JP2018536847A - Use of an aldoxime containing at least 5 carbon atoms as an anti-nitrite agent in an operation for reductive stripping of plutonium - Google Patents

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Abstract

本発明は、プルトニウムの還元ストリッピング操作における抗亜硝酸剤としての、少なくとも5個の炭素原子を含むアルドキシムの使用に関する。本発明は、プルトニウムの還元ストリッピングのための1つ以上の操作を含む使用済み核燃料の処理のための任意の方法において、および特に、使用済み核燃料の処理のための最新の工場において実施されるようなPUREX法において、およびそれらから派生される方法において適用できる。The present invention relates to the use of an aldoxime containing at least 5 carbon atoms as an anti-nitrite agent in a plutonium reduction stripping operation. The present invention is implemented in any method for the treatment of spent nuclear fuel, including one or more operations for the reduction stripping of plutonium, and in particular in modern factories for the treatment of spent nuclear fuel. It can be applied in such PUREX methods and in methods derived therefrom.

Description

本発明は、使用済み核燃料の処理に関連する分野に関する。   The present invention relates to the field related to the processing of spent nuclear fuel.

より具体的には、本発明は、プルトニウムの還元ストリッピング操作における抗亜硝酸剤としての、少なくとも5個の炭素原子を有するアルドキシムの使用に関する。   More specifically, the present invention relates to the use of aldoximes having at least 5 carbon atoms as anti-nitrite agents in plutonium reductive stripping operations.

本発明は、プルトニウムの1つ以上の還元ストリッピング操作を含む使用済み核燃料の処理のための任意の方法に適用し得る。   The present invention may be applied to any method for the treatment of spent nuclear fuel including one or more reduction stripping operations of plutonium.

前記操作は特に、例えば最新の核燃料処理工場(すなわち、フランスのラ・アーグ(La Hague)におけるUP3およびUP2−800工場、および日本の六ケ所村工場)で実施されたピューレックス(PUREX)法において、まずこの方法の第1の除染サイクルのU/Pu分配工程を実施するため、そして第二に、この第1の除染サイクルに続く「第2のプルトニウムサイクル」と通常称されるプルトニウム精製サイクルにおいて核分裂生成物のプルトニウム除染を改善するために含まれている。   In particular, in the PUREX process carried out, for example, in the latest nuclear fuel processing plants (ie the UP3 and UP2-800 plants in La Hague, France, and the Rokkasho Village plant in Japan) First, to carry out the U / Pu distribution step of the first decontamination cycle of the method, and secondly, the plutonium purification cycle commonly referred to as the “second plutonium cycle” following this first decontamination cycle In order to improve the plutonium decontamination of fission products.

それらはまた、このピューレックス法から派生したいくつかの方法、例えばCOEX法の名称で知られる国際特許出願[特許文献1]に記載されたもの、または国際特許出願[特許文献2]に記載されたものにも含まれている。   They are also described in several methods derived from this Purex method, such as those described in the international patent application known under the name of the COEX method [Patent Document 1], or in the international patent application [Patent Document 2]. It is also included.

使用済み核燃料の処理のための上記の方法において実施されている、プルトニウムの還元ストリッピング操作においては、プルトニウムは、その中でプルトニウムが酸化状態(IV)にある有機相(または溶媒相)から、それを有機相に対するその親和性が非常に低い状態である酸化状態IIIへ還元することにより、水性相へ通過される。   In the plutonium reduction stripping operation carried out in the above method for the treatment of spent nuclear fuel, the plutonium is taken from the organic phase (or solvent phase) in which the plutonium is in the oxidation state (IV), It is passed to the aqueous phase by reducing it to oxidation state III, which has a very low affinity for the organic phase.

プルトニウム(IV)のプルトニウム(III)への還元は、還元剤により誘発され、該還元剤は、ストリッピングのために使用される水性相へ添加され、かつ抗亜硝酸剤により安定化される。   The reduction of plutonium (IV) to plutonium (III) is induced by a reducing agent, which is added to the aqueous phase used for stripping and is stabilized by an anti-nitrite agent.

例えば、最新の核燃料再処理工場で実施されたピューレクス法(本明細書の残りの部分ではより簡単に「PUREX法」と称される)の、第1の除染サイクルでは、U/Pu分配工程においてプルトニウムをストリッピングするために使用される還元剤は、ウラン(IV)(または硝酸ウラナス)であり、一方、抗亜硝酸剤はヒドラジンとしても公知の硝酸ヒドラジニウムである。   For example, in the first decontamination cycle of the Purex process (referred to more simply as the “PUREX process” in the rest of the specification) performed at a modern nuclear fuel reprocessing plant, the U / Pu distribution process The reducing agent used for stripping plutonium in uranium is uranium (IV) (or uranas nitrate), while the anti-nitrite is hydrazinium nitrate, also known as hydrazine.

考慮されるべき主要な化学反応は以下の通りである:
−ウラン(IV)によるプルトニウム(IV)のプルトニウム(III)への還元(機能的反応):
4++2Pu4++2HO→UO 2++2Pu3++4H
−プルトニウム(III)のプルトニウム(IV)への再酸化(寄生反応):
Pu3++HNO+1.5H+0.5NO →Pu4++0.5HO+1.5HNO
−ヒドラジンによる亜硝酸のアジ化水素酸(azothydric acid)への破壊(有用な反応):
NO+HNO→NH+HNO+2HO。
The main chemical reactions to be considered are:
-Reduction of plutonium (IV) to plutonium (III) with uranium (IV) (functional reaction):
U 4+ + 2Pu 4+ + 2H 2 O → UO 2 2+ + 2Pu 3+ + 4H +
-Reoxidation of plutonium (III) to plutonium (IV) (parasitic reaction):
Pu 3+ + HNO 2 + 1.5H + + 0.5NO 3 → Pu 4+ + 0.5H 2 O + 1.5HNO 2
-Degradation of nitrous acid to azohydric acid with hydrazine (useful reaction):
N 2 H 5 NO 3 + HNO 2 → N 3 H + HNO 3 + 2H 2 O.

最初の2つの反応は、水性相および有機相中で起こるのに対し、ヒドラジンによる亜硝酸の破壊反応は、有機相によるヒドラジンの非抽出性が原因で水性相でのみ起こり、この有機相は、水素化テトラプロピレン(またはHTP)中30%(v/v)のリン酸トリ−n−ブチル(またはTBP)からなる。   The first two reactions occur in the aqueous and organic phases, whereas the destruction of nitrous acid by hydrazine occurs only in the aqueous phase due to the non-extractability of hydrazine by the organic phase, Consists of 30% (v / v) tri-n-butyl phosphate (or TBP) in hydrogenated tetrapropylene (or HTP).

有機相中のプルトニウム(III)の存在は、少量であっても、最初の2つの反応によりウラン(IV)の酸化を触媒し、それにより亜硝酸を発生させる。   The presence of plutonium (III) in the organic phase catalyzes the oxidation of uranium (IV) by the first two reactions, even in small quantities, thereby generating nitrous acid.

実験室用遠心抽出器で実験的研究を実施した場合、抽出器滞留時間が短い場合(数秒間程度)でも、酸化によるウラン(IV)の消費が非常に高いことが確認できた。このウラン(IV)の酸化は、ヒドラジンが水性相中のみに含有されることから、本質的に有機相中で発生する。結果として、プルトニウムの還元ストリッピング操作スキームは、大過剰の還元剤を提供する。   When an experimental study was conducted with a laboratory centrifugal extractor, it was confirmed that the consumption of uranium (IV) due to oxidation was very high even when the residence time of the extractor was short (about several seconds). This oxidation of uranium (IV) occurs essentially in the organic phase because hydrazine is contained only in the aqueous phase. As a result, the plutonium reduction stripping scheme provides a large excess of reducing agent.

ヒドラジンによる亜硝酸の破壊反応により生成されたアジ化水素酸は、次に反応:
HN+HNO→N+NO+H
に従って、亜硝酸と反応する。
Hydroazide produced by the destruction of nitrous acid with hydrazine is then reacted:
HN 3 + HNO 2 → N 2 + N 2 O + H 2 O
Reacts with nitrous acid according to

しかしながら、この反応のキネティクスは、ヒドラジンによる亜硝酸の破壊よりもずっと遅く、そのことは、アジ化水素酸がU/Pu分配工程の流出水性相および有機相中に見出されることを意味する。   However, the kinetics of this reaction is much slower than the destruction of nitrous acid by hydrazine, which means that hydrazoic acid is found in the effluent aqueous and organic phases of the U / Pu partitioning process.

それ故、ヒドラジンは有機相により非抽出性であり、かつそれ故水性相中でのみ作用することから、このことが試薬の高い消費と、この方法の産業応用を妨げる化学種の製造とをもたらす。   Therefore, since hydrazine is non-extractable by the organic phase and therefore acts only in the aqueous phase, this leads to high reagent consumption and the production of chemical species that hinder the industrial application of this method. .

この問題を解決するため、国際特許出願[特許文献3]において、ブチルアルデヒドオキシムもしくはブチルアルドキシムとも称されるブタナールオキシムを、ヒドラジンと組合せて、ブタナールオキシムが有機相の安定化を可能にする一方で、ヒドラジンが水性相を安定化する、2相の抗亜硝酸システムを使用することが提案された。   In order to solve this problem, in the international patent application [Patent Document 3], butanal oxime, also called butyraldehyde oxime or butyl aldoxime, is combined with hydrazine, so that butanal oxime can stabilize the organic phase. However, it has been proposed to use a two-phase anti-nitrite system in which hydrazine stabilizes the aqueous phase.

ブタナールオキシムをヒドラジンと共に使用することは、特に、プルトニウムの還元ストリッピングを実施するのに必要な硝酸ウラナス及びヒドラジンの量を著しく減少できること、およびそれにより有機相中のヒドラジンの非抽出に関連した不利益を軽減するという、いくつかの利点を可能にするが、しかしながら以下の理由によりそれは完全に充分というわけではない:
−有機相によるブタナールオキシムの比較的低い抽出により、その中でプルトニウムの還元ストリッピングが起こる抽出器へこのオキシムを多量に添加することが余儀なくされ、有機相中にブタナールオキシムの有効濃度を得ることが所望される場合;特にU/Pu分配工程においては、有機相によるブタナールオキシムの抽出はアクチニドによるこの相の飽和により大幅に減少され、そのことが最終的にこのオキシムの使用を、この分配工程の実施にはほぼ適さないものにすること;
−水性相中でヒドラジンを連続して使用すること;実際、ヒドラジンは水性相中で最も有効な抗亜硝酸剤の1つであるという事実にもかかわらず、その使用は、アジ化水素酸の生成に関連して既に示した問題が原因となるばかりではなく、その毒性の理由からも制限される:ヒドラジンは、事実上CMR物質のリストに載っており、すなわち、化学品の登録、評価、認可、および制限(REACH規制)に関する欧州議会と理事会の規則(EC)1907/2006により、発癌性、変異原性、および/または生殖・発生毒性の可能性が潜在的にあるか、またはそうであると見なされており、かつ遅かれ早かれこの規則の付属書(Annex)XIVの元に認可に従う物質のリストに入れられそうであり、その場合には、欧州化学機関(European Chemicals Agency(ECHA))により示される特定の免除がない限り、そのマーケティングおよび工業的使用は禁止されるであろう。
The use of butanal oxime with hydrazine has been particularly associated with the ability to significantly reduce the amount of uranas nitrate and hydrazine required to carry out reductive stripping of plutonium, and thereby the non-extraction of hydrazine in the organic phase. It allows several advantages of reducing the disadvantages, however it is not completely sufficient for the following reasons:
-The relatively low extraction of butanal oxime by the organic phase forced the addition of a large amount of this oxime into the extractor in which plutonium reductive stripping occurred, resulting in an effective concentration of butanal oxime in the organic phase When it is desired to obtain; especially in the U / Pu partitioning process, the extraction of butanal oxime with the organic phase is greatly reduced by saturation of this phase with the actinide, which ultimately reduces the use of this oxime, Make it almost unsuitable for carrying out this distribution process;
-The continuous use of hydrazine in the aqueous phase; in fact, despite the fact that hydrazine is one of the most effective anti-nitrites in the aqueous phase, its use is Not only is it caused by the problems already shown in connection with production, but also is limited by the reasons for its toxicity: hydrazine is virtually on the list of CMR substances, ie chemical registration, evaluation, The European Parliament and Council Regulation (EC) 1907/2006 on Authorization and Restriction (REACH Regulation) has or is potentially carcinogenic, mutagenic, and / or reproductive and developmental toxic And sooner or later will be included in the list of substances subject to authorization under Annex XIV of this Regulation, in which case the European Chemicals Agency (Eu Unless specific exemption indicated by opean Chemicals Agency (ECHA)), its marketing and industrial use will be banned.

