CN102352436A - Purex流程中铀钚分离的方法 - Google Patents

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肖松涛
李丽
叶国安
罗方祥
刘协春
杨贺
兰天
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Abstract

本发明属于放射性后处理技术领域，具体涉及一种Purex流程中铀钚分离的方法，包括步骤：1）去掉除铀、钚之外的其他核反应裂片；2）将经过共去污的铀和钚共萃入体积百分比为30%的TBP/煤油混合液中；3）向步骤2）的混合液中加入还原剂HSC，充分混合，使有机相中的Pu（Ⅳ）还原到Pu（Ⅲ）后反萃到HNO3水溶液中，其中水相溶液中HSC的摩尔浓度与有机相溶液中Pu摩尔浓度的比值为5~60，有机相溶液与水相溶液的体积比为1:1~6:1，温度为21~42.5℃，H+浓度为0.3~1mol/L。本发明所提供的技术方案能快速的将有机相中的Pu(IV)还原反萃到水相，比现有技术的反应时间缩短了2个量级，并且简化了工艺流程，提高了分离效率。

Description

Purex流程中铀钚分离的方法
技术领域
本发明属于放射性后处理技术领域，具体涉及一种Purex流程中铀钚分离的方法。 
背景技术
Purex流程中U、Pu的分离是基于磷酸三丁酯（简写为TBP）对U（ 
Figure 2011102054479100002DEST_PATH_IMAGE001
）、Pu（Ⅳ）和Pu（Ⅲ）不同的萃取能力而实现的。还原反萃剂的选择，其浓度的确定，以及各种干扰因素的排除是实现U、Pu分离的关键[1,2]。通常Pu（Ⅳ）到Pu（Ⅲ）的价态转换采用试剂还原和电解还原，目前最常用的还原剂是U（
Figure 2011102054479100002DEST_PATH_IMAGE002
）和羟胺，其中U（
Figure 488964DEST_PATH_IMAGE002
）可以较好的还原Pu（Ⅳ）到Pu（Ⅲ），但其有一些弊端，如：U（）的需要量远远超过化学计量；U（
Figure 435109DEST_PATH_IMAGE002
）和Pu（Ⅲ）会自催化氧化；其需要额外的支持还原剂－肼会生成具有爆炸危险的NH3及不利于流程的NH4+。NH4OH也是一种被广泛用于还原Pu（Ⅳ）到Pu（Ⅲ）的无盐有机试剂，但其对Pu（Ⅳ）还原速率较慢，只有在较低酸度，较高温度（约50℃）和还原剂大量过量的情况下才能满足工艺要求。因此，现有技术存在缺陷，有待改进。 
发明内容
（一）发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于Purex流程中铀钚分离的方法，该方法采用氨基羟基脲（以下简写为HSC）做为无盐有机还原剂，能够简单、快速、高效分离铀钚。 
（二）技术方案：为达到上述目的，本发明的技术方案以如下方式实现： 
一种Purex流程中铀钚分离的方法，包括如下步骤：
1）共去污：去掉除铀、钚之外的其他核反应裂片；
2）铀钚共萃：将经过共去污的铀和钚共萃入体积百分比为30%的TBP/煤油混合液中；
3）还原反萃：向步骤2）的混合液中加入还原剂HSC，使含有HSC的水相溶液与含Pu的有机相溶液充分接触，使有机相中的Pu（Ⅳ）还原到Pu（Ⅲ）后反萃到HNO3水溶液中，其中水相溶液中HSC的摩尔浓度与有机相溶液中Pu摩尔浓度的比值为5~60，有机相溶液与水相溶液的体积比为1:1~6:1，温度为21~42.5℃， H+浓度为0.3~1mol/L。
所述有机相溶液与水相溶液的体积比为1：1~4：1。 
所述H+浓度为0.3~0.6mol/L。 
所述水相溶液中HSC的摩尔浓度与有机相溶液中Pu摩尔浓度的比值为15：1~45：1。 
所述温度为21~27.5℃。 
步骤3）中进行还原反萃的时间为20~90s。 
采用10级反萃、6级补萃的混合澄清槽进行铀钚分离，使水相溶液中HSC的摩尔浓度为有机相溶液中Pu摩尔浓度的26倍，Pu浓缩4倍，有机相与水相溶液的体积比为2:1。 
（三）有益效果：本发明所提供的技术方案采用HSC为还原剂，能快速的将有机相中的Pu(IV)还原到Pu(Ⅲ)，并可在数秒内将Pu(Ⅲ)反萃到水相，比现有技术中同等条件下的反应时间缩短了2个量级。而且HSC能破坏掉HNO3体系中产生的HNO2，从而能在不加支持还原剂的情况下稳定Pu(Ⅲ)，简化了工艺流程，分离效率也得到明显提高，16级逆流串级萃取实验中，铀中去钚的分离因数达到2.5×104。 
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例做进一步说明。 
