CN106884098A - 一种用于含钚料液调价的系统及方法 - Google Patents

一种用于含钚料液调价的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及乏燃料后处理中钚纯化技术领域，具体公开了一种用于含钚料液调价的系统及方法。该系统包括硝酸供料槽、氮氧化物发生装置、分离罐以及含钚料液调料槽，其中，硝酸供料槽通过管线与氮氧化物发生装置入口端相连接，并在两者相连的管线上安装有计量泵；氮氧化物发生装置出口端通过管线与分离罐入口端相连接，分离罐出口端通过管线与含钚料液调料槽相连通，其伸入含钚料液调料槽中的管线形成气体分布管。该系统及方法利用低浓度的硝酸，对不锈钢加热分解装置的腐蚀程度明显降低，提高了设备的使用寿命和操作便利性、安全性；满足乏燃料后处理含钚料液调价的需要，且避免向系统引入钠盐，降低了后续废液的处理和处置难度。

Description

一种用于含钚料液调价的系统及方法
技术领域
本发明属于乏燃料后处理中钚纯化技术领域，具体涉及一种用于含钚料液调价的系统及方法。
背景技术
乏燃料后处理中试厂钚线含钚料液原设计采用亚硝酸钠进行钚价态的调节，但是这种调价方法将大量的钠离子引入到系统中，经过运行钠离子最终进入中放废液，造成中放废液中盐份较高，使中放废液在蒸发浓缩时浓缩倍数达不到设计要求，导致高放废液体积较大，给废液的处理和处置带来困难。
为克服亚硝酸钠调价时的主要缺点，许多国外的后处理厂研究采用氮氧化物对含钚料液进行调价。目前的研究中，氮氧化物主要采用两种途径获得：利用铀尾端部分脱硝尾气进行氮氧化物的在线提纯，或者直接采用液体四氧化二氮工业产品。前一种方法虽然经济性高，但工艺技术复杂，工程应用难度大。采用液态四氧化二氮作为氮氧化物的来源，虽然简便易得，但价格昂贵，而且液态四氧化二氮易分解和挥发，使用中要求严格控制温度，并且其使用量也难以精确控制。
中试厂曾研究采用加热23mol/L的浓硝酸分解制备氮氧化物的方法(名称：一种二氧化氮发生工艺，申请号201218006944.1)，该方法避免了向系统中引入钠离子，操作简单，氮氧化物气体作为氧化剂调价可以同时起到调酸的作用，减少了因调酸加入的硝酸量，有利于钚的浓缩，且原料经济易得，操作条件易于控制，试剂利用率高。但采用23mol/L的浓硝酸对设备的耐腐蚀性要求很高，特别是加热分解装置若采用不锈钢材质使用1-2个月就可能发生腐蚀泄露。23mol/L的浓硝酸的贮存和管线输送，从耐腐蚀角度应选用铝材，但铝材的抗压强度一般偏低。另外，由于23mol/L的浓硝酸的强氧化性，其泄露后较容易引起着火，安全隐患突出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于含钚料液调价的系统及方法，其可以克服现有技术的缺陷，采用加热分解浓度较低的硝酸制备氮氧化物，利用氮氧化物氧化含钚料液中的还原性物质。
本发明的技术方案如下：一种用于含钚料液调价的系统，该系统包括硝酸供料槽、氮氧化物发生装置、分离罐以及含钚料液调料槽，其中，硝酸供料槽通过管线与氮氧化物发生装置入口端相连接，并在两者相连的管线上安装有计量泵；氮氧化物发生装置出口端通过管线与分离罐入口端相连接，分离罐出口端通过管线与含钚料液调料槽相连通，其伸入含钚料液调料槽中的管线形成气体分布管。
所述的硝酸供料槽和计量泵，以及所述的计量泵与氮氧化物发生装置入口端相连的管线上还分别安装有硝酸供料槽出口阀和计量泵出口阀。
所述的氮氧化物发生装置出口端的管线上安装有氮氧化物气体出口阀。
所述的分离罐出口端的管线上安装有分离罐出口阀。
所述的氮氧化物发生装置为带有加热元件的密封耐压容器。
一种用于含钚料液调价的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、利用氮氧化物发生装置中的加热元件将氮氧化物发生装置加热至350℃～500℃；
步骤2、根据含钚料液的浓度，将6mol/L～13mol/L的硝酸注入至氮氧化物发生装置，进行加热分解产生氮氧化物；
步骤3、在氮氧化物发生装置产生的氮氧化物经分离罐进入含钚料液调料槽，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并对含钚料液中的三价钚氧化至四价钚。
所述的步骤2具体包括：
根据含钚料液中的硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚的浓度，计算氧化硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚所需要的氮氧化物的物质的量，并相应获得所需硝酸物质的量；打开硝酸供料槽出口阀及计量泵出口阀，启动计量泵，将计量泵调至适当开度，使硝酸的流量控制在最佳范围内。
所述的步骤3具体包括：
打开氮氧化物气体出口阀以及分离罐出口阀，利用氮氧化物发生装置产生的氮氧化物，通过气体分布管通入含钚料液调料槽中，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并将三价钚氧化至四价，其中，所通入的氮氧化物气体为理论计算量的1.5～2.0倍。
所述的计量泵对硝酸的流量的控制在15L/h～22L/h，即保证流量在氮氧化物发生装置所允许的最大流量内，同时又能保证含钚料液在所规定的时间内完成调价。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种用于含钚料液调价的系统及方法，通过加热分解6mol/L～13mol/L的低浓度硝酸制备氮氧化物，硝酸对不锈钢加热分解装置的腐蚀程度明显降低，硝酸贮存和输送的设备及管线也可采用一般不锈钢，提高了设备的使用寿命和操作便利性、安全性；其分解率仍可达96％以上；采用加热分解6mol/L～13mol/L的硝酸制备的氮氧化物氧化含钚料液中的硝酸羟胺、硝酸肼及三价钚，氧化后含钚料液中的羟胺及肼浓度均低于其分析下限，三价钚氧化至四价钚的氧化率达到99.9％，满足乏燃料后处理含钚料液调价的需要，且避免向系统引入钠盐，降低了后续废液的处理和处置难度。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于含钚料液调价的系统连接示意图；
