CN103820656A

CN103820656A - 一种Purex流程中的铀、钚分离工艺

Info

Publication number: CN103820656A
Application number: CN201410041234.0A
Authority: CN
Inventors: 肖松涛; 刘协春; 罗方祥; 杨贺; 兰天; 孟照凯
Original assignee: China Institute of Atomic of Energy
Current assignee: China Institute of Atomic of Energy
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: CN103820656B

Abstract

本发明属于乏燃料后处理技术领域，公开了一种Purex流程中的铀、钚分离工艺。该工艺是在1B槽中利用还原剂1BX和补萃剂1BS将1BF料液中的Pu(Ⅳ)还原成Pu(Ⅲ)，使钚进入水相而铀保留在有机相，实现铀、钚的分离。所用的还原剂1BX的组成为：0.1～0.2mol/L的N-羟基-1-肼碳酰胺、0.35～0.5mol/L的NO₃ ^-及0.35～0.5mol/L的H⁺，补萃剂1BS为含有0.6～1mol/LHNO₃的30%TBP-煤油。该工艺具有无需加入支持还原剂、钚收率高、铀钚分离效果好、工艺安全系数高的特点。

Description

一种Purex流程中的铀、钚分离工艺

技术领域

本发明属于乏燃料后处理技术领域，具体涉及一种Purex流程中的铀钚分离工艺。

背景技术

铀钚的分离是Purex流程的重要部分，其主要任务是将经共去污循环净化和锝洗工艺去锝后的含铀和钚的有机相料液，用还原剂将Pu(Ⅳ)还原到极难被萃取的Pu(Ⅲ)，使钚进入水相而铀保留在有机相，实现铀钚的分离。由于有机化学试剂具有反应速度快、选择性好、不引入盐分、易破坏等特性，在铀、钚分离应用中进行了大量的研究。其中N，N—二甲基羟胺、N，N—乙基羟乙基羟胺、羟基脲、乙异羟肟酸等都可在铀、钚分离中用作还原剂，并取得了良好的效果。但是，由于Purex流程中物料通常为硝酸体系，HNO₃辐解产生的HNO₂会影响共去污分离循环中U/Pu分离系数及Pu纯化循环中U/Pu分离系数、Pu净化系数和Pu收率,因此工艺中使用上述还原剂时需要加入支持还原剂以清除亚硝酸。N₂H₄、CH₃N₂H₃、(CH₃)₂N₂H₂等都是具有良好应用前景的支持还原剂,其中N₂H₄在工业中已得到广泛应用。但由于N₂H₄与HNO₂反应产生的叠氮酸可能会引起爆炸，因此N₂H₄的使用受到限制,从而限制了Purex流程的工艺改进。因此，急需一种不用加入支持还原剂、铀钚分离过程简单且分离效果好的铀钚分离工艺。

发明内容

（一）发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种无需加入支持还原剂、钚收率高、铀钚分离效果好、工艺安全系数高的铀钚分离工艺。

（二）技术方案

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种Purex流程中的铀、钚分离工艺，该工艺是在1B槽中利用还原剂1BX和补萃剂1BS将1BF料液中的Pu(Ⅳ)还原成Pu(Ⅲ)，使钚进入水相而铀保留在有机相，实现铀、钚的分离，关键在于，所用的还原剂1BX的组成为：0.1～0.2mol/L的N-羟基-1-肼碳酰胺、0.35～0.5mol/L的NO₃ ^-及0.35～0.5mol/L的H⁺，补萃剂1BS为含有0.6～1mol/LHNO₃的30%TBP-煤油。

优选地，1BF:1BX的流比为1～6,1BF:1BS的流比为1～6。

优选地，1B槽中反萃级数≥6级，补萃级数≥4级。

优选地，1B槽的温度控制为25～40℃。

优选地，还原剂1BX的组成为：0.1mol/L的N-羟基-1-肼碳酰胺、0.4mol/L的NO₃ ^-及0.4mol/L的H⁺，补萃剂1BS为含有0.6mol/LHNO₃的30%TBP-煤油。（三）有益效果

采用本发明提供的铀钚分离工艺，该工艺具有以下有益效果：

1）首次实现了铀钚分离工艺中“还原剂—支持还原剂—络合剂”三种试剂简化为一种试剂，大幅简化了放射性铀钚分离工艺流程；降低了工艺流程控制难度，降低了运行成本；因为N-羟基-1-肼碳酰胺可以很快地和料液中产生的亚硝酸发生反应，从而起到支持还原剂的作用。至于络合剂功能，主要是其分子结构中含多个有孤对电子的原子(包括羰基的氧和氨基的氮)，可以对包括钚、铀在内的核素进行络合，形成金属螯合的结构。