一种用于Purex流程中铀、钚分离的方法，包括如下步骤： 
1）共去污：去掉除铀、钚之外的其他核反应裂片，具体方法为现有技术，不赘述；
2）将经过共去污的铀和钚共萃入30%TBP/煤油混合液中；
3）向步骤2）的混合液中加入还原剂HSC，使含有HSC的水相溶液与含Pu的有机相溶液充分接触，使有机相中的Pu（Ⅳ）还原到Pu（Ⅲ）后反萃到HNO3水溶液中，从而实现铀、钚的分离。所述的HSC是一种无盐有机还原剂，分子式为HONHCONHOH。
实施例一 
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表1不同相比时的还原反萃效果
当有机相溶液中Pu浓度为c(Pu(IV))0=0.80g/L，水相溶液中HSC浓度为c(HSC)=0.050mol/L，氢离子浓度为c(H+)=0.40mol/L，温度为t＝21℃时，有机相溶液与水相溶液的体积比（即相比）Vo:Va =1：1~6：1的还原反萃效果的实验数据。当有机相与水相的相比小于或等于4：1时，反萃效果较好。
实施例二 
当c(Pu(IV))0=0.80g/L，c(HSC)=0.050mol/L，相比(Vo:Va)=1:1，t＝21℃时，不同H+浓度时的还原反萃效果的实验数据如表2所示。随着H+浓度的增加，还原反萃效果随之变差。
表2不同H+浓度时的还原反萃效果 
实施例三   
当c(Pu(IV))0=0.80g/L， c(H+) =0.40mol/L，相比(Vo:Va)=1:1，t＝21℃时，水相溶液中HSC的浓度和有机相中Pu浓度的比值为5~60时的还原反萃效果如表2所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表3 不同HSC浓度时的还原反萃效果 
实施例四
当c(Pu(IV))0=0.80g/L，c(HSC)= 0.050mol/L，c(H+) =0.40mol/L，相比(Vo:Va)=1:1时，不同温度情况下的还原反萃效果如表4所示。
Figure 2011102054479100002DEST_PATH_IMAGE006
表4  不同温度时的还原反萃效果 
实施例五
采用10级反萃、6级补萃的混合澄清槽进行铀钚分离1B槽工艺的U/Pu分离研究，使水相溶液中HSC的浓度为有机相溶液中Pu浓度的26倍，Pu浓缩4倍，槽中有机相与水相溶液的体积比为2:1，取得了良好的U/Pu分离效果，铀中除钚的分离系数SFPu/U=2.5×104，钚中除铀的分离系数SFU/Pu=3.2×105。
以上内容是结合优选的实施例对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种Purex流程中铀钚分离的方法，包括如下步骤：
1）共去污：去掉除铀、钚之外的其他核反应裂片；
2）铀钚共萃：将经过共去污的铀和钚共萃入体积百分比为30%的TBP/煤油混合液中；
3）还原反萃：向步骤2）的混合液中加入还原剂HSC，使含有HSC的水相溶液与含Pu的有机相溶液充分接触，使有机相中的Pu（Ⅳ）还原到Pu（Ⅲ）后反萃到HNO3水溶液中，其中水相溶液中HSC的摩尔浓度与有机相溶液中Pu摩尔浓度的比值为5~60，有机相溶液与水相溶液的体积比为1:1~6:1，温度为21~42.5℃， H+浓度为0.3~1mol/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机相溶液与水相溶液的体积比为1：1~4：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述H+浓度为0.3~0.6mol/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水相溶液中HSC的摩尔浓度与有机相溶液中Pu摩尔浓度的比值为15：1~45：1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述温度为21~27.5℃。
6.根据权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于：步骤3）中进行还原反萃的时间为20~90s。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：采用10级反萃、6级补萃的混合澄清槽进行铀钚分离，使水相溶液中HSC的摩尔浓度为有机相溶液中Pu摩尔浓度的26倍，Pu浓缩4倍，有机相与水相溶液的体积比为2:1。
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