加えて、ヒドラゾンの生成につながる、ブタナールオキシムのヒドラジンとの反応が観察されている。この反応は、ブタナールオキシムの性能を低減し、これら2つの試薬の過剰消費をもたらす。   In addition, a reaction of butanal oxime with hydrazine has been observed leading to the formation of hydrazone. This reaction reduces the performance of butanal oxime, resulting in overconsumption of these two reagents.

上記を考慮して、本発明者らはそれ故、高い抗亜硝酸活性をもつ化合物であって、しかしその使用が、PUREX法において現在使用されるようなヒドラジンの使用によるか、または[特許文献3]において提案されたような2相のブタナールオキシム/ヒドラジンシステムの使用によってもたらされる不利益のない、該化合物を見つけようと試みた。   In view of the above, we are therefore compounds with high antinitrite activity, but their use is due to the use of hydrazine as currently used in the PUREX process or [Patent Document Attempts were made to find the compound without the disadvantages caused by the use of a two-phase butanal oxime / hydrazine system as proposed in 3].

より具体的には、本発明者らはこれらの化合物が、有機相、特にPUREX法(同じ温度および圧力条件下)において使用されるタイプの有機相により、有機相がアクチニドで飽和される場合であってもブタナールオキシムよりもさらに抽出性でなければならず、それによって(1)プルトニウムの還元ストリッピングに必要なこれらの化合物の量を減少させること、および(2)これらの化合物をPUREX法の第1の除染サイクルにおいてU/Pu分配工程におけるプルトニウムのストリッピングのため、ならびにこの方法の第2のプルトニウムサイクルにおいてプルトニウムのストリッピングのために使用可能にする、という目標を自ら設定した。   More specifically, we have found that these compounds are saturated with an actinide by the organic phase, particularly the type of organic phase used in the PUREX process (under the same temperature and pressure conditions). Must be more extractable than butanal oxime, thereby (1) reducing the amount of these compounds required for reductive stripping of plutonium, and (2) the PUREX process. We set our own goal of enabling it for plutonium stripping in the U / Pu distribution process in the first decontamination cycle of the process, and for plutonium stripping in the second plutonium cycle of the process.

本発明者らはさらに、これらの化合物が、ヒドラジンの使用を完全に回避させるようにしなければならないという目標を自ら設定した。   We further set our own goal that these compounds must be made to completely avoid the use of hydrazine.

国際公開第2006/072729号International Publication No. 2006/072729 国際公開第2011/000844号International Publication No. 2011/000844 国際公開第2008/148863号International Publication No. 2008/148863

これらの、および他の目的は、プルトニウムの還元ストリッピング操作における抗亜硝酸剤として、少なくとも5個の炭素原子を有する少なくとも1つのアルドキシム、すなわち、式R−CH=N−OH[式中、Rは、少なくとも4個の炭素原子を有する炭化水素鎖である]のオキシムの使用を提案する、本発明により達成される。   These and other purposes are as anti-nitrite agents in plutonium reductive stripping operations, at least one aldoxime having at least 5 carbon atoms, ie the formula R—CH═N—OH, wherein R Is a hydrocarbon chain having at least 4 carbon atoms] and is achieved by the present invention, which proposes the use of oximes.

好ましくは、アルドキシムは、式中、Rが最大でも12個の炭素原子、および有利には最大でも8個の炭素原子を含む、上記の式を満たす。   Preferably, the aldoxime satisfies the above formula, wherein R contains at most 12 carbon atoms, and advantageously at most 8 carbon atoms.

より良くは、アルドキシムが、式中、Rが4から8個の炭素原子を有する直鎖アルキル鎖である、上記の式を満たす。   Even better, the aldoxime satisfies the above formula where R is a straight chain alkyl chain having 4 to 8 carbon atoms.

前記アルドキシムは、式n−C−CH=N−OHの、バレルアルデヒドオキシムまたはバレルアルドキシムとも称されるペンタナールオキシム、式n−C11−CH=N−OHのヘキサナールオキシム、式n−C13−CH=N−OHのヘプタナールオキシム、式n−C15−CH=N−OHのオクタナールオキシム、および式n−C17−CH=N−OHのノナナールオキシムである。 The aldoxime is of the formula n-C 4 H 9 -CH = N-OH, valeraldehyde oxime or barrel aldoxime also referred pentanal oxime, hexanal oxime of the formula n-C 5 H 11 -CH = N-OH , hepta oxime of the formula n-C 6 H 13 -CH = n-OH, octa oxime of the formula n-C 7 H 15 -CH = n-OH, and wherein n-C 8 H 17 -CH = N- It is a nonanal oxime of OH.

アルドキシムの中でも、特別な好ましさは、ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムに与えられる。   Among the aldoximes, special preference is given to pentanal oxime and hexanal oxime.

本発明に準拠すれば、プルトニウムの還元ストリッピング操作は、好ましくは:
−有機希釈剤中に抽出剤および酸化状態IVのプルトニウムを含む非水混和性の有機相を、プルトニウム(IV)をプルトニウム(III)へ還元し得る還元剤および硝酸を含む水性相と接触させる工程であって、アルドキシムが、その水への溶解度に依存して、有機相中または水性相中のいずれかに含有されている工程;次に
−そのように接触された有機相および水性相を分離する工程、
を含む。
In accordance with the present invention, the plutonium reduction stripping operation is preferably:
Contacting the non-water miscible organic phase comprising an extractant and oxidation state IV plutonium in an organic diluent with an aqueous phase comprising nitric acid and a reducing agent capable of reducing plutonium (IV) to plutonium (III). Wherein aldoxime is contained either in the organic phase or in the aqueous phase, depending on its solubility in water; then-separating the organic and aqueous phases so contacted The process of
including.

それ故、水中に部分的に可溶性であり、かつプルトニウムの還元ストリッピング操作において使用可能な有機希釈剤中に部分的に可溶性である(これらの操作に通常使用される温度および圧力の条件下で)ペンタナールオキシムは、水性相又は有機相のいずれかに添加され得るが、水に不溶性またはほぼ不溶性である(上記の条件下で)6個以上の炭素原子を有するアルドキシムは、有機相へ添加される。   Therefore, it is partially soluble in water and partially soluble in organic diluents that can be used in plutonium reduction stripping operations (under conditions of temperature and pressure normally used in these operations). ) Pentanal oxime can be added to either the aqueous phase or the organic phase, while aldoximes with 6 or more carbon atoms that are insoluble or nearly insoluble in water (under the above conditions) are added to the organic phase Is done.

本発明においては、水性相中に含有される還元剤は、好ましくは、ウラン(IV)、硝酸ヒドロキシルアミンとも称される硝酸ヒドロキシルアンモニウム、ヒドロキシルアミンのアルキル化誘導体、スルファミン酸第一鉄、およびスルファミン酸の中から選択される。   In the present invention, the reducing agent contained in the aqueous phase is preferably uranium (IV), hydroxylammonium nitrate, also called hydroxylamine nitrate, alkylated derivatives of hydroxylamine, ferrous sulfamate, and sulfamine. Selected from among acids.

これらの還元剤の中では、特別の好ましさは、ウラン(IV)および硝酸ヒドロキシルアンモニウムに与えられ、これらは、PUREX法において、まず、第1の除染サイクルにおけるU/Pu分配工程において、次に、第2のプルトニウムサイクルにおいて、プルトニウム(IV)をプルトニウム(III)に還元するために使用される2つの薬剤である。   Among these reducing agents, particular preference is given to uranium (IV) and hydroxylammonium nitrate, which in the PUREX process, first in the U / Pu distribution step in the first decontamination cycle, Next, in the second plutonium cycle are the two agents used to reduce plutonium (IV) to plutonium (III).

また、抽出剤は好ましくは、リン酸トリ−n−アルキルおよびより良くはTBPであり、一方有機希釈剤は、好ましくは直鎖または分枝鎖ドデカン、例えばn−ドデカンまたはHTP、イソパラフィン系溶媒、例えばイサン(Isane)IP185、イサンIP165、またはイソパール(Isopar)L、またはケロシンであり、この場合、抽出剤は好ましくは、この有機希釈剤中に30%(v/v)の割合で含有される。   Also, the extractant is preferably tri-n-alkyl phosphate and better TBP, while the organic diluent is preferably linear or branched dodecane, such as n-dodecane or HTP, isoparaffinic solvents, For example, Isane IP185, Isan IP165, or Isopar L, or kerosene, in which case the extractant is preferably contained in the organic diluent at a rate of 30% (v / v) .

いずれの場合も、アルドキシムは、好ましくは0.01mol/Lから3mol/Lまで、およびより良くは0.05mol/Lから0.5mol/Lまでの範囲の有機または水性相の濃度において使用され、一方還元剤は、好ましくは0.02mol/Lから0.6mol/Lまで、およびより良くは0.2mol/Lから0.4mol/Lまでの範囲の水性相の濃度において使用される。   In any case, the aldoxime is preferably used at a concentration of the organic or aqueous phase ranging from 0.01 mol / L to 3 mol / L, and better from 0.05 mol / L to 0.5 mol / L, On the other hand, the reducing agent is preferably used at concentrations in the aqueous phase ranging from 0.02 mol / L to 0.6 mol / L, and better from 0.2 mol / L to 0.4 mol / L.

硝酸については、これは有利には、0.05mol/Lから2mol/Lまでの範囲の濃度において、水性相中に含有される。   For nitric acid, this is advantageously contained in the aqueous phase at concentrations ranging from 0.05 mol / L to 2 mol / L.