图中：1、硝酸供料槽；2、计量泵；3、氮氧化物发生装置；4、分离罐；5、含钚料液调料槽；6、气体分布管；7、硝酸供料槽出口阀；8、计量泵出口阀；9、氮氧化物气体出口阀；10、分离罐出口阀。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种用于含钚料液调价的系统，包括硝酸供料槽1、氮氧化物发生装置3、分离罐4以及含钚料液调料槽5，其中，硝酸供料槽1通过管线与氮氧化物发生装置3入口端相连接，并在两者相连的管线上安装有计量泵2；在硝酸供料槽1和计量泵2，以及计量泵2与氮氧化物发生装置3入口端相连的管线上还分别安装有硝酸供料槽出口阀7和计量泵出口阀8；氮氧化物发生装置3为带有加热元件的密封耐压容器，其出口端通过管线与分离罐4入口端相连接，并在氮氧化物发生装置3出口端的管线上安装有氮氧化物气体出口阀9；分离罐4出口端通过管线与含钚料液调料槽5相连通，其伸入含钚料液调料槽5中的管线形成气体分布管6，并在分离罐4出口端的管线上安装有分离罐出口阀10。
实施例1
一种用于含钚料液调价的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、利用氮氧化物发生装置中的加热元件将氮氧化物发生装置加热至350℃；
步骤2、根据含钚料液的浓度，将13mol/L的硝酸注入至氮氧化物发生装置，进行加热分解产生氮氧化物；
根据含钚料液中的硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚的浓度，计算氧化硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚所需要的氮氧化物的物质的量，并相应获得所需13mol/L的硝酸物质的量；打开硝酸供料槽出口阀及计量泵出口阀，启动计量泵，将计量泵调至适当开度，使硝酸的流量控制在最佳范围内，如15L/h，即保证流量在氮氧化物发生装置所允许的最大流量内，同时又能保证含钚料液在所规定的时间内完成调价；
步骤3、在氮氧化物发生装置产生的氮氧化物经分离罐进入含钚料液调料槽，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并对含钚料液中的三价钚氧化至四价钚；
打开氮氧化物气体出口阀以及分离罐出口阀，利用氮氧化物发生装置产生的氮氧化物，通过气体分布管通入含钚料液调料槽中，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并将三价钚氧化至四价，其中，所通入的氮氧化物气体为理论计算量的2倍。
实施例2
一种用于含钚料液调价的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、利用氮氧化物发生装置中的加热元件将氮氧化物发生装置加热至420℃；
步骤2、根据含钚料液的浓度，将9mol/L的硝酸注入至氮氧化物发生装置，进行加热分解产生氮氧化物；
根据含钚料液中的硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚的浓度，计算氧化硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚所需要的氮氧化物的物质的量，并相应获得所需9mol/L的硝酸物质的量；打开硝酸供料槽出口阀及计量泵出口阀，启动计量泵，将计量泵调至适当开度，使硝酸的流量控制在最佳范围内，如20L/h，即保证流量在氮氧化物发生装置所允许的最大流量内，同时又能保证含钚料液在所规定的时间内完成调价；
步骤3、在氮氧化物发生装置产生的氮氧化物经分离罐进入含钚料液调料槽，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并对含钚料液中的三价钚氧化至四价钚；
打开氮氧化物气体出口阀以及分离罐出口阀，利用氮氧化物发生装置产生的氮氧化物，通过气体分布管通入含钚料液调料槽中，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并将三价钚氧化至四价，其中，所通入的氮氧化物气体为理论计算量的1.5倍。
实施例3
一种用于含钚料液调价的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、利用氮氧化物发生装置中的加热元件将氮氧化物发生装置加热至500℃；
步骤2、根据含钚料液的浓度，将6mol/L的硝酸注入至氮氧化物发生装置，进行加热分解产生氮氧化物；
根据含钚料液中的硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚的浓度，计算氧化硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚所需要的氮氧化物的物质的量，并相应获得所需6mol/L的硝酸物质的量；打开硝酸供料槽出口阀及计量泵出口阀，启动计量泵，将计量泵调至适当开度，使硝酸的流量控制在最佳范围内，如22L/h，即保证流量在氮氧化物发生装置所允许的最大流量内，同时又能保证含钚料液在所规定的时间内完成调价；
步骤3、在氮氧化物发生装置产生的氮氧化物经分离罐进入含钚料液调料槽，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并对含钚料液中的三价钚氧化至四价钚；
打开氮氧化物气体出口阀以及分离罐出口阀，利用氮氧化物发生装置产生的氮氧化物，通过气体分布管通入含钚料液调料槽中，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并将三价钚氧化至四价，其中，所通入的氮氧化物气体为理论计算量的1.7倍。

