CN113881862A - 氟化挥发技术分离铀和镎的方法 - Google Patents
氟化挥发技术分离铀和镎的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113881862A CN113881862A CN202111051577.1A CN202111051577A CN113881862A CN 113881862 A CN113881862 A CN 113881862A CN 202111051577 A CN202111051577 A CN 202111051577A CN 113881862 A CN113881862 A CN 113881862A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- uranium
- neptunium
- reaction product
- recovering
- reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 93
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 93
- 229910052781 Neptunium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N neptunium atom Chemical compound [Np] LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 80
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 75
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 32
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 22
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000002808 neptunium compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims abstract 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 36
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 28
- QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N n-[4-[4-(dinaphthalen-2-ylamino)phenyl]phenyl]-n-naphthalen-2-ylnaphthalen-2-amine Chemical compound C1=CC=CC2=CC(N(C=3C=CC(=CC=3)C=3C=CC(=CC=3)N(C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C3=CC4=CC=CC=C4C=C3)=CC=C21 QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 14
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 14
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 12
- 229910007998 ZrF4 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 10
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Inorganic materials [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 229910001633 beryllium fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims description 6
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 5
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 4
- 230000004992 fission Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims description 4
- JCMLRUNDSXARRW-UHFFFAOYSA-N trioxouranium Chemical compound O=[U](=O)=O JCMLRUNDSXARRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MZFRHHGRNOIMLW-UHFFFAOYSA-J uranium(4+);tetrafluoride Chemical compound F[U](F)(F)F MZFRHHGRNOIMLW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- OWSUAUSLCJOMKJ-UHFFFAOYSA-I [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Np+5] Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Np+5] OWSUAUSLCJOMKJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 2