本発明においては、アルドキシムは、有機相と水性相が互いに接触しているとき、それらの間にバランスよく分配されている場合には、プルトニウムの還元ストリッピング操作における唯一の抗亜硝酸剤として使用可能である。しかしながら、これが事実ではない場合、アルドキシムは有機相により高度に抽出性であり(プルトニウムの還元ストリッピング操作において通常使用される温度および圧力の条件下で)−このことは典型的には、ヘキサナールオキシムまたはオクタナールオキシムなどの6個以上の炭素原子を有するアルドキシムについて起こるが−そこでこのアルドキシムは、有利には、この有機相により非抽出性(同じ温度および圧力の条件下で)のオキシムである第2の抗亜硝酸剤と組合せて使用される。   In the present invention, aldoxime is used as the only anti-nitrite agent in the plutonium reductive stripping operation when the organic and aqueous phases are in contact with each other and are balanced between them. Is possible. However, if this is not the case, aldoximes are highly extractable in the organic phase (under conditions of temperature and pressure normally used in plutonium reductive stripping operations)-this is typically hexanal oxime Or occurs for aldoximes having 6 or more carbon atoms, such as octanal oximes, where the aldoximes are advantageously non-extractable (under the same temperature and pressure conditions) oximes by this organic phase. Used in combination with two anti-nitrite agents.

この場合、水性相中に含有される非抽出性のオキシムは、好ましくは、式CH=N−OHを有する、ホルムアルデヒドオキシムとも称されるホルムアルドキシム、または式CH−CH=N−OHを有する、アセトアルデヒドオキシムとも称されるアセトアルドキシムあり、かつ有利には、0.01mol/Lから1mol/Lまで、およびより良くは0.05mol/Lから0.2mol/Lまでの範囲の水性相の濃度において使用される。 In this case, the non-extractable oxime contained in the aqueous phase is preferably formaldoxime, also referred to as formaldehyde oxime, having the formula CH 2 ═N—OH, or the formula CH 3 —CH═N—OH. Acetaldehyde oxime, also referred to as acetaldehyde oxime, and advantageously aqueous in the range of 0.01 mol / L to 1 mol / L, and better 0.05 mol / L to 0.2 mol / L Used in phase concentration.

本発明の特定の1つの好ましい提供によれば、プルトニウムの還元ストリッピング操作は、好ましくはPUREX法またはCOEX法におけるプルトニウムのストリッピング操作の1つである。   According to one particular preferred provision of the invention, the plutonium reduction stripping operation is preferably one of the plutonium stripping operations in the PUREX or COEX process.

本発明は、多くの利点を可能にする。それは、あるものについては単独で使用される場合に、また他のものについては有機相により非抽出性のオキシムと組合せて使用される場合に、水性相および有機相の双方においてプルトニウム(III)からプルトニウム(IV)への再酸化を最も有効に阻止し得る、ある量の抗亜硝酸剤を与える。   The present invention allows for a number of advantages. It is derived from plutonium (III) in both the aqueous and organic phases when used alone for some and when used in combination with non-extractable oximes by the organic phase for others. Provides an amount of anti-nitrite that can most effectively prevent reoxidation to plutonium (IV).

それ故、本発明が、PUREX法のU/Pu分配工程において実施されるような操作のためであろうと、或いはこの同じ方法の第2のプルトニウムサイクルにおいて実施されるような操作のためであろうと、ヒドラジンの使用なしにプルトニウムの還元ストリッピング操作を可能にするという事実に加えて、それはまた、抗亜硝酸剤がヒドラジンである場合に必要な量に比較して、これらの操作を実施するのに必要な還元剤および抗亜硝酸剤の量の非常に強力な削減も可能にする。   Therefore, whether the present invention is for an operation as performed in the U / Pu distribution process of the PUREX process, or for an operation as performed in the second plutonium cycle of this same process. In addition to the fact that it allows the reduction stripping operation of plutonium without the use of hydrazine, it also performs these operations compared to the amount required when the anti-nitrite is hydrazine. It also allows a very powerful reduction in the amount of reducing agent and anti-nitrite needed for the process.

本発明はそれ故、これらの抗亜硝酸剤をプルトニウムの還元ストリッピング操作に特化された装置に添加するために必要なポイントの数の低減、およびそれ故、この装置の単純化を想定することを可能にする。   The present invention therefore contemplates a reduction in the number of points required to add these anti-nitrites to equipment specialized for plutonium reduction stripping operations, and therefore simplification of this equipment. Make it possible.

さらに、プルトニウムのストリッピングはより効率的であり、かつそれによりストリッピング操作の終わりには、抗亜硝酸剤としてヒドラジンを用いる場合に得られるよりも高いプルトニウム濃度を有する水性相を得ることにつながることから、本発明はまた、プルトニウムの還元ストリッピング操作を実施するために現在用いられている装置のサイズを減少させることを想定できるようにする。   Furthermore, plutonium stripping is more efficient, and at the end of the stripping operation leads to an aqueous phase having a higher plutonium concentration than that obtained when using hydrazine as an anti-nitrite agent. In view of this, the present invention also makes it possible to envisage reducing the size of the equipment currently used to carry out the reduction stripping operation of plutonium.

本発明の他の特徴および他の利点は、以下の実施例を読むことでより明らかとなるであろう。   Other features and other advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following examples.

明らかに、これらの実施例は本発明の主題を例示するものとして示されるにすぎず、いかなる方法でもそれについて制限的であるものではない。   Obviously, these examples are merely given as illustrative of the subject matter of the present invention and are not limiting in any way.

n−ドデカン中のTBPを含む有機相と、異なる濃度の硝酸を含む水性相との間の、ペンタナールオキシム(記号■)およびヘキサナールオキシム(記号●)の分配係数を示す図であり;比較のため、この図はまたブタナールオキシムについて同じ条件下で得られた分配係数(記号▲)も示している。FIG. 7 shows the partition coefficients of pentanal oxime (symbol ■) and hexanal oxime (symbol ●) between an organic phase containing TBP in n-dodecane and an aqueous phase containing different concentrations of nitric acid; Therefore, this figure also shows the partition coefficient (symbol ▲) obtained under the same conditions for butanal oxime. 有機相と水性相との間の、ペンタナールオキシム(記号■)およびヘキサナールオキシム(記号●)分配係数を示す図であり、これは、ウラン(IV)の濃度および硝酸の濃度の観点から、PUREX法のU/Pu分配工程において得られた有機相および水性相をシミュレートする。FIG. 5 shows the distribution coefficient of pentanal oxime (symbol ■) and hexanal oxime (symbol ●) between the organic phase and the aqueous phase, in terms of the concentration of uranium (IV) and the concentration of nitric acid. Simulate the organic and aqueous phases obtained in the U / Pu distribution step of the process. 有機相と水性相との間の、ペンタナールオキシム(記号■)およびヘキサナールオキシム(記号●)分配係数を示す図であり、これは、ウラン(IV)の濃度および硝酸の濃度の観点から、PUREX法のU/Pu分配工程において得られた有機相および水性相をシミュレートする。FIG. 5 shows the distribution coefficient of pentanal oxime (symbol ■) and hexanal oxime (symbol ●) between the organic phase and the aqueous phase, in terms of the concentration of uranium (IV) and the concentration of nitric acid. Simulate the organic and aqueous phases obtained in the U / Pu distribution step of the process. 水性硝酸相中のペンタナールオキシムによる亜硝酸の破壊キネティクス(曲線A)を例示する図であり;比較のため、この図はまた、同じ条件下で得られるような、ブタナールオキシムによる(曲線B)、およびアセトアルドキシムによる(曲線C)、亜硝酸の破壊キネティクスも例示する。FIG. 3 illustrates the kinetics of nitrite destruction by pentanal oxime in an aqueous nitric phase (curve A); for comparison, this figure also shows that by butanal oxime (curve B, as obtained under the same conditions). ), And acetoaldoxime (curve C), also illustrating the kinetics of nitrite destruction. n−ドデカン中のTBPを含む有機相中のペンタナールオキシムによる(曲線A)、およびヘキサナールオキシムによる(曲線B)、亜硝酸の破壊キネティクスを例示する図であり;比較のため、この図はまた、同じ条件下で得られるような、ブタナールオキシムによる(曲線C)亜硝酸の破壊キネティクスも例示する。FIG. 3 illustrates the kinetics of nitrite destruction by pentanal oxime (curve A) and by hexanal oxime (curve B) in an organic phase containing TBP in n-dodecane; Also illustrated is the kinetics of destruction of nitrite by (but curve C) butanal oxime, as obtained under the same conditions. n−ドデカン中のTBPを含む有機相において、これらの有機相を水性硝酸相と接触させ、続いてこれらの相を分離した後の、ペンタナールオキシム(曲線A)およびヘキサナールオキシム(曲線B)の存在下で得られるウラン(IV)の酸化キネティクスを例示する図であり;比較のため、この図はまたブタナールオキシムの存在下(曲線C)およびいかなるオキシムも不在下(曲線D)での、同じ条件下で得られるようなウラン(IV)の酸化キネティクスも例示する。In an organic phase containing TBP in n-dodecane, the pentanal oxime (curve A) and hexanal oxime (curve B) after contacting these organic phases with an aqueous nitric acid phase and subsequently separating the phases. FIG. 4 illustrates the oxidation kinetics of uranium (IV) obtained in the presence; for comparison, this figure also shows the presence of butanal oxime (curve C) and in the absence of any oxime (curve D). Also illustrated is the oxidation kinetics of uranium (IV) as obtained under the same conditions. 水性硝酸相中でペンタナールオキシムの存在下(曲線A)で得られるウラン(IV)の酸化キネティクスを例示する図であり;比較のため、この図はまたブタナールオキシム(曲線B)、アセトアルドキシム(曲線C)、およびヒドラジン(曲線D)の存在下で得られるようなウラン(IV)の酸化キネティクスも例示する。FIG. 1 illustrates the oxidation kinetics of uranium (IV) obtained in the presence of pentanal oxime in an aqueous nitric acid phase (curve A); for comparison, this figure also shows butanal oxime (curve B), acetoald Also illustrated is the oxidation kinetics of uranium (IV) as obtained in the presence of oxime (curve C) and hydrazine (curve D). ヘキサナールオキシムが抗亜硝酸剤として使用された場合のプルトニウムの還元ストリッピング試験後の、有機相中(TBP/HTP)に含有されるウラン(IV)の酸化キネティクスを例示する図である。It is a figure which illustrates the oxidation kinetics of the uranium (IV) contained in the organic phase (TBP / HTP) after the reduction stripping test of plutonium when hexanal oxime is used as an anti-nitrite agent. ヘキサナールオキシムが抗亜硝酸剤として使用され、かつこれにおいてテクネチウムがプルトニウムと一緒にストリッピングされた場合の、プルトニウムの還元ストリッピング試験後の、有機相中(TBP/HTP)に含有されるウラン(IV)の酸化キネティクスを例示する図である。Uranium contained in the organic phase (TBP / HTP) after reduction stripping test of plutonium when hexanal oxime is used as anti-nitrite and technetium is stripped with plutonium It is a figure which illustrates the oxidation kinetics of IV). ペンタナールオキシムが抗亜硝酸剤として使用された場合のプルトニウムの還元ストリッピング試験後の、有機相(TBP/HTP)中のウラン(IV)の酸化キネティクスを例示する図である。FIG. 4 illustrates the kinetics of oxidation of uranium (IV) in the organic phase (TBP / HTP) after a plutonium reduction strip test when pentanal oxime is used as an anti-nitrite agent. 100mg/L(記号■)または200mg/L(記号×)のテクネチウムを含む水性硝酸相における、アセトアルドキシムの存在下でのウラン(IV)の酸化キネティクスを例示する図であり;比較のため、この図はまた、同じ条件下でヒドラジンと100mg/L(記号▲)または200mg/L(記号●)のテクネチウムとの存在下で得られるような、ウラン(IV)の酸化キネティクスも例示する。FIG. 3 illustrates the oxidation kinetics of uranium (IV) in the presence of acetaldoxime in an aqueous nitric acid phase containing 100 mg / L (symbols ■) or 200 mg / L (symbols x) technetium; The figure also illustrates the oxidation kinetics of uranium (IV) as obtained in the presence of hydrazine and 100 mg / L (symbol ▲) or 200 mg / L (symbol ●) technetium under the same conditions. ヘキサナールオキシム/アセトアルドキシムの組合せが抗亜硝酸剤系としてそこで使用される、U/Pu分配工程を含む、使用済み核燃料の溶解液を処理するためのスキームを示す図であり;この図において、長方形1から7は、使用済み核燃料の処理に通常使用されるような多段階の抽出器(ミキサーセトラー、パルスカラム、遠心分離抽出器)を表し;また、抽出器に入退出する有機相は、実線で記号化され、一方抽出器に入退出する水性相は、点線で記号化される。FIG. 1 shows a scheme for treating spent nuclear fuel lysate, including a U / Pu distribution step, in which the hexanal oxime / acetoaldoxime combination is used as an anti-nitrite system; Rectangles 1 to 7 represent multi-stage extractors (mixer settlers, pulse columns, centrifugal extractors) as commonly used for processing spent nuclear fuel; and the organic phase entering and exiting the extractor is The aqueous phase that is symbolized by a solid line while entering and exiting the extractor is symbolized by a dotted line. コンピュータ計算によって得られるような(曲線A)、図11に例示されたスキームの抽出器5および6において循環する水性相中の、ウラン(IV)濃度のプロフィールを例示する図であり;比較のため、このスキームにおいて、ヘキサナールオキシムおよびアセトアルドキシムがヒドラジンで置き換えられた場合に得られるウラン(IV)濃度のプロフィール(曲線B)、ならびにプルトニウム(III)の再酸化反応が完全に中和された場合に得られるウラン(IV)濃度のプロフィール(曲線C)も示されている。FIG. 12 illustrates a profile of uranium (IV) concentration in the aqueous phase circulating in the extractors 5 and 6 of the scheme illustrated in FIG. 11, as obtained by computer calculation (curve A); for comparison In this scheme, the uranium (IV) concentration profile obtained when hexanal oxime and acetoaldoxime are replaced by hydrazine (curve B), and when the reoxidation reaction of plutonium (III) is completely neutralized The resulting uranium (IV) concentration profile (curve C) is also shown. 実験的に(記号×)、およびコンピュータ計算によって(曲線−)得られるような、図11に例示されたスキームの抽出器5および6において循環する水性相中の、プルトニウム濃度のプロフィールを例示する図である。Diagram illustrating the profile of plutonium concentration in the aqueous phase circulating in the extractors 5 and 6 of the scheme illustrated in FIG. 11, as obtained experimentally (symbol x) and by computer calculation (curve-). It is. 実験的に、およびコンピュータ計算によって得られるような、図11に例示されたスキームの抽出器5および6において循環する水性相中の、ウラン(IV)、ウラン(VI)、および全ウラン濃度のプロフィールを例示する図であり:この図において、記号×、◆、および■は、それぞれ実験的に得られたウラン(VI)、ウラン(IV)、および全ウラン濃度のプロフィールに対応し、一方曲線A、B、およびCは、それぞれコンピュータ計算により得られたウラン(VI)、ウラン(IV)、および全ウラン濃度のプロフィールに対応する。Profiles of uranium (IV), uranium (VI), and total uranium concentrations in the aqueous phase circulating in the extractors 5 and 6 of the scheme illustrated in FIG. 11, as obtained experimentally and by computer calculations In this figure, the symbols x, ◆, and ■ correspond to experimentally obtained uranium (VI), uranium (IV), and total uranium concentration profiles, respectively, while curve A , B, and C correspond to uranium (VI), uranium (IV), and total uranium concentration profiles obtained by computer calculation, respectively.

