RU2366012C2 - Method of irradiated nuclear fuel treatment - Google Patents

Method of irradiated nuclear fuel treatment Download PDF

Info

Publication number
RU2366012C2
RU2366012C2 RU2007118036/06A RU2007118036A RU2366012C2 RU 2366012 C2 RU2366012 C2 RU 2366012C2 RU 2007118036/06 A RU2007118036/06 A RU 2007118036/06A RU 2007118036 A RU2007118036 A RU 2007118036A RU 2366012 C2 RU2366012 C2 RU 2366012C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
actinides
extraction
uranium
fuel
nitrates
Prior art date
Application number
RU2007118036/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007118036A (en
Inventor
Юрий Александрович Ревенко (RU)
Юрий Александрович Ревенко
Евгений Георгиевич Кудрявцев (RU)
Евгений Георгиевич Кудрявцев
Валерий Николаевич Романовский (RU)
Валерий Николаевич Романовский
Юрий Степанович Федоров (RU)
Юрий Степанович Федоров
Андрей Юрьевич Шадрин (RU)
Андрей Юрьевич Шадрин
Владимир Викторович Бондин (RU)
Владимир Викторович Бондин
Сергей Иванович Бычков (RU)
Сергей Иванович Бычков
Игорь Геннадьевич Ефремов (RU)
Игорь Геннадьевич Ефремов
Андрей Анатольевич Мурзин (RU)
Андрей Анатольевич Мурзин
Василий Александрович Бабаин (RU)
Василий Александрович Бабаин
Анжелика Викторовна Хаперская (RU)
Анжелика Викторовна Хаперская
Владимир Иванович Волк (RU)
Владимир Иванович Волк
Original Assignee
Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-Производственное Объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина"
Федеральное государственное унитарное предприятие Горно-химический комбинат
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии, Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-Производственное Объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина", Федеральное государственное унитарное предприятие Горно-химический комбинат filed Critical Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Priority to RU2007118036/06A priority Critical patent/RU2366012C2/en
Publication of RU2007118036A publication Critical patent/RU2007118036A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2366012C2 publication Critical patent/RU2366012C2/en

Links

Landscapes

  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to field of radio-chemical technology, and can be applied for treatment of irradiated nuclear fuel. Method of INF treatment includes dissolving of fuel, extraction of uranium nitrate and actinides with neutral phosphorus-organic compounds, dissolved in slightly boiling solvent and re-extraction. Dissolving and extraction are carried out in two stages: first dissolving by processing of irradiated nuclear fuel with nitrogen dioxide with addition of stoichiometric quantity of water in order to obtain hydratated nitrate of uranyl and actinides, then actinides are extracted from obtained as result of first stage melt of actinides nitrates, additional extract purification on inorganic sorbet is carried out, and then precipitation re-extraction of actinides by transferring nitrates of uranium and actinides in oxalates or carbonates. In separate operation process of dissolving (processing with nitrogen dioxide) is separated, which results in excluding potentially dangerous contact of organic extragent -TBP with nitric acid in presence of heated by decay irradiated fuel. On stage of extraction time of said components contact is reduced, which also increases safety of process carrying out.
EFFECT: application of precipitation re-extraction allows to carry out the process continuously, because regeneration of extragent occurs under similar conditions as extraction.
4 cl, 1 dwg, 5 ex

Description

Изобретение относится к области радиохимической технологии и может быть использовано для переработки облученного ядерного топлива.The invention relates to the field of radiochemical technology and can be used for the processing of irradiated nuclear fuel.

Известны способы переработки облученного ядерного топлива с помощью водных способов - например, Пурекс - процесс и его модификации (В.М.Вдовенко, Современная радиохимия, М.: Атомиздат, 1969, с.459-468), где в качестве экстракционной смеси используются нейтральные фосфорорганические соединения (как правило, трибутилфосфат - ТБФ) в различных разбавителях. Недостатками способа является то, что при переработке облученного топлива образуется большое количество водных растворов. Так для переработки одной тонны облученного ядерного топлива (ОЯТ) необходимо не менее 2 м3 раствора азотной кислоты и дальнейшая переработка приводит к образованию еще 4-6 м3 водных радиоактивных отходов. Эти радиоактивные отходы в соответствии с современными требованиями должны быть переведены в твердую форму. Переработка отходов в форму, пригодную для длительного хранения, усложняет и удорожает общий процесс переработки.Known methods of processing irradiated nuclear fuel using water methods - for example, Purex - process and its modifications (V.M. Vdovenko, Modern Radiochemistry, M .: Atomizdat, 1969, p. 459-468), where neutral neutral mixtures are used organophosphorus compounds (usually tributyl phosphate - TBP) in various diluents. The disadvantages of the method is that in the processing of irradiated fuel, a large number of aqueous solutions are formed. So, for the processing of one ton of irradiated nuclear fuel (SNF), at least 2 m 3 of a solution of nitric acid is necessary and further processing leads to the formation of another 4-6 m 3 of aqueous radioactive waste. These radioactive waste in accordance with modern requirements must be converted to solid form. Recycling waste into a form suitable for long-term storage complicates and