- QROYIGAVOZBRHJ-UHFFFAOYSA-I [F-].[Np+5].[F-].[F-].[F-].[F-] Chemical compound [F-].[Np+5].[F-].[F-].[F-].[F-] QROYIGAVOZBRHJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 2
- MOPDXFDBEISTFG-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Np+5].[Np+5] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Np+5].[Np+5] MOPDXFDBEISTFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MVXWAZXVYXTENN-UHFFFAOYSA-N azanylidyneuranium Chemical compound [U]#N MVXWAZXVYXTENN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KCKICANVXIVOLK-UHFFFAOYSA-L dioxouranium(2+);difluoride Chemical compound [F-].[F-].O=[U+2]=O KCKICANVXIVOLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000478 neptunium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910000442 triuranium octoxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000003671 uranium compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 3
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000012025 fluorinating agent Substances 0.000 description 7
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001255 actinides Chemical class 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 231100000045 chemical toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N plutonium uranium Chemical compound [U].[Pu] WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- NBWXXYPQEPQUSB-UHFFFAOYSA-N uranium zirconium Chemical compound [Zr].[Zr].[U] NBWXXYPQEPQUSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
- C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
- C22B60/0213—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by dry processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/001—Dry processes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种氟化挥发技术分离铀和镎的方法，包括以下步骤：①去除反应器中的空气和水，反应器装有混合物A或者混合物B；混合物A包括含铀和含镎元素的物质，混合物B包括含铀元素的物质、含镎元素的物质以及熔盐；含铀元素的物质包含铀单质和/或铀的化合物；含镎元素的物质为镎单质和/或镎的化合物；②回收含铀元素的反应产物；③将回收铀元素后的剩余产物冷却至350‑600℃，通入氟气和惰性气体的混合气体，回收含镎元素的反应产物；步骤②中反应温度高于步骤③的温度。本发明的方法具有反应速度快，铀和镎的转化率大，铀和镎的分离效率高；副反应少，分离选择性好，易于连续化优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟化挥发分离铀和镎的方法。
背景技术
核能作为一种高效、清洁、经济的能源，在满足人类能源长期需求以及应对环境温室效应方面起着重要作用，而核能发电是核能和平利用的最重要方面。随着动力堆的发展和人们对237Np这种毒性强、寿命长的次锕系元素的深刻认识，237Np在铀产品中含量限制备受关注。由于铀转化工艺的操作环境没有特殊防护条件，因此需严格控制后处理铀产品中237Np的含量。另一方面，237Np的热辐照产品238Pu是重要的α放射源，以238Pu制备的同位素电池比功率比较高，使用寿命长，是开展空间活动所需的放射性同位素电源和热源的理想燃，在宇航事业和医疗卫生行业具有十分重要的应用价值。
目前，商业后处理厂均采用水法Purex流程进行乏燃料后处理。但镎与铀钚不同，在Purex流程中很难将镎定量赶入某一物流。镎化学形态复杂，不同价态镎的萃取行为不同，之间又存在复杂的相互转化的化学反应。因此镎在Purex流程中的走向分散，镎的分离和回收存在诸多困难。总之，以Purex流程为代表的水法后处理仍然是主要的方法，Purex流程的工业化运行已经积累了丰富的经验，为核能的发展做出了重要贡献。然而该方法流程长且复杂，经济性不佳，不宜处理高燃耗，冷却时间短的乏燃料。
中国专利文献CN201210548013.3公开了一种使用TEVA-UTEVA萃取色层柱分离铀产品中镎的方法，虽然其能够将铀和镎分离，但是，该萃取法的操作复杂，对萃取剂具有较高的要求，无法做到连续化生产。