実施例1:ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの特性
1.1− 分配係数
ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの、Dで表される分配係数は、2シリーズの試験、すなわち:
−これらの分配係数を、n−ドデカン中に30%(v/v)のTBPを含む有機相と、0.2mol/Lから2mol/Lまでの硝酸を含む水性相との間で測定することを意図した第1シリーズ;および
−これらの分配係数を、有機相と水性相との間で測定することを意図した第2シリーズであり、これは、ウラン(IV)の濃度および硝酸の濃度の観点から、PUREX法のU/Pu分配工程において得られる有機相および水性相をシミュレートし、このシリーズは、BX1からBX8で表される8段階を有するミキサーセトラーユニットにおいて実施される、
を用いて測定した。
Example 1: Properties of pentanal oxime and hexanal oxime 1.1-Partition coefficient The partition coefficient represented by D for pentanal oxime and hexanal oxime is two series of tests:
-Measuring these partition coefficients between an organic phase containing 30% (v / v) TBP in n-dodecane and an aqueous phase containing from 0.2 mol / L to 2 mol / L of nitric acid. A second series intended to measure these partition coefficients between the organic phase and the aqueous phase, which are uranium (IV) and nitric acid concentrations From the point of view, the organic and aqueous phases obtained in the U / Pu distribution process of the PUREX process are simulated, and this series is carried out in a mixer-settler unit having 8 stages represented by BX1 to BX8.
It measured using.

これら2つのシリーズの試験のため、各有機相は、容積/容積で、水性硝酸相と、室温(20−25℃)および攪拌下で15分間にわたり接触された。ペンタナールオキシムは、水性相に添加され、一方ヘキサナールオキシムは有機相に、それぞれ0.1mol/Lの相の濃度で添加された。   For these two series of tests, each organic phase was contacted in volume / volume with the aqueous nitric acid phase at room temperature (20-25 ° C.) and under stirring for 15 minutes. Pentanal oxime was added to the aqueous phase, while hexanal oxime was added to the organic phase at a concentration of 0.1 mol / L each.

接触された有機相および水性相を、遠心分離により互いに分離し、これらの相中のアルドキシムの濃度を、水性相については高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により、有機相については気相クロマトグラフィー(GPC)により測定した。   The contacted organic and aqueous phases are separated from each other by centrifugation and the concentration of aldoxime in these phases is determined by high performance liquid chromatography (HPLC) for the aqueous phase and gas phase chromatography (GPC for the organic phase). ).

シリーズの第1シリーズにおいて得られた分配係数を、以下の表1に示す。それらはまた、この表に示された値が移された図1にも示されており、かつこれにおいて、ペンタナールオキシムの分配係数は、記号■で表されているのに対し、ヘキサナールオキシムの分配係数は、記号●で表されている。比較のため、図1はまたブタナールオキシムについて同じ条件下で得られた分配係数(▲)も示している。   The distribution coefficients obtained in the first series of series are shown in Table 1 below. They are also shown in FIG. 1 where the values shown in this table have been transferred, and in this, the partition coefficient of pentanal oxime is represented by the symbol ■, whereas that of hexanal oxime The distribution coefficient is represented by the symbol ●. For comparison, FIG. 1 also shows the partition coefficient (▲) obtained for butanal oxime under the same conditions.

Figure 2018536847
Figure 2018536847

試験の第2シリーズで得られた分配係数は、以下の表2に示されている。それらはまた、分配係数(Y−軸)および水性相の酸性度(X−軸)の値が移されている、図2Aおよび2Bにも示されており、これにおいては、分配係数(Y−軸)および水性相の酸性度(X−軸)の値が移されており、かつこれにおいて、ペンタナールオキシムの分配係数は、記号■に相当し、一方ヘキサナールオキシムの分配係数は、記号●に相当する。縦座標は、図2Aでは十進法であり、図2Bでは対数スケールである。   The partition coefficients obtained in the second series of tests are shown in Table 2 below. They are also shown in FIGS. 2A and 2B, where the partition coefficient (Y-axis) and aqueous phase acidity (X-axis) values have been transferred, where the partition coefficient (Y− Axis) and acidity of the aqueous phase (X-axis) have been transferred, and in this, the partition coefficient of pentanal oxime corresponds to the symbol ■, while the partition coefficient of hexanal oxime corresponds to the symbol ● Equivalent to. The ordinate is decimal in FIG. 2A and logarithmic scale in FIG. 2B.

Figure 2018536847
Figure 2018536847

表1および図1に示したように、ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムは、ブタナールオキシムのものよりも明らかに高い分配係数を示し、それらが有機相中ではブタナールオキシムよりもはるかに抽出性であることを意味している。   As shown in Table 1 and FIG. 1, pentanal oxime and hexanal oxime show significantly higher partition coefficients than those of butanal oxime, which are much more extractable than butanal oxime in the organic phase. It means that there is.

水性相がアクチニドを含む場合(表2および図2Aおよび2B)、ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの分配係数は、アクチニドがない場合のそれらの値に比較して減少する;しかしながら、それらは充分に高いままであり、ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムがまだ充分に抽出されるようにする。同じ条件下での、ブタナールオキシムの分配係数は、1よりも小さい。   When the aqueous phase contains actinides (Table 2 and FIGS. 2A and 2B), the partition coefficients of pentanal oxime and hexanal oxime are reduced compared to their values in the absence of actinide; however, they are sufficiently high Until now, ensure that pentanal oxime and hexanal oxime are still fully extracted. Under the same conditions, the partition coefficient of butanal oxime is less than one.

ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの分配係数は、以下を可能にする:
−ペンタナールオキシムについては:有機相と水性相との間のバランスのとれた分配に起因して、ペンタナールオキシムが単独で有機相および水性相の双方を安定化することも可能な、プルトニウムの還元ストリッピング操作のためのスキームの開発の可能性;一方、
−ヘキサナールオキシムについては:有機相におけるほぼ定量的な抽出に起因して、ヘキサナールオキシムが有機相を安定化するために非常に少量で使用されることも可能な、プルトニウムの還元ストリッピング操作のためのスキームの開発の可能性であり、この場合、水性相はアセトアルドキシムなどの親水性オキシムにより安定化されることも可能である;および
−これら2つのアルドキシムについて:U/Pu分配工程におけるその使用の可能性。
The partition coefficient of pentanal oxime and hexanal oxime enables:
-For pentanal oxime: Due to the balanced distribution between the organic and aqueous phases, it is also possible for pentanal oxime alone to stabilize both the organic and aqueous phases. The possibility of developing schemes for reducing stripping operations;
-For hexanal oxime: Due to the nearly quantitative extraction in the organic phase, because of the reduction stripping operation of plutonium, where hexanal oxime can also be used in very small amounts to stabilize the organic phase. In which case the aqueous phase can be stabilized by a hydrophilic oxime such as acetoaldoxime; and -for these two aldoximes: their in the U / Pu partition step Possible use.

1.2− 抗亜硝酸作用
ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの亜硝酸(HNO)を破壊する能力を、2シリーズの試験、すなわち:
−ペンタナールオキシムによる亜硝酸の破壊のキネティクス、および比較のための、ブタナールオキシムによる亜硝酸の破壊キネティクスを、0.1mol/Lの硝酸を含む水性相において測定することを意図した第1シリーズ;および
−ペンタナールオキシムによる、およびヘキサナールオキシムによる、亜硝酸の破壊キネティクスと、比較のための、ブタナールオキシムによる亜硝酸の破壊キネティクスを、n−ドデカン中30%(v/v)のTBPを含む有機相において測定することを意図した第2シリーズ、
において評価した。
1.2 the ability to destroy nitrite to (HNO 2) anti-nitrous action pentanal oxime and hexanal oxime, 2 series of tests, namely:
-The first series intended to measure the kinetics of nitrous acid destruction by pentanal oxime, and for comparison, the kinetics of nitrous acid destruction by butanal oxime in an aqueous phase containing 0.1 mol / L nitric acid. Nitrite destruction kinetics by pentanal oxime and by hexanal oxime and nitrous acid destruction kinetics by butanal oxime for comparison with 30% (v / v) TBP in n-dodecane; A second series intended to be measured in the organic phase containing,
Evaluated.