2）避免了Tc对铀钚分离过程的干扰，简化了整个核燃料后处理工艺流程。后处理流程中，料液中的Tc可以与许多还原剂比如肼等发生反应，破坏了还原剂的还原性能，故需要先将Tc除去。而N-羟基-1-肼碳酰胺则不与料液中Tc发生反应，因此采用此还原剂可避免去除Tc的工艺。

3）取得了优异的铀钚分离效果：铀中除钚分离系数SF_Pu/U>10⁴，钚中除铀分离系数SF_U/Pu>10⁴；

4）N-羟基-1-肼碳酰胺氧化后气体产物主要为N₂、CO₂、H₂和甲酸，对后续工艺无影响；

5）极大地降低了后续工艺Pu价态调节难度，避免了含Pu放射性硝酸溶液爆沸，大幅提高了整个工艺安全系数；

N-羟基-1-肼碳酰胺作为支持还原剂，与亚硝酸反应很快，因此，加入无需过量很多的亚硝酸钠或者氮氧化物即可将还原剂破坏，还原剂破坏之后，酸度调到工艺需要的点，钚的价态自然就能满足进料要求，相较于要过量较多亚硝酸钠才能调节到位的羟胺体系，难度较小。另外，本还原剂的反应速率很快，不会产生反应的突跃，因此也能避免料液的爆沸。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种Purex流程中的铀、钚分离工艺，该工艺是在1B槽中利用还原剂1BX和补萃剂1BS将1BF料液中的Pu(Ⅳ)还原成Pu(Ⅲ)，使钚进入水相而铀保留在有机相，实现铀、钚的分离，所用的还原剂1BX的组成为：0.1mol/L的N-羟基-1-肼碳酰胺、0.35mol/L的NO₃ ^-及0.35mol/L的H⁺，补萃剂1BS为含有0.6mol/LHNO₃的30%TBP-煤油，其中1BF:1BX的流比为1,1BF:1BS的流比为1，1B槽的温度为25℃。

实施例2

与实施例1所用的方法和设备相同，不同的是所用的还原剂1BX的组成为：0.15mol/L的N-羟基-1-肼碳酰胺、0.4mol/L的NO^3-及0.4mol/L的H⁺，补萃剂1BS为含有1mol/LHNO₃的30%TBP-煤油，其中1BF:1BX的流比为3,1BF:1BS的流比为4，1B槽的温度为30℃。

实施例3

与实施例1所用的方法和设备相同，不同的是所用的还原剂1BX的组成为：0.2mol/L的N-羟基-1-肼碳酰胺、0.5mol/L的NO^3-及0.5mol/L的H⁺，补萃剂1BS为含有1mol/LHNO3的30%TBP-煤油，其中1BF:1BX的流比为6,1BF:1BS的流比为6，1B槽的温度为40℃。

Claims

1.一种Purex流程中的铀、钚分离工艺，该工艺是在1B槽中利用还原剂1BX和补萃剂1BS将1BF料液中的Pu(Ⅳ)还原成Pu(Ⅲ)，使钚进入水相而铀保留在有机相，实现铀、钚的分离，其特征在于，所用的还原剂1BX的组成为：0.1～0.2mol/L的N-羟基-1-肼碳酰胺、0.35～0.5mol/L的NO₃ ^-及0.35～0.5mol/L的H⁺，补萃剂1BS为含有0.6～1mol/L HNO₃的30%TBP-煤油。

2.根据权利要求1所述的一种Purex流程中的铀、钚分离工艺，其特征在于，所述的1BF:1BX的流比为1～6，1BF:1BS的流比为1～6。

3.根据权利要求1所述的一种Purex流程中的铀、钚分离工艺，其特征在于，所述的1B槽中反萃级数≥6级，补萃级数≥4级。

4.根据权利要求1所述的一种Purex流程中的铀、钚分离工艺，其特征在于，所述的1B槽的温度控制为25～40℃。

5.根据权利要求1所述的一种Purex流程中的铀、钚分离工艺，其特征在于，所述的还原剂1BX的组成为：0.1mol/L的N-羟基-1-肼碳酰胺、0.4mol/L的NO₃ ^-及0.4mol/L的H⁺，补萃剂1BS为含有0.6mol/LHNO₃的30%TBP-煤油。