乏燃料后处理的另一重要技术干法后处理技术，较水法后处理技术具有耐辐照、低临界风险、防扩散、放射性废物少、更适宜处理高燃耗、短冷却期的各种形式的辐照燃料等优点。目前现有技术中还没有采用干法后处理技术分离铀和镎的先例。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的分离铀和镎的操作复杂，对萃取剂要求高，无法做到连续化的缺陷，而提供了氟化挥发技术分离铀和镎的方法，实现了铀和镎的高效分离。本发明的方法具有反应速度快，铀和镎的转化率大，铀和镎的分离效率高；副反应少，分离选择性好；易于连续化优点。
本申请的发明人在研究初期发现使用氟化挥发法分离铀和镎时，得到的铀产品中镎含量较高，无法严格控制铀产品中的镎含量。
经发明人不断地探索及实验，创造性劳动发现，采用特定的加热方式，先回收含铀元素的反应产物，再回收含镎元素的反应产物，可以有效解决本发明的技术问题。本发明的技术难点主要体现如下：
当反应温度较高，并且选用的氟化剂较为活泼时，与氟化剂反应的铀和镎都会进行氟化挥发反应，进而无法实现铀和镎的分离；而当反应温度低于750℃时，实验所用的多数氟化剂(除氟气外)都不与镎反应，进而无法回收镎。各种氟化剂的氧化性不同，并且在不同温度下，氟化剂与镎、铀反应性不同且难以预期。因此，分离铀和镎的难点以及关键在于选取合适的氟化剂及氟化温度。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种氟化挥发技术分离铀和镎的方法，所述氟化挥发技术分离铀和镎的方法包括以下步骤：
(1)去除反应器中的空气和水，所述反应器装有混合物A或者混合物B；所述混合物A包括含铀元素的物质和含镎元素的物质，所述混合物B包括所述含铀元素的物质、所述含镎元素的物质以及熔盐；
其中，所述含铀元素的物质包含铀单质和/或铀的化合物；所述含镎元素的物质为镎单质和/或镎的化合物；
(2)回收含铀元素的反应产物；
(3)将步骤(2)回收铀元素后的剩余产物冷却至350-600℃，通入氟气和惰性气体的混合气体，进行反应，回收含镎元素的反应产物；
其中，步骤(2)中反应温度高于步骤(3)的反应温度。
步骤(1)中，去除所述反应器中的空气和水的方式可为本领域常规的方式，较佳地为用惰性气体去除所述反应器中的空气和水。
步骤(1)中，所述混合物A或所述混合物B中，所述含铀元素的物质和所述含镎元素的物质的比例可以是任意的。
步骤(1)中，所述混合物B中，所述含铀元素的物质、所述含镎元素的物质和所述熔盐的比例可以是任意的。
步骤(1)中，所述混合物A或者混合物B中，铀元素的含量较佳地为大于等于1ppm。
步骤(1)中，所述含铀元素的物质较佳地还可包含核裂变产物和/或金属合金。
其中，所述核裂变产物为本领域常规的核裂变产物。
其中，所述金属合金为本领域常规的金属合金，例如铀锆合金、镍基合金以及铝合金等中的一种或多种。
步骤(1)中，所述铀的化合物一般是指含有铀的化合物，较佳地为含铀的氟化物、含铀的氧化物和含铀的氮化物中的一种或多种，更佳地为四氟化铀、氟化铀酰、三氧化铀、八氧化三铀、二氧化铀和氮化铀等中的一种或多种，例如四氟化铀或者二氧化铀。
步骤(1)中，所述镎的化合物一般是指含有镎的化合物，较佳地为镎的氧化物、镎的氟化物和镎的氯化物等中的一种或多种。
步骤(1)中，所述镎的化合物和所述镎单质中镎元素较佳地为237Np。
步骤(1)中，所述混合物B中，所述熔盐较佳地为共融盐。
其中，所述共融盐可为本领域常规的含有氟的共融盐；较佳地为KF-ZrF4共融盐、NaF-ZrF4共融盐和LiF-BeF2共融盐中的一种或多种。
所述KF-ZrF4共融盐中KF和ZrF4的摩尔比较佳地为58：42。
所述NaF-ZrF4共融盐中NaF和ZrF4的摩尔比较佳地为58：42。
所述LiF-BeF2共融盐中LiF和BeF2的摩尔比较佳地为67：33。
步骤(2)中，所述回收含铀元素的反应产物的方法可为本领域常规，较佳地按下述步骤进行：加热所述反应器，通入三氟化氮和惰性气体的混合气体，进行反应即可。
其中，所述加热的过程较佳地为由室温加热至450-700℃，例如由室温加热至450℃、500℃、650℃或者700℃。
其中，加热所述反应器至反应温度后，较佳地进行保温。所述保温的时间较佳地为1h-4h，例如1h、2h或者3h。
本领域技术人员均应该理解，在步骤(2)中，所述反应的温度为所述保温温度。
其中，在进行所述反应时，所述三氟化氮和惰性气体的混合气体中所述三氟化氮的用量较佳地相对于所述反应器中的所述铀元素含量在化学计量比上是过量的。
其中，所述三氟化氮和惰性气体的混合气体中，所述三氟化氮的体积分数较佳地为5％-100％，更佳地为10％-30％，例如20％、25％或者30％。
其中，所述混合气体的通气流量较佳地为0.1L/min-5L/min，更佳地为0.2L/min-3L/min，更佳地为0.3L/min-3L/min，更佳地为0.5L/min-3L/min。
本领域技术人员均应该理解，步骤(2)中，所述含铀元素的反应产物中含有UF6。
其中，按照本领域常规，所述反应产物中所述UF6浓度低于检测下限时，停止所述反应。
较佳地，所述检测的方式为通过傅里叶红外光谱仪在线检测所述反应器的出口气体。
较佳地，所述反应的时间为30min-120min，之后，停止所述反应。
其中，停止所述反应较佳地为通过停止通入所述三氟化氮和惰性气体的混合气体实现。本领域技术人员均应该理解，一般连续通入所述三氟化氮和惰性气体的混合气体的时间与所述的反应时间一致。
较佳地，通入所述三氟化氮和惰性气体的混合气体的方式为连续通入。
步骤(3)中，所述冷却至350-600℃，例如冷却至350℃、400℃、450℃、500℃、550℃或者600℃。
步骤(3)中，所述冷却至350-600℃之后，较佳地进行保温。所述保温的时间较佳地为1h-4h，例如1h、2h或者3h。
本领域技术人员均应该理解，在步骤(3)中，所述反应的温度为所述保温温度。
步骤(3)中，在进行所述反应时，所述氟气和惰性气体的混合气体中所述氟气的用量较佳地相对于所述反应器中的所述镎元素含量在化学计量比上是过量的。