第1シリーズの試験においては、水性硝酸相中の亜硝酸およびペンタナールオキシムまたはブタナールオキシムの初期濃度は、それぞれ相当たり0.005mol/Lおよび0.025mol/Lであった。これらの水性相中の亜硝酸濃度の時間変化を、分光光度法によりモニターした(λ=370nmにおけるHNOピークの連続測定)。 In the first series of tests, the initial concentrations of nitrous acid and pentanal oxime or butanal oxime in the aqueous nitric acid phase were 0.005 mol / L and 0.025 mol / L per phase, respectively. The time variation of the nitrous acid concentration in these aqueous phases was monitored spectrophotometrically (continuous measurement of the HNO 2 peak at λ = 370 nm).

第2シリーズの試験では、予め1M硝酸で平衡化された、有機相の第1のバッチを、まず、容積/容積で、1mol/Lの硝酸および0.002mol/Lの亜硝酸を含む水性相と、室温(20−25℃)および攪拌下に10分間接触させ、次に遠心分離によりこの水性相から分離した。亜硝酸は、有機相中にほぼ定量的に抽出された。   In the second series of tests, a first batch of organic phase, pre-equilibrated with 1M nitric acid, is first prepared by volume / volume with an aqueous phase containing 1 mol / L nitric acid and 0.002 mol / L nitrous acid. At room temperature (20-25 ° C.) and under stirring for 10 minutes and then separated from this aqueous phase by centrifugation. Nitrous acid was almost quantitatively extracted into the organic phase.

予め1M硝酸で平衡化され、かつそれにペンタナールオキシム、ヘキサナールオキシム、またはブタナールオキシムが0.15mol/Lの有機相の濃度で添加された、有機相の第2のバッチを、容積/容積で、1mol/Lの硝酸を含む水性相と、室温(20−25℃)および攪拌下に10分間接触させ、そして次に遠心分離によりこの相から分離した。オキシムは、有機相と水性相との間にそれ自体を分配した。   A second batch of organic phase, pre-equilibrated with 1M nitric acid and to which pentanal oxime, hexanal oxime, or butanal oxime was added at a concentration of 0.15 mol / L organic phase, in volume / volume The aqueous phase containing 1 mol / L nitric acid was contacted for 10 minutes at room temperature (20-25 ° C.) and under stirring and then separated from this phase by centrifugation. The oxime partitioned itself between the organic and aqueous phases.

第1のバッチから得られた1mLの有機相(およびそれ故亜硝酸を含む)と、第2のバッチから得られた8mLの有機相との間で、混合物が素早く形成された。これらの混合物中の亜硝酸濃度の変化を、分光光度分析によりモニターした(λ=370nm)。   A mixture quickly formed between 1 mL of the organic phase obtained from the first batch (and hence containing nitrous acid) and 8 mL of the organic phase obtained from the second batch. Changes in nitrous acid concentration in these mixtures were monitored by spectrophotometric analysis (λ = 370 nm).

これらの試験の結果は、図3および4において、残留亜硝酸のパーセントを時間の関数として(図3では秒で、図4では分で)表す曲線の形態で示される。   The results of these tests are shown in FIGS. 3 and 4 in the form of a curve representing the percentage of residual nitrous acid as a function of time (seconds in FIG. 3 and minutes in FIG. 4).

図3では、第1シリーズの試験に関連して、曲線Aは、ペンタナールオキシムについて得られた結果に対応し、一方曲線Bは、ブタナールオキシムについて得られた結果に対応する。この図はまた、アセトアルドキシムによる亜硝酸の破壊キネティクス(曲線C)も示しており、前記キネティクスは、実験的に測定された速度定数からのシミュレーションにより決定された。   In FIG. 3, in relation to the first series of tests, curve A corresponds to the results obtained for pentanal oxime, while curve B corresponds to the results obtained for butanal oxime. This figure also shows the breakdown kinetics of nitrous acid by acetoaldoxime (curve C), which was determined by simulation from experimentally measured rate constants.

図4では、第2シリーズの試験に関連して、曲線Aは、ペンタナールオキシムについて得られた結果に対応し;曲線Bは、ヘキサナールオキシムについて得られた結果に対応し、一方曲線Cは、ブタナールオキシムについて得られた結果に対応する。   In FIG. 4, in connection with the second series of tests, curve A corresponds to the results obtained for pentanal oxime; curve B corresponds to the results obtained for hexanal oxime, while curve C is Corresponds to the results obtained for butanal oxime.

これらの図は:
−水性単相系においては、ペンタナールオキシムは、ブタナールオキシムおよびアセトアルドキシムよりも多数の炭素原子を含むにもかかわらず、ブタナールオキシムおよびアセトアルドキシムと同等の抗亜硝酸作用を示すこと(図3);一方
−有機単相系においては、これにおいて、ペンタナールオキシム、ヘキサナールオキシム、またはブタナールオキシムを含有する有機相は、予め水性相と接触され(有機相と水性相との間でこれらのオキシムの分割をもたらすことに起因して、有機相中のそれらの濃度は減少する)、最初に有機相へ添加されたオキシムのある同一の濃度については、有機相中の亜硝酸の破壊が、ペンタナールオキシムまたはヘキサナールオキシムの存在下では、ブタナールオキシムの存在下にある場合に比較して、明らかに加速されることが観察されること(図4)、
を示している。
These figures are:
-In aqueous single-phase systems, pentanal oxime has the same anti-nitrite effect as butanal oxime and acetoaldoxime, despite containing more carbon atoms than butanal oxime and acetoaldoxime (FIG. 3); On the other hand, in an organic single-phase system, the organic phase containing pentanal oxime, hexanal oxime, or butanal oxime is previously contacted with the aqueous phase (between the organic phase and the aqueous phase). For those same concentrations of oxime initially added to the organic phase, the concentration of nitrous acid in the organic phase is reduced. When destruction is in the presence of pentanal oxime or hexanal oxime, compared to that in the presence of butanal oxime, Is the fact that the observed accelerated Laka (FIG. 4),
Is shown.

実施例2:ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムによるアクチニドの安定化
ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの、水性相または有機相中でアクチニドを安定化する能力を、2シリーズの試験、すなわち:
−n−ドデカン中の30%(v/v)のTBPを含む有機相における、ペンタナールオキシム、ヘキサナールオキシム、および比較のためのブタナールオキシムの存在下での、ならびにいかなるオキシムも不在下での、ウラン(IV)の酸化キネティクスを、これらの有機相を1.8mol/Lの硝酸を含む水性相と接触させ、続いてこれらの相を分離した後に測定することを意図した第1シリーズ;および
−1.3mol/Lの硝酸を含む水性相において、ペンタナールオキシム、および比較のためのブタナールオキシム、アセトアルドキシム、およびヒドラジンの存在下で、ウラン(IV)の酸化キネティクスを測定することを意図した第2シリーズ、
において評価した。
Example 2: Stabilization of actinides with pentanal oxime and hexanal oxime The ability of pentanal oxime and hexanal oxime to stabilize actinides in an aqueous or organic phase is tested in two series:
In the organic phase with 30% (v / v) TBP in n-dodecane in the presence of pentanal oxime, hexanal oxime and for comparison butanal oxime and in the absence of any oxime A first series intended to measure the oxidation kinetics of uranium (IV) after contacting these organic phases with an aqueous phase containing 1.8 mol / L nitric acid and subsequently separating the phases; and Measuring the oxidation kinetics of uranium (IV) in the presence of pentanal oxime and, for comparison, butanal oxime, acetoaldoxime, and hydrazine in an aqueous phase containing -1.3 mol / L nitric acid. The intended second series,
Evaluated.

第1シリーズの試験では、予め1.8Mの硝酸で平衡化され、かつこれにおいて、適用できる場合には0.1mol/Lの濃度でオキシムが添加された各有機相を、6g/Lのウラン(IV)を含む水性硝酸相と、O/A容積比2で、室温(20−25℃)および攪拌下に10分間接触させた。接触された有機相および水性相は、遠心分離により互いに分離され、かつ有機相中のウラン(IV)の濃度の変化を、200時間にわたる時間間隔で、分光光度法(λ=653nm)により測定した。   In the first series of tests, each organic phase pre-equilibrated with 1.8 M nitric acid and to which oxime was added at a concentration of 0.1 mol / L, if applicable, was added to 6 g / L uranium. The aqueous nitric acid phase containing (IV) was brought into contact with an O / A volume ratio of 2 at room temperature (20-25 ° C.) and under stirring for 10 minutes. The contacted organic and aqueous phases were separated from each other by centrifugation and the change in the concentration of uranium (IV) in the organic phase was measured spectrophotometrically (λ = 653 nm) at time intervals over 200 hours. .

第2シリーズの試験では、水性硝酸相中のウラン(IV)および抗亜硝酸剤(オキシムまたはヒドラジン)の初期濃度は、それぞれ66g/Lおよび0.2mol/Lであった。これらの水性相中のウラン(IV)濃度の時間変化を、300日にわたる時間間隔で、分光光度法(λ=653nm)により測定した。   In the second series of tests, the initial concentrations of uranium (IV) and anti-nitrite (oxime or hydrazine) in the aqueous nitric phase were 66 g / L and 0.2 mol / L, respectively. The time course of uranium (IV) concentration in these aqueous phases was measured spectrophotometrically (λ = 653 nm) at time intervals over 300 days.

これらの試験の結果は、図5および6において、残留ウラン(IV)のパーセントを時間の関数として(図5では時間で、図6では日で)表す曲線の形態で示される。   The results of these tests are shown in FIGS. 5 and 6 in the form of curves representing the percentage of residual uranium (IV) as a function of time (in hours in FIG. 5 and in days in FIG. 6).

図5では、第1シリーズの試験に関連して、曲線Aは、ペンタナールオキシムについて得られた結果に対応し;曲線Bは、ヘキサナールオキシムについて得られた結果に対応し;曲線Cは、ブタナールオキシムについて得られた結果に対応し、一方、曲線Dは、オキシムの不在下で得られた結果に対応する。   In FIG. 5, in connection with the first series of tests, curve A corresponds to the results obtained for pentanal oxime; curve B corresponds to the results obtained for hexanal oxime; Corresponding to the results obtained for naloxime, curve D corresponds to the results obtained in the absence of oxime.

図6では、第2シリーズの試験に関連して、曲線Aは、ペンタナールオキシムについて得られた結果に対応し;曲線Bは、ヘキサナールオキシムについて得られた結果に対応し;曲線Cは、アセトアルドキシムについて得られた結果に対応し、一方、曲線Dは、ヒドラジンについて得られた結果に対応する。   In FIG. 6, in relation to the second series of tests, curve A corresponds to the results obtained for pentanal oxime; curve B corresponds to the results obtained for hexanal oxime; The curve D corresponds to the result obtained for hydrazine, while corresponding to the result obtained for aldoxime.