Claims (9)

1.一种用于含钚料液调价的系统，其特征在于：该系统包括硝酸供料槽(1)、氮氧化物发生装置(3)、分离罐(4)以及含钚料液调料槽(5)，其中，硝酸供料槽(1)通过管线与氮氧化物发生装置(3)入口端相连接，并在两者相连的管线上安装有计量泵(2)；氮氧化物发生装置(3)出口端通过管线与分离罐(4)入口端相连接，分离罐(4)出口端通过管线与含钚料液调料槽(5)相连通，其伸入含钚料液调料槽(5)中的管线形成气体分布管(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于含钚料液调价的系统，其特征在于：所述的硝酸供料槽(1)和计量泵(2)，以及所述的计量泵(2)与氮氧化物发生装置(3)入口端相连的管线上还分别安装有硝酸供料槽出口阀(7)和计量泵出口阀(8)。
3.根据权利要求1所述的一种用于含钚料液调价的系统，其特征在于：所述的氮氧化物发生装置(3)出口端的管线上安装有氮氧化物气体出口阀(9)。
4.根据权利要求1所述的一种用于含钚料液调价的系统，其特征在于：所述的分离罐(4)出口端的管线上安装有分离罐出口阀(10)。
5.根据权利要求1所述的一种用于含钚料液调价的系统，其特征在于：所述的氮氧化物发生装置(3)为带有加热元件的密封耐压容器。
6.一种用于含钚料液调价的方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：
步骤1、利用氮氧化物发生装置中的加热元件将氮氧化物发生装置加热至350℃～500℃；
步骤2、根据含钚料液的浓度，将6mol/L～13mol/L的硝酸注入至氮氧化物发生装置，进行加热分解产生氮氧化物；
步骤3、在氮氧化物发生装置产生的氮氧化物经分离罐进入含钚料液调料槽，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并对含钚料液中的三价钚氧化至四价钚。
7.根据权利要求6所述的一种用于含钚料液调价的方法，其特征在于：所述的步骤2具体包括：
根据含钚料液中的硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚的浓度，计算氧化硝酸肼、硝酸羟胺及三价钚所需要的氮氧化物的物质的量，并相应获得所需硝酸物质的量；打开硝酸供料槽出口阀及计量泵出口阀，启动计量泵，将计量泵调至适当开度，使硝酸的流量控制在最佳范围内。
8.根据权利要求6所述的一种用于含钚料液调价的方法，其特征在于：所述的步骤3具体包括：
打开氮氧化物气体出口阀以及分离罐出口阀，利用氮氧化物发生装置产生的氮氧化物，通过气体分布管通入含钚料液调料槽中，氧化含钚料液中的硝酸肼与硝酸羟胺，并将三价钚氧化至四价，其中，所通入的氮氧化物气体为理论计算量的1.5～2.0倍。
9.根据权利要求7所述的一种用于含钚料液调价的方法，其特征在于：所述的计量泵对硝酸的流量的控制在15L/h～22L/h，即保证流量在氮氧化物发生装置所允许的最大流量内，同时又能保证含钚料液在所规定的时间内完成调价。
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