步骤(3)中，所述氟气和惰性气体的混合气体中，所述氟气的体积分数较佳地为5％-100％，更佳地为10％-30％，例如15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或者90％。
步骤(3)中，所述混合气体的通气流量较佳地为0.1L/min-5L/min，更佳地为0.2L/min-3L/min，更佳地为0.3L/min-3L/min，更佳地为0.5L/min-3L/min。
本领域技术人员均应该理解，步骤(3)中，所述含镎元素的反应产物中含有NpF6。
步骤(3)中，较佳地，所述反应的时间为60min-120min，例如反应的时间可为70min、80min或者90min；之后，停止所述反应。
步骤(3)中，停止所述反应一般通过停止通入所述氟气和惰性气体的混合气体实现。本领域技术人员均应该理解，一般连续通入所述氟气和惰性气体的混合气体的时间分别与所述的反应时间一致。
较佳地，通入所述氟气和惰性气体的混合气体的方式为连续通入。
步骤(2)中，所述回收含铀元素的反应产物或者步骤(3)中所述回收含镎元素的反应产物的方式可为本领域常规，较佳地为冷凝法、吸附法或溶液吸收法。
所述冷凝法一般通过使用冷阱进行冷凝。所述冷阱可为本领域常规的冷阱，较佳地为多级冷阱，更佳地为二级冷阱。所述冷凝的温度较佳地为-5℃至-100℃，更佳地为-40℃至-60℃。
所述吸附法一般通过具有吸附剂的吸附柱进行吸附。
其中，所述吸附柱可为本领域常规的吸附柱，较佳地为多级吸附柱，更佳地为两级吸附柱。
其中，所述吸附的温度较佳地为0℃至200℃。
在步骤(2)中，所述回收含铀元素的反应产物使用的吸附剂较佳地为氟化钠，所述吸附的温度较佳地为90-110℃，更佳地为100-110℃。
在步骤(3)中，所述回收含镎元素的反应产物使用的吸收液较佳地为硝酸溶液，所述硝酸浓度较佳地为0.1-1mol/L；更佳地为0.5-1mol/L。
本发明中，所述室温为本领域技术人员熟知的室温，即为5℃-40℃。
本发明中，涉及的惰性气体均可为本领域常规的惰性气体，例如氦气、氖气和氩气中的一种或多种。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明方法具有如下优点：
1)三氟化氮化学毒性低，常温下性质稳定，因此在生产、运输、储存和使用中安全性较高。
2)通过使用不同氟化剂分步氟化反应，可以实现铀和镎的高效分离，该方法具有反应速度快，铀和镎的转化率大，分离效率高；副反应少，分离选择性好；易于连续化等优点。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中的Np单质的转化率、UF4的转化率以及UF6和NpF6的分离系数的计算式如下：
下述实施例中，Np单质镎元素均为237Np。
实施例1UF4和Np单质的混合物中铀和镎的分离
(1)将5.0g UF4和1mg镎单质的混合物，置于反应器内，盖上反应器盖，用高纯氩气置换反应器中气氛。
(2)加热反应器，使温度由室温升温至450℃后，保温2h，通过质量流量计向反应器中通入三氟化氮和氩气混合气(NF3的体积分数为20％)，流量为0.3L/min，采用傅里叶红外光谱仪对反应器出口气体进行监测；采用两级NaF吸附柱回收UF6产物，吸附柱温度均为100℃；60min后反应器出口气体中UF6浓度低于红外检测下限时，此时停止通三氟化氮混合气。
(3)停止加热反应器使温度降至350℃后，保温1h，通过质量流量计向反应器中通入氟气和氩气混合气(F2的体积分数为20％)，流量为0.3L/min；采用浓度为1mol/L两级硝酸吸收液回收NpF6产物；60min后停止通氟气混合气。
效果数据：打开反应器几乎无原料残余，Np单质的转化率和UF4转化率约100％，吸附柱中UF6和吸收液中NpF6产物经ICP-MS检测分析，两者分离系数为103。
实施例2UO2和Np单质的混合物中铀和镎的分离
(1)将3.0g UO2和1mg镎单质的混合物置于反应器内，盖上反应器盖，用高纯氩气置换反应器中气氛。
(2)加热反应器，使温度由室温升温至500℃后，保温1h，通过质量流量计向反应器中通入三氟化氮和氩气混合气(NF3的体积分数为30％)，流量为0.2L/min，采用傅里叶红外光谱仪对反应器出口气体进行监测；采用两级冷阱回收UF6产物，冷凝温度均为-40℃；120min后反应器出口气体中UF6浓度低于红外检测下限时，此时停止通三氟化氮混合气。
(3)停止加热反应器使温度降至350℃后，保温1h，通过质量流量计向反应器中通入氟气和氩气混合气(F2的体积分数为30％)，流量为0.2L/min；采用另外两级冷阱回收NpF6产物，冷阱温度均为-60℃；60min后停止通氟气混合气。
效果数据：打开反应器几乎无原料残余，Np转化率和UO2转化率约100％，冷阱中UF6和NpF6产物经ICP-MS检测分析，两者分离系数为104。
实施例3LiF-BeF2熔盐体系中铀和镎的分离
(1)将100g LiF-BeF2熔盐(其中UF4质量5.0g，Np质量0.5mg；共融盐中LiF和BeF2的摩尔比为67：33)置于反应器内，盖上反应器盖，用高纯氩气置换反应器中气氛。
(2)加热反应器，使温度由室温升温至700℃后，保温3h，通过质量流量计向反应器中通入三氟化氮和氩气混合气(NF3的体积分数为10％)，流量为0.5L/min，采用傅里叶红外光谱仪对反应器出口气体进行监测；采用两级NaF吸附柱回收UF6产物，吸附柱温度均为100℃；60min后反应器出口气体中UF6浓度低于红外检测下限时，此时停止通三氟化氮混合气。
(3)停止加热反应器使温度降至600℃后，保温2h，通过质量流量计向反应器中通入氟气和氩气混合气(F2的体积分数为10％)，流量为0.5L/min，采用两级冷阱回收NpF6产物，冷凝温度均为-50℃；90min后停止通三氟化氮混合气。
效果数据：打开反应器，LiF-BeF2熔盐经ICP-MS检测分析，反应后熔盐中Np元素含量为1ppm，铀元素含量为20ppm，Np转化率和UF4转化率约99％以上，吸附柱中UF6产物和冷阱中NpF6产物经ICP-MS检测分析，两者分离系数为104。