図5に示したように、ウラン(IV)は、オキシムの存在下では少なくとも15時間にわたり有機相中で完全に安定であり、一方その酸化は、何らオキシムがない場合には、8時間未満で完了する。また、ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの存在下ではウラン(IV)の10%未満が100時間で酸化され、ブタナールオキシムの存在下ではそのようなことはないことから、ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムが有機相中でウラン(IV)を安定化させる能力は、ブタナールオキシムのものよりも大きい。   As shown in FIG. 5, uranium (IV) is completely stable in the organic phase for at least 15 hours in the presence of oxime, while its oxidation takes less than 8 hours in the absence of any oxime. Complete. Also, in the presence of pentanal oxime and hexanal oxime, less than 10% of uranium (IV) is oxidized in 100 hours, and in the presence of butanal oxime, this is not the case, so pentanal oxime and hexanal oxime are The ability to stabilize uranium (IV) in the organic phase is greater than that of butanal oxime.

水性相では、ペンタナールオキシムがウラン(IV)を安定化する能力はまた、ブタナールオキシムのものよりも大きい。しかしながらそれは、互いに匹敵するアセトアルドキシムおよびヒドラジンのものよりも小さい(図6)。   In the aqueous phase, the ability of pentanal oxime to stabilize uranium (IV) is also greater than that of butanal oxime. However, it is smaller than those of acetoaldoxime and hydrazine that are comparable to each other (FIG. 6).

全てのこれらの時間(日)は、それでもなお、有機および水性相がプルトニウムの産業用のストリッピング操作中に存在する時間の長さよりもかなり長い。   All these times (days) are still much longer than the length of time the organic and aqueous phases are present during the industrial stripping operation of plutonium.

これらの結果は、高濃度のウラン(IV)を含有する水性硝酸相を、単一オキシムスキームにおいてペンタナールオキシムを用いるか、または2オキシムスキームにおいてアセトアルドキシムと一緒に、例えば有機相中のヘキサナールオキシムを用いるかのいずれかにより、安定化すること、およびそれによりヒドラジンの使用を回避することが可能であることを示している。   These results show that an aqueous nitric acid phase containing a high concentration of uranium (IV) can be converted using pentanal oxime in a single oxime scheme or with acetaldoxime in a two oxime scheme, for example hexanal in the organic phase. It has been shown that either by using an oxime it is possible to stabilize and thereby avoid the use of hydrazine.

実施例3:プルトニウムの還元ストリッピング操作のものを表す化学的条件下での、ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの抗亜硝酸特性
ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの抗亜硝酸特性は;
−ウラン(IV)によるプルトニウム(IV)のプルトニウム(III)への還元、および亜硝酸によるプルトニウム(III)のプルトニウム(IV)への再酸化;
−前述のオキシムの1つによる亜硝酸の破壊;および
−水性相と有機相との間での興味の化学種の分配、
を含む、その下でPUREX法におけるプルトニウムの還元ストリッピングが実施される化学的条件を表す、以下のBX1からBX10で示した一連の試験において評価された。
Example 3: Anti-nitrite properties of pentanal oxime and hexanal oxime under chemical conditions representative of plutonium reduction stripping operation The anti-nitrite properties of pentanal oxime and hexanal oxime are:
Reduction of plutonium (IV) to plutonium (III) with uranium (IV) and reoxidation of plutonium (III) to plutonium (IV) with nitrous acid;
The destruction of nitrous acid by one of the aforementioned oximes; and the partitioning of the species of interest between the aqueous phase and the organic phase,
In the series of tests shown below as BX1 to BX10, which represent chemical conditions under which plutonium reductive stripping is performed in the PUREX process.

この目的のためには、以下を用いた:
−水性相として:ウラン(VI)、ウラン(IV)(プルトニウム(IV)の還元剤として)、および任意でヒドラジンおよびテクネチウムを、以下の表3および4に示した濃度で含む、1mol/Lまたは2mol/Lの硝酸を用いた溶液;および
−有機相として:オキシム、ウラン(VI)、およびプルトニウム(IV)を、以下の表3および4に示した濃度で含む、HTP中のTBPの30%(v/v)溶液。
For this purpose, the following was used:
As aqueous phase: containing uranium (VI), uranium (IV) (as a reducing agent for plutonium (IV)), and optionally hydrazine and technetium, in the concentrations shown in Tables 3 and 4 below, 1 mol / L or Solution with 2 mol / L nitric acid; and-as organic phase: 30% of TBP in HTP, containing oxime, uranium (VI), and plutonium (IV) at the concentrations shown in Tables 3 and 4 below (V / v) solution.

オキシムは、固体の形態で有機相へ添加した(添加したオキシムの量は、秤量により調節)。   The oxime was added to the organic phase in solid form (the amount of oxime added was adjusted by weighing).

有機相および水性相を、O/A容積比2で、室温(20−25℃)および攪拌下に15分間(接触時間がわずか5分間である、試験BX3を除いて)接触させ、その後これらの相を互いに分離した。   The organic and aqueous phases are contacted at an O / A volume ratio of 2 at room temperature (20-25 ° C.) and under stirring for 15 minutes (except for test BX3, where the contact time is only 5 minutes), after which The phases were separated from each other.

この分離後、水性相中のウラン(VI)、ウラン(IV)、およびプルトニウム(III)の濃度を、紫外−可視分光法により、また全プルトニウムを、アルファ−分光分析により測定した。有機相中のウラン(VI)およびウラン(IV)の濃度は、紫外−可視分光法により、また全プルトニウムの濃度は、アルファ−分光分析により測定した。   After this separation, the concentrations of uranium (VI), uranium (IV), and plutonium (III) in the aqueous phase were determined by UV-visible spectroscopy and total plutonium by alpha-spectroscopy. The concentration of uranium (VI) and uranium (IV) in the organic phase was determined by UV-visible spectroscopy and the concentration of total plutonium was determined by alpha-spectroscopy.

これらの測定の結果から、各試験について、U(IV)cons./Pustr.で示される、消費されたウラン(IV)の量とストリッピングされたプルトニウムの量との間で比率が測定され、ならびにFDPuで示されるプルトニウムの分離係数が測定された。 From the results of these measurements, U (IV) cons. / Pu str. The ratio was measured between the amount of uranium (IV) consumed and the amount of plutonium stripped, as well as the separation factor of plutonium, denoted FD Pu .

これらの試験の結果は、以下の表3および4に示されており、表3は、ヘキサナールオキシムを用いて実施された試験(BX1からBX5、BX8、およびBX10)について得られた結果に対応し、そして表4は、ペンタナールオキシムを用いて実施した試験(BX6およびBX7)について得られた結果に対応する。   The results of these tests are shown in Tables 3 and 4 below, which correspond to the results obtained for the tests performed with hexanal oxime (BX1 to BX5, BX8, and BX10). And Table 4 corresponds to the results obtained for the tests (BX6 and BX7) carried out with pentanal oxime.

Figure 2018536847
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これらの表に示したように:
−有機相中に0.1mol/Lのヘキサナールオキシム濃度、および0.8から1.5までの範囲の初期重量比(U(IV)/Pu)については、ストリッピングされたプルトニウムの量に対する消費されたウラン(IV)の量(比率U(IV)cons./Pustr.)は、0.5と0.6の間であり;プルトニウム再酸化の寄生現象は、それ故非常に低く、存在しないことさえあり;これらの結果は、1mol/Lまたは2mol/Lの硝酸濃度を有する水性相について観察された(試験BX1からBX5);
−有機相中のヘキサナールオキシム濃度の半分までの減少(0.05mol/L対0.1mol/L)、ならびに水性相中のテクネチウムの存在は、ウラン(IV)のより高い消費(比率U(IV)cons./Pustr.=1)をもたらすが、それにもかかわらずそれは穏やかなままである(試験BX8およびBX10);
−ペンタナールオキシムもまた、ウラン(IV)のさらなる消費につながる酸化還元現象を制限し得るが、しかしながらペンタナールオキシムで得られる比率U(IV)cons./Pustr.が0.6と0.8の間であることから、ヘキサナールオキシムに比べて性能はわずかに低い(試験BX8およびBX10)。
As shown in these tables:
Consumption for the amount of plutonium stripped for hexanal oxime concentration of 0.1 mol / L in the organic phase and an initial weight ratio (U (IV) / Pu) ranging from 0.8 to 1.5 The amount of uranium (IV) (ratio U (IV) cons. / Pu str. ) Is between 0.5 and 0.6; the plutonium reoxidation parasitics are therefore very low and present These results were observed for aqueous phases with nitric acid concentrations of 1 mol / L or 2 mol / L (tests BX1 to BX5);
-Reduction of the hexanal oxime concentration in the organic phase by half (0.05 mol / L vs. 0.1 mol / L), as well as the presence of technetium in the aqueous phase leads to higher consumption of uranium (IV) (ratio U (IV ..) cons / Pu str = 1) leads to a, nevertheless it remains moderate (test BX8 and BX10);
-Pentanal oxime can also limit redox phenomena leading to further consumption of uranium (IV), however the ratio U (IV) cons. Obtained with pentanal oxime . / Pu str. Is between 0.6 and 0.8, the performance is slightly lower compared to hexanal oxime (Tests BX8 and BX10).

試験BX5、BX10、およびBX6の後に得られるような、有機相中のウラン(IV)の濃度変化を、数時間にわたる時間間隔で、分光光度法(λ=653nm)によりモニターした。   The change in concentration of uranium (IV) in the organic phase, as obtained after tests BX5, BX10 and BX6, was monitored spectrophotometrically (λ = 653 nm) at time intervals over several hours.

かかるモニタリングの結果は、図7、8、および9に例示されており、それらは各々有機相BX5、BX10、およびBX6に対応する。   The results of such monitoring are illustrated in FIGS. 7, 8, and 9, which correspond to organic phases BX5, BX10, and BX6, respectively.

これらの図は、有機相中でウラン(IV)を安定化させる、ペンタナールオキシムおよびヘキサナールオキシムの能力を確証する。この安定化は、テクネチウムの存在下ではより低いが、ウラン(IV)の酸化キネティクスは、半分までの減少が50分以内にウラン(IV)の濃度において観察されることから、比較的遅い。   These figures confirm the ability of pentanal oxime and hexanal oxime to stabilize uranium (IV) in the organic phase. This stabilization is lower in the presence of technetium, but uranium (IV) oxidative kinetics is relatively slow since a half reduction is observed in uranium (IV) concentrations within 50 minutes.

実施例4:ヒドラジンの使用なしのU/Pu分配工程を含む、使用済み核燃料の溶解液を処理するためのスキームの開発
ヒドラジンなしで実施されたU/Pu分配工程を含むが、しかしこれにおいてヘキサナールオキシム/アセトアルドキシムの組合せが抗亜硝酸系として使用され、ヘキサナールオキシムが有機相中で使用され、かつアセトアルドキシムが水性相中で使用される、使用済み核燃料の溶解液を処理するためのスキームが開発された。
Example 4: Development of a scheme for treating spent nuclear fuel lysate, including a U / Pu distribution step without the use of hydrazine A U / Pu distribution step performed without hydrazine, but in this case An oxime / acetoaldoxime combination is used as an anti-nitrite system, hexanal oxime is used in the organic phase, and acetoaldoxime is used in the aqueous phase to treat spent nuclear fuel solutions. A scheme was developed.

