cathode consists of a suitable solid conductor such as graphite.
(b) Especially designed or prepared systems at the product end of the cascade for taking the U⁺⁴ out of the organic stream, adjusting the acid concentration and feeding to the electrochemical reduction cells.
EXPLANATORY NOTE
These systems consist of solvent extraction equipment for stripping the U⁺⁴ from the organic stream into an aqueous solution, evaporation and/or other equipment to accomplish solution pH adjustment and control, and pumps or other transfer devices for feeding to the electrochemical reduction cells. A major design concern is to avoid contamination of the aqueous stream with certain metal ions. Consequently, for those parts in contact with the process stream, the system is constructed of equipment made of or protected by suitable materials (such as glass, fluorocarbon polymers, polyphenyl sulphate, polyether sulphone, and resin-impregnated graphite).
5.6.4. Feed preparation systems (Chemical exchange)
Especially designed or prepared systems for producing high-purity uranium chloride feed solutions for chemical exchange uranium isotope separation plants.
EXPLANATORY NOTE
These systems consist of dissolution, solvent extraction and/or ion exchange equipment for purification and electrolytic cells for reducing the uranium U⁺⁶ or U⁺⁴ to U⁺³. These systems produce uranium chloride solutions having only a few parts per million of metallic impurities such as chromium, iron, vanadium, molybdenum and other bivalent or higher multi-valent cations. Materials of construction for portions of the system processing high-purity U⁺³ include glass, fluorinated hydrocarbon polymers, polyphenyl sulphate or polyether sulphone plastic-lined and resin-impregnated graphite.
5.6.5. Uranium oxidation systems (Chemical exchange)
Especially designed or prepared systems for oxidation of U⁺³ to U⁺⁴ for return to the uranium isotope separation cascade in the chemical exchange enrichment process.
EXPLANATORY NOTE
These systems may incorporate equipment such as:
(a) Equipment for contacting chlorine and oxygen with the aqueous effluent from the isotope separation equipment and extracting the resultant U⁺⁴ into the stripped organic stream returning from the product end of the cascade;
(b) Equipment that separates water from hydrochloric acid so that the water and the concentrated hydrochloric acid may be reintroduced to the process at the proper locations.
5.6.6. Fast-reacting ion exchange resins/adsorbents (Ion exchange)
Fast-reacting ion exchange resins or adsorbents especially designed or prepared for uranium enrichment using the ion exchange process, including porous macroreticular resins, and/or pellicular structures in which the active chemical exchange groups are limited to a coating on the surface of an inactive porous support structure, and other composite structures in any suitable form including particles or fibres. These ion exchange resins/adsorbents have diameters of 0.2 mm or less and must be chemically resistant to concentrated hydrochloric acid solutions as well as physically strong enough so as not to degrade in the exchange columns. The resins/adsorbents are especially designed to achieve very fast uranium isotope exchange kinetics (exchange rate halftime of less than 10 s) and are capable of operating at a temperature in the range of 373 K (100°C) to 473 K (200°C).
5.6.7. Ion exchange columns (Ion exchange)
Cylindrical columns greater than 1000 mm in diameter for containing and supporting packed beds of ion exchange resin/adsorbent, especially designed or prepared for uranium enrichment using the ion exchange process. These columns are made of or protected by materials (such as titanium or fluorocarbon plastics) resistant to corrosion by concentrated hydrochloric acid solutions and are capable of operating at a temperature in the range of 373 K (100°C) to 473 K (200°C) and pressures above 0.7 MPa.
5.6.8. Ion exchange reflux systems (Ion exchange)
(a) Especially designed or prepared chemical or electrochemical reduction systems for regeneration of the chemical reducing agent used in ion exchange uranium enrichment cascades.
(b) Especially designed or prepared chemical or electrochemical oxidation systems for regeneration of the chemical oxidising agent (agents) used in ion exchange uranium enrichment cascades.
EXPLANATORY NOTE
The ion exchange enrichment process may use, for example, trivalent titanium (Ti⁺³) as a reducing cation in which case the reduction system would regenerate Ti⁺³ by reducing Ti⁺⁴.
The process may use, for example, trivalent iron (Fe⁺³) as an oxidant in which case the oxidation system would regenerate Fe⁺³ by oxidising Fe⁺².