实施例4KF-ZrF4熔盐体系中铀和镎的分离
(1)将1000g KF-ZrF4熔盐(其中UF4质量10.0g，Np质量1mg；共融盐中KF和ZrF4的摩尔比为58：42)置于反应器内，盖上反应器盖，用高纯氩气置换反应器中气氛。
(2)加热反应器，使温度由室温升温至650℃后，保温2h，通过质量流量计向反应器中通入三氟化氮和氩气混合气(NF3的体积分数为10％)，流量为2.0L/min，采用傅里叶红外光谱仪对反应器出口气体进行监测；采用两级冷阱回收UF6产物，冷凝温度均为-60℃；60min后反应器出口气体中UF6浓度低于红外检测下限时，此时停止通三氟化氮混合气。
(3)停止加热反应器使温度降至550℃后，保温1h，通过质量流量计向反应器中通入氟气和氩气混合气(F2体积分数为10％)，流量为1.0L/min，采用浓度为1mol/L两级硝酸吸收液回收NpF6产物，120min后时停止通氟气混合气。
效果数据：打开反应器，KF-ZrF4熔盐经ICP-MS检测分析，反应后熔盐中Np元素含量为1ppm，铀元素含量为10ppm，Np转化率和UF4转化率约99％以上，冷阱中UF6产物和吸收液中NpF6产物经ICP-MS检测分析，两者分离系数为103。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)去除反应器中的空气和水，所述反应器装有混合物A或者混合物B；所述混合物A包括含铀元素的物质和含镎元素的物质，所述混合物B包括所述含铀元素的物质、所述含镎元素的物质以及熔盐；
所述含铀元素的物质包含铀单质和/或铀的化合物；所述含镎元素的物质为镎单质和/或镎的化合物；
(2)回收含铀元素的反应产物；
(3)将步骤(2)回收铀元素后的剩余产物冷却至350-600℃，通入氟气和惰性气体的混合气体，进行反应，回收含镎元素的反应产物；
步骤(2)中反应温度高于步骤(3)的反应温度。
2.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，所述混合物A或者混合物B中，铀元素的含量为大于等于1ppm；
和/或，所述含铀元素的物质还包含核裂变产物和/或金属合金。
3.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铀的化合物为含铀的氟化物、含铀的氧化物和含铀的氮化物中的一种或多种，较佳地为四氟化铀、氟化铀酰、三氧化铀、八氧化三铀、二氧化铀和氮化铀等中的一种或多种，例如四氟化铀或者二氧化铀；
和/或，所述镎的化合物为镎的氧化物、镎的氟化物和镎的氯化物中的一种或多种；
较佳地，所述镎的化合物和所述镎单质中镎元素为237Np。
4.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合物B中，所述熔盐为共融盐；
所述共融盐较佳地为含有氟的共融盐；更佳地为KF-ZrF4共融盐、NaF-ZrF4共融盐和LiF-BeF2共融盐中的一种或多种；
所述KF-ZrF4共融盐中KF和ZrF4的摩尔比较佳地为58：42；
所述NaF-ZrF4共融盐中NaF和ZrF4的摩尔比较佳地为58：42；
所述LiF-BeF2共融盐中LiF和BeF2的摩尔比较佳地为67：33。
5.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述回收含铀元素的反应产物的方法按下述步骤进行：加热所述反应器，通入三氟化氮和惰性气体的混合气体，进行反应后，收集含铀元素的反应产物即可；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，较佳地，所述加热的过程为由室温加热至450-700℃，例如由室温加热至450℃、500℃、650℃或者700℃；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，加热所述反应器至反应温度后，较佳地进行保温；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，较佳地，所述保温的时间为1h-4h，例如1h、2h或者3h；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，较佳地，所述三氟化氮和惰性气体的混合气体中，所述三氟化氮的体积分数为5％-100％，更佳地为10％-30％，例如20％、25％或者30％；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，所述混合气体的通气流量较佳地为0.1L/min-5L/min，更佳地为0.2L/min-3L/min，更佳地为0.3L/min-3L/min，更佳地为0.5L/min-3L/min；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，较佳地，所述反应产物中UF6浓度低于检测下限时，停止所述反应；所述检测的方式为通过傅里叶红外光谱仪在线检测所述反应器的出口气体；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，较佳地，所述反应的时间为30min-120min，之后，停止所述反应；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，较佳地，通入所述三氟化氮和惰性气体的混合气体的方式为连续通入；
所述回收含铀元素的反应产物的过程中，所述收集含铀元素的反应产物的方法较佳地为冷凝法、吸附法或溶液吸收法；
其中，所述冷凝法通过使用冷阱进行冷凝，所述冷阱为较佳地为多级冷阱，更佳地为二级冷阱；
采用冷凝法回收含铀元素的反应产物的过程中，较佳地，冷凝的温度为-5℃至-100℃，更佳地为-40℃至-60℃；
其中，所述吸附法通过具有吸附剂的吸附柱进行吸附；
所述吸附法中，所述吸附柱较佳地为多级吸附柱，更佳地为两级吸附柱；
所述吸附法中，吸附的温度较佳地为0℃至200℃；
采用吸附法回收含铀元素的反应产物的过程中，采用的吸附剂较佳地为氟化钠，所述吸附的温度较佳地为90-110℃，更佳地为100-110℃。