このスキームの開発に先立ち、以下のことが確認された:
−第1に、アセトアルドキシムが、テクネチウムの存在下で、水性相中の抗亜硝酸剤として真にヒドラジンを置き換え得ること;および
−第2に、ヘキサナールオキシムもまた、その目的がPUREX法およびCOEX法においてプルトニウムのストリッピング操作から得られる水性相から、この操作中にストリッピングされたネプツニウムを除去することである、いわゆる「Np洗浄」操作を実施するのに使用される有機相において、ウラン(IV)を安定化し得ること。
Prior to the development of this scheme, the following were confirmed:
-Firstly, acetoaldoxime can truly replace hydrazine as an anti-nitrite agent in the aqueous phase in the presence of technetium; and-second, hexanal oxime is also intended for the PUREX process and In the organic phase used to carry out the so-called “Np wash” operation, which is the removal of the neptunium stripped during this operation from the aqueous phase obtained from the plutonium stripping operation in the COEX process. (IV) can be stabilized.

4.1− 水性相中およびテクネチウムの存在下でのアセトアルドキシムの抗亜硝酸特性
試験は、水性相中のアセトアルドキシムの抗亜硝酸特性を、ヒドラジンの抗亜硝酸特性と、かつテクネチウムの存在下で比較するべく実施された。
4.1-Anti-nitrite properties of acetoaldoxime in the aqueous phase and in the presence of technetium The study examined the anti-nitrite properties of acetoaldoxime in the aqueous phase, the anti-nitrite properties of hydrazine, and technetium Conducted to compare in the presence.

これらの試験のため、以下のプロトコールが適用された:
−9g/Lのウラン(IV)および2mol/Lの硝酸、ならびに0.2mol/Lのアセトアルドキシムまたはヒドラジンを含む水溶液を調製することであり、これらの溶液は、35℃にサーモスタット調節される;
−これらの溶液に、8.88g/Lのテクネチウム(VII)(すなわち、0.09mol/L)を含む水溶液を添加して、100mg/Lまたは200mg/Lの最終テクネチウム濃度を達成すること;および攪拌後に、
−前記水溶液中のウラン(IV)の酸化キネティクスを分光光度測定(λ=653nm)により、100分間にわたりモニタリングすること。
For these studies, the following protocol was applied:
Preparing an aqueous solution containing -9 g / L uranium (IV) and 2 mol / L nitric acid and 0.2 mol / L acetoaldoxime or hydrazine, these solutions being thermostat adjusted to 35 ° C ;
-To these solutions is added an aqueous solution containing 8.88 g / L technetium (VII) (ie 0.09 mol / L) to achieve a final technetium concentration of 100 mg / L or 200 mg / L; and After stirring,
Monitoring the oxidation kinetics of uranium (IV) in the aqueous solution by spectrophotometry (λ = 653 nm) over a period of 100 minutes.

これらの試験の結果は、図10に示されており、これにおいて、100mg/Lおよび200mg/LのTcの存在下でアセトアルドキシムについて得られた結果は、それぞれ記号■および×に対応し、一方100mg/Lおよび200mg/LのTcの存在下でヒドラジンについて得られた結果は、それぞれ記号▲および●に対応する。   The results of these tests are shown in FIG. 10, in which the results obtained for acetaldoxime in the presence of 100 mg / L and 200 mg / L Tc correspond to the symbols ■ and X, respectively. On the other hand, the results obtained for hydrazine in the presence of 100 mg / L and 200 mg / L Tc correspond to the symbols ▲ and ●, respectively.

この図に示したように、水性相中の、かつ100mgまたは200mgのテクネチウムの存在下でのアセトアルデヒドオキシムの抗亜硝酸特性は、ヒドラジンのものに匹敵する。   As shown in this figure, the anti-nitrite properties of acetaldehyde oxime in the aqueous phase and in the presence of 100 mg or 200 mg technetium are comparable to that of hydrazine.

それ故、抗亜硝酸剤としてのヒドラジンを、アセトアルドキシムで置き換えることが可能である。   Therefore, it is possible to replace hydrazine as an anti-nitrite agent with acetoaldoxime.

4.2− 「Np洗浄」操作におけるウラン(IV)の安定化
以下にBS16およびBS17で示した2つの試験を、以下を用いて実施した:
−有機相として:0.1mol/Lのヘキサナールオキシムを含むかまたは含まない、HTP中のTBPの30%(v/v)溶液;および
−水性相として:ウラン(VI)、アセトアルドキシム、プルトニウム(III)、およびテクネチウを以下の表5に示した濃度で含む、1.3mol/Lの硝酸を用いた水溶液であり;テクネチウムは、8.88g/Lの濃縮されたTc(VII)溶液の形態で、水性相が有機相と接触される直前に水性相へ添加された。
4.2 Stabilization of Uranium (IV) in “Np Wash” Operation Two tests, shown below as BS16 and BS17, were performed using:
As organic phase: 30% (v / v) solution of TBP in HTP with or without 0.1 mol / L hexanal oxime; and as aqueous phase: uranium (VI), acetoaldoxime, plutonium (III), and an aqueous solution using 1.3 mol / L nitric acid, containing technetium in the concentrations shown in Table 5 below; technetium is a 8.88 g / L concentrated Tc (VII) solution. In form, the aqueous phase was added to the aqueous phase just prior to contact with the organic phase.

有機相および水性相を、容積/容積で、室温(20−25℃)および攪拌下で15分間にわたり接触させ、その後これらの相を互いに分離させた。   The organic and aqueous phases were contacted at volume / volume for 15 minutes at room temperature (20-25 ° C.) and under stirring, after which the phases were separated from each other.

水性相および有機相中のウラン(IV)の濃度を測定し、U(IV)cons.で示される、各試験において消費されたウラン(IV)のパーセントを測定した。 The concentration of uranium (IV) in the aqueous and organic phases was measured and U (IV) cons. The percentage of uranium (IV) consumed in each test was measured.

結果を、以下の表5に示す。   The results are shown in Table 5 below.

この表は、有機相中のヘキサナールオキシムの存在が(試験BS16)、このオキシムがない消費(試験BS17)に比較して、ウラン(IV)の消費に50%の減少を可能にすることを示している。   This table shows that the presence of hexanal oxime in the organic phase (Test BS16) allows a 50% reduction in uranium (IV) consumption compared to consumption without this oxime (Test BS17). ing.

Figure 2018536847
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4.3− 処理スキーム
開発された使用済み核燃料の溶解液の処理スキームを、図11に例示する。
4.3 Processing Scheme The developed nuclear fuel solution processing scheme is illustrated in FIG.

このスキームでは、COEX法の第1の精製サイクルの2つの主要な工程が見られ、すなわち:
(1)ウランおよびプルトニウムの、アクチニド(III)(アメリシウムおよびキュリウム)およびある数の核分裂生成物を除染するための工程であり、かつ以下を含む:
* 第1に酸化状態VIにおいて、第2に酸化状態IVにおいて、および第3に酸化状態VIにおいて、HTP中30%(v/v)のTBPを含む有機相により、溶解液からウラン、プルトニウム、およびネプツニウムを一緒に抽出することが意図された、図11において「U/Pu共抽出」と称される操作;
* 「U/Pu共抽出」操作から得られた有機相から核分裂生成物、特に、「U/Pu共抽出」において抽出されたルテニウムおよびジルコニウムを除去することが意図された、図11において「FP洗浄」と称される操作;
* 「U/Pu共抽出」において抽出された「FP洗浄」から得られた有機相から、水性相によりテクネチウムを除去することが意図された、図11において「Tc洗浄」と称される操作;
* 「Tc洗浄」における水性相中の、ウラン(IV)、プルトニウム(IV)、およびテクネチウムに続いたネプツニウムの分画を、有機相中で回収することが意図された、図11において「補助U/Pu共抽出」と称される操作;
および
(2)ウランおよびプルトニウムを、一方はウランを含有しかつ他方はプルトニウムおよびウランを(20:80から30:7程度のU/Pu重量比で)含有する、2つの水性流中に分配するための工程であり、かつ以下を含む:
* 「Tc洗浄」から得られた有機相からプルトニウムを、およびこの有機相中に含有されたウランの分画を、ストリッピングすることが意図された、図11において「Pu/Uストリッピング」と称される操作であり、この操作は、プルトニウムを酸化状態IIIへ還元することができる還元剤としてのウラン(IV)を含む水性相によって実施される;
* 「Pu/Uストリッピング」から得られた水性相から、意図された20:80から30:70のU/Pu重量比に対し過剰であるウランを、および「Pu/Uストリッピング」において水性相中でプルトニウムに続いたネプツニウムの分画を、除去することが意図された、図11において「Np洗浄」と称される操作;および
* 「Pu/Uストリッピング」から得られた有機相からウランおよびネプツニウムを、水性相によってストリッピングすることが意図された、「Uストリッピング」と称される操作、
である。
In this scheme, two main steps of the first purification cycle of the COEX process are seen: namely:
(1) A process for decontaminating actinides (III) (Americium and Curium) and a number of fission products of uranium and plutonium, and includes:
* Firstly in oxidation state VI, secondly in oxidation state IV and thirdly in oxidation state VI, the organic phase containing 30% (v / v) TBP in HTP allows uranium, plutonium, And the operation called “U / Pu co-extraction” in FIG. 11, intended to extract together neptunium;
* In Fig. 11 "FP" intended to remove fission products, in particular ruthenium and zirconium extracted in "U / Pu co-extraction" from the organic phase obtained from the "U / Pu co-extraction" operation. An operation called "washing";
* An operation called “Tc wash” in FIG. 11 intended to remove technetium by the aqueous phase from the organic phase obtained from “FP wash” extracted in “U / Pu co-extraction”;
* The fraction of neptunium following uranium (IV), plutonium (IV), and technetium in the aqueous phase in “Tc wash” was intended to be recovered in the organic phase in FIG. / Pu co-extraction operation;
And (2) distributing uranium and plutonium in two aqueous streams, one containing uranium and the other containing plutonium and uranium (with a U / Pu weight ratio on the order of 20:80 to 30: 7). And includes the following:
* "Pu / U stripping" in Figure 11 intended to strip plutonium from the organic phase obtained from "Tc wash" and the fraction of uranium contained in this organic phase. This operation is carried out with an aqueous phase comprising uranium (IV) as a reducing agent capable of reducing plutonium to oxidation state III;
* From the aqueous phase obtained from "Pu / U stripping", excess uranium relative to the intended 20:80 to 30:70 U / Pu weight ratio and aqueous in "Pu / U stripping" The fraction of neptunium following plutonium in the phase was intended to be removed, an operation called “Np wash” in FIG. 11; and * from the organic phase obtained from “Pu / U stripping” An operation called “U-stripping” intended to strip uranium and neptunium by the aqueous phase;
It is.

しかしながら、図11に例示されたスキームにおいては、COEX法で使用される抗亜硝酸剤であるヒドラジンは、ヘキサナールオキシム/アセトアルドキシムの組合せによって置き換えられる。   However, in the scheme illustrated in FIG. 11, the anti-nitrite hydrazine used in the COEX process is replaced by a hexanal oxime / acetoaldoxime combination.

図11で見られ得るように、ヘキサナールオキシム(図11ではHexOxで示される)は、その強い親油性を考慮して、その中で「Np洗浄」が行われる抽出器5に入る有機相へ、およびそれが抽出器6に入る直前に「Tc洗浄」から得られる有機相へ添加される。   As can be seen in FIG. 11, hexanal oxime (indicated by HexOx in FIG. 11) takes into account its strong lipophilicity, into the organic phase entering the extractor 5 in which “Np washing” takes place. And just before it enters the extractor 6, it is added to the organic phase obtained from "Tc wash".