6.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述冷却至350-600℃，例如冷却至350℃、400℃、450℃、500℃、550℃或600℃；
较佳地，所述冷却至350-600℃之后进行保温，所述保温的时间较佳地为1h-4h，例如1h、2h或者3h。
7.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氟气和惰性气体的混合气体中，所述氟气的体积分数为5％-100％，较佳地为10％-30％，例如15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或者90％。
8.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混合气体的通气流量为0.1L/min-5L/min，较佳地为0.2L/min-3L/min，较佳地为0.3L/min-3L/min，较佳地为0.5L/min-3L/min。
9.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述反应的时间为60min-120min，例如反应的时间为70min、80min或者90min。
10.如权利要求1所述的氟化挥发技术分离铀和镎的方法，其特征在于，步骤(3)中所述回收含镎元素的反应产物的方法较佳地为冷凝法、吸附法或溶液吸收法；
其中，所述冷凝法通过使用冷阱进行冷凝，所述冷阱为较佳地为多级冷阱，更佳地为二级冷阱；
采用冷凝法回收含镎元素的反应产物的过程中，较佳地，冷凝的温度为-5℃至-100℃，更佳地为-40℃至-60℃；
其中，所述吸附法通过具有吸附剂的吸附柱进行吸附；
所述吸附法中，所述吸附柱较佳地为多级吸附柱，更佳地为两级吸附柱；
所述吸附法中，吸附温度较佳地为0℃至200℃；
所述溶液吸收法中，采用的吸收液较佳地为硝酸溶液，所述硝酸溶液的浓度较佳地为0.1-1mol/L；更佳地为0.5-1mol/L。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111051577.1A CN113881862A (zh) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 氟化挥发技术分离铀和镎的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111051577.1A CN113881862A (zh) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 氟化挥发技术分离铀和镎的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113881862A true CN113881862A (zh) | 2022-01-04 |
Family
ID=79008764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111051577.1A Pending CN113881862A (zh) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 氟化挥发技术分离铀和镎的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113881862A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3615267A (en) * | 1969-03-11 | 1971-10-26 | Atomic Energy Commission | Separation of neptunium from uranium hexafluoride containing the same |
| WO2010014745A2 (en) * | 2008-07-29 | 2010-02-04 | Battelle Memorial Institute | Systems and methods for treating material |
| CN102471829A (zh) * | 2009-07-17 | 2012-05-23 | 法国原子能及替代能源委员会 | 用于从熔盐介质中提取至少一种化学元素的方法 |
| CN104428429A (zh) * | 2012-06-26 | 2015-03-18 | 原子能与替代能源委员会 | 涉及使用含特殊熔盐介质的、用于从至少一种第二化学元素e2中分离至少一种第一化学元素e1的方法 |
| CN110194494A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-03 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种以三氟化氮为氟化剂氟化挥发回收铀的方法 |
| CN110387473A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-10-29 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种以三氟化氮为氟化剂氟化分离铀和钼的方法 |
-
2021
- 2021-09-08 CN CN202111051577.1A patent/CN113881862A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3615267A (en) * | 1969-03-11 | 1971-10-26 | Atomic Energy Commission | Separation of neptunium from uranium hexafluoride containing the same |