アセトアルドキシム(図11ではAcOxで示される)は、その親水性を考慮して、抽出器6において循環する水性相へ添加され、この添加は、この抽出器の3つの異なる段階:ストリッピングに使用される水性相内へ、アセトアルドキシムが注入される段階8、およびこの水性相にウラン(IV)を供給するために使用される水性流内へ、アセトアルドキシムが注入される段階1および4、において実施される。   Acetaldoxime (shown in FIG. 11 as AcOx) is added to the circulating aqueous phase in the extractor 6 in view of its hydrophilicity, and this addition is in three different stages of the extractor: stripping. Stage 8 where acetoaldoxime is injected into the aqueous phase used and stage 1 where acetoaldoxime is injected into the aqueous stream used to supply uranium (IV) to this aqueous phase and 4 is implemented.

2つの相、水性相および有機相、において使用されるオキシムに関し基本的に取得されたものを用いて、この方法において使用される水性相と有機相との間でのそれらの分配と、および亜硝酸を用いたそれらの反応のキネティクスのシミュレーションとを可能にする、最初のモデルを開発した。これらのモデルは、PAREXコード、すなわち、例えばウランおよびプルトニウムを2つの水性流に分配するような操作において興味の化学種の分配のシミュレーションを可能にするソフトウェア、において実施された。図11に例示されたスキームを実験的に試験するために操作パラメータが決定されたのは、このシミュレーションに基づいていた。   Using what was basically obtained for the oximes used in the two phases, the aqueous phase and the organic phase, their partitioning between the aqueous phase and the organic phase used in this process, and The first model was developed that enables simulation of the kinetics of those reactions using nitric acid. These models were implemented in the PAREX code, ie software that allows for the simulation of the distribution of the species of interest in an operation such as, for example, distributing uranium and plutonium into two aqueous streams. It was based on this simulation that the operating parameters were determined to experimentally test the scheme illustrated in FIG.

図12は、第1に図11に例示されたスキームについて(曲線A)、そして第2にヒドラジンを用いる同様のスキームについて(曲線B)、抽出器5および6において循環する水性相中のウラン(IV)の濃度プロフィールを比較する。プルトニウム(III)の再酸化反応を中和することにより(RAREXコードにおいて)得られる、理想的なプロフィールもまた例示されている(曲線C)。   FIG. 12 shows uranium in the aqueous phase circulating in the extractors 5 and 6 (firstly for the scheme illustrated in FIG. 11 (curve A) and secondly for a similar scheme using hydrazine (curve B)). Compare the concentration profiles of IV). The ideal profile obtained by neutralizing the reoxidation reaction of plutonium (III) (in the RAREX code) is also illustrated (curve C).

この図に示したように、ヘキサナールオキシム/アセトアルドキシムの組合せの使用は、ヒドラジンを用いて得られるよりも高いウラン(IV)濃度のプロフィールをもたらし、それにより、これらのオキシムの存在下での低減されたウラン(IV)の消費が立証される。   As shown in this figure, the use of the hexanal oxime / acetoaldoxime combination resulted in a higher uranium (IV) concentration profile than that obtained with hydrazine, thereby in the presence of these oximes. Reduced uranium (IV) consumption is demonstrated.

図11に例示されたスキームは、使用済み核燃料の実際の溶液に対し、ATALANTE遮蔽セルプロセスラインにおいて首尾よく実施された。このスキームは、相当な濃度のウラン(IV)(16g/L)を用い、何ら「Np洗浄」操作におけるウラン(IV)の補助剤なしに、10g/Lの濃度を有するプルトニウムの流れの生産を可能にしたが、一方この補助剤は、ヒドラジンを使用する同様のスキームにおいては必要である。ウラン(IV)の消費はまた、ヒドラジンを使用するスキームにおけるよりも低い。   The scheme illustrated in FIG. 11 has been successfully implemented in the ATALANT shielded cell process line for an actual solution of spent nuclear fuel. This scheme uses a significant concentration of uranium (IV) (16 g / L) and produces a plutonium stream having a concentration of 10 g / L without any uranium (IV) adjuvant in the “Np wash” operation. While made possible, this adjuvant is necessary in similar schemes using hydrazine. Uranium (IV) consumption is also lower than in the scheme using hydrazine.

図13は、例えば実験的に得られた(記号×)、およびPAREXコードによってコンピュータ計算された(曲線−)、抽出器5および6において循環する水性相中のプルトニウムの濃度プロフィールを例示しており、一方図14は、例えば実験的に、およびコンピュータ計算によって得られた、これらの同じ抽出器において循環する水性相中のウラン(IV)、ウラン(VI)、および全ウランの濃度プロフィールを例示する;この図において、記号×、◆、および■は、それぞれ実験的に得られたウラン(IV)、ウラン(VI)、および全ウランの濃度プロフィールに対応し、一方曲線A、B、およびCは、それぞれコンピュータ計算により得られたウラン(IV)、ウラン(VI)、および全ウランの濃度プロフィールに対応する。   FIG. 13 illustrates the concentration profile of plutonium in the aqueous phase circulating in the extractors 5 and 6, for example experimentally obtained (symbol x) and calculated by the PAREX code (curve-). However, FIG. 14 illustrates concentration profiles of uranium (IV), uranium (VI), and total uranium in the aqueous phase circulating in these same extractors, obtained, for example, experimentally and by computer calculation. In the figure, the symbols x, ◆, and ■ correspond to experimentally obtained uranium (IV), uranium (VI), and total uranium concentration profiles, respectively, while curves A, B, and C are , Corresponding to the concentration profiles of uranium (IV), uranium (VI), and total uranium, respectively obtained by computer calculation.

また、以下の表6は、図11に例示されたスキームについて実験的に得られるような、抽出器5から得られる水性相中のウラン濃度([U(IV)]Pu−producing flowで示される)、抽出器5から得られる水性相中のプルトニウム濃度([Pu]Pu−producing flowで示される)、抽出器6に進入するウラン(IV)の流れと、同じ抽出器に進入するPuの流れとの間の比率(U(IV)/Puenteringで示される)、消費されたウラン(IV)のパーセント(U(IV)cons.で示される)、および消費されたウランの流れと進入するプルトニウムの流れとの間の比率(U(IV)cons./Puで示される)を示す。 Table 6 below also shows the uranium concentration ([U (IV)] Pu-producing flow in the aqueous phase obtained from the extractor 5, as obtained experimentally for the scheme illustrated in FIG. ), Plutonium concentration in the aqueous phase obtained from the extractor 5 (indicated by [Pu] Pu-producing flow ), the flow of uranium (IV) entering the extractor 6 and the flow of Pu entering the same extractor Between uranium (indicated by U (IV) / Puentering ), the percentage of uranium (IV) consumed (indicated by U (IV) cons. ), And the plutonium entering the consumed uranium stream (Indicated by U (IV) cons. / Pu).

比較のため、この表は、ヒドラジンを用いた同様のスキームについて実験的に得られるような、これらと同じ濃度、比率、およびパーセントを示している。   For comparison, this table shows these same concentrations, ratios, and percentages as obtained experimentally for a similar scheme using hydrazine.

Figure 2018536847
Figure 2018536847

Claims (12)

式R−CH=N−OH[式中、Rは、少なくとも4個の炭素原子を有する直鎖または分枝鎖の炭化水素鎖である]の少なくとも1つのアルドキシムの、プルトニウムの還元ストリッピング操作における抗亜硝酸剤としての使用。   In the reduction stripping operation of plutonium of at least one aldoxime of the formula R—CH═N—OH, wherein R is a linear or branched hydrocarbon chain having at least 4 carbon atoms. Use as an anti-nitrite agent. Rが、4から12個の炭素原子、およびより良くは4から8個の炭素原子を有する直鎖または分枝鎖の炭化水素鎖である、請求項1に記載の使用。   Use according to claim 1, wherein R is a straight or branched hydrocarbon chain having 4 to 12 carbon atoms, and better 4 to 8 carbon atoms. Rが、4から8個の炭素原子を有する直鎖アルキル鎖である、請求項2に記載の使用。   Use according to claim 2, wherein R is a linear alkyl chain having 4 to 8 carbon atoms. 前記アルドキシムが、ペンタナールオキシムまたはヘキサナールオキシムである、請求項3に記載の使用。   Use according to claim 3, wherein the aldoxime is pentanal oxime or hexanal oxime. 前記プルトニウムの還元ストリッピング操作が:
−有機希釈剤中に抽出剤および酸化状態IVのプルトニウムを含む非水混和性の有機相を、プルトニウム(IV)をプルトニウム(III)へ還元し得る還元剤および硝酸を含む水性相と接触させる工程であって、前記有機相および水性相の一方がまたアルドキシムも含んでいる工程;次に
−そのように接触した有機相および水性相を分離する工程、
を含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の使用。
The plutonium reduction stripping operation is:
Contacting the non-water miscible organic phase comprising an extractant and oxidation state IV plutonium in an organic diluent with an aqueous phase comprising nitric acid and a reducing agent capable of reducing plutonium (IV) to plutonium (III). Wherein one of said organic phase and aqueous phase also contains aldoxime; then-separating the so contacted organic phase and aqueous phase;
5. Use according to any one of claims 1 to 4, comprising:
前記還元剤が、ウラン(IV)、硝酸ヒドロキシルアンモニウム、ヒドロキシルアミンのアルキル化誘導体、スルファミン酸第一鉄、およびスルファミン酸の中から選択される、請求項5に記載の使用。   6. Use according to claim 5, wherein the reducing agent is selected from uranium (IV), hydroxylammonium nitrate, alkylated derivatives of hydroxylamine, ferrous sulfamate and sulfamic acid. 前記還元剤が、ウラン(IV)または硝酸ヒドロキシルアンモニウムである、請求項6に記載の使用。   Use according to claim 6, wherein the reducing agent is uranium (IV) or hydroxylammonium nitrate. 前記抽出剤が、リン酸トリ−n−アルキル、好ましくはリン酸トリ−n−ブチルである、請求項5から7のいずれか1項に記載の使用。   8. Use according to any one of claims 5 to 7, wherein the extractant is tri-n-alkyl phosphate, preferably tri-n-butyl phosphate. 前記アルドキシムが、0.01mol/Lから3mol/Lの有機または水性相の濃度において使用される、請求項1から8のいずれか1項に記載の使用。   Use according to any one of claims 1 to 8, wherein the aldoxime is used at a concentration of organic or aqueous phase of 0.01 mol / L to 3 mol / L. 前記水性相が、前記有機相により非抽出性であるオキシムをさらに含む、請求項5から9のいずれか1項に記載の使用。   Use according to any one of claims 5 to 9, wherein the aqueous phase further comprises an oxime that is non-extractable by the organic phase. 前記有機相により非抽出性である前記オキシムがアセトアルドキシムである、請求項10に記載の使用。   Use according to claim 10, wherein the oxime that is non-extractable by the organic phase is acetoaldoxime. 前記プルトニウムの還元ストリッピング操作が、PUREX法またはCOEX法のプルトニウムストリッピング操作の1つである、請求項1から11のいずれか1項に記載の使用。   12. Use according to any one of the preceding claims, wherein the plutonium reduction stripping operation is one of a PUREX or COEX plutonium stripping operation.
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