| WO2010014745A2 (en) * | 2008-07-29 | 2010-02-04 | Battelle Memorial Institute | Systems and methods for treating material |
| CN102471829A (zh) * | 2009-07-17 | 2012-05-23 | 法国原子能及替代能源委员会 | 用于从熔盐介质中提取至少一种化学元素的方法 |
| CN104428429A (zh) * | 2012-06-26 | 2015-03-18 | 原子能与替代能源委员会 | 涉及使用含特殊熔盐介质的、用于从至少一种第二化学元素e2中分离至少一种第一化学元素e1的方法 |
| CN110194494A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-03 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种以三氟化氮为氟化剂氟化挥发回收铀的方法 |
| CN110387473A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-10-29 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种以三氟化氮为氟化剂氟化分离铀和钼的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3222124A (en) | Irradiated fuel reprocessing | |
| CN110387473B (zh) | 一种以三氟化氮为氟化剂氟化分离铀和钼的方法 | |
| CN110194494A (zh) | 一种以三氟化氮为氟化剂氟化挥发回收铀的方法 | |
| Morel et al. | Uranium and fluorine cycles in the nuclear industry | |
| US3178258A (en) | Separation of plutonium hexafluoride from uranium hexafluoride by selective sorption | |
| US3808320A (en) | Method for reprocessing radioactive materials | |
| Schmets | Reprocessing of spent nuclear fuels by fluoride volatility processes | |
| US20060057043A1 (en) | Reprocessing method by fluoride volatility process using solid-gas separation | |
| CN113881862A (zh) | 氟化挥发技术分离铀和镎的方法 | |
| Cathers | Uranium recovery for spent fuel by dissolution in fused salt and fluorination | |
| Gray | Explosion and fire during conversion of liquid uranyl nitrate to solid uranium oxide | |
| Tananaev et al. | The chemistry of uranium fluorides | |
| US3357802A (en) | Single cycle irradiated fuel reprocessing | |
| US3043653A (en) | Recovery of uranium from zirconiumuranium nuclear fuels | |
| US3423190A (en) | Plutonium tetrafluoride preparation and separation by sorption on sodium fluoride | |
| Blanco | Processing of Power Reactor Fuels | |
| Larsen et al. | Determination of Bromine in Uranium Fluorides and Oxides | |
| CN111785407B (zh) | 一种含钼的物质的处理方法 | |
| RU2400846C1 (ru) | Способ растворения некондиционного и/или отработавшего ядерного топлива | |
| Shuler et al. | Extraction of Pd from acidic high-activity nuclear waste using Purex process compatible organic extractants | |
| US2849285A (en) | Method for purifying uranium | |
| Barghusen et al. | Production of Uranium | |
| US2982599A (en) | Production of plutonium fluoride from bismuth phosphate precipitate containing plutonium values | |
| Sakurai et al. | Influence of NOx and HNO2 on iodine quantity in spent-fuel solutions | |
| JP2002071865A (ja) | 原子炉用混合酸化物燃料の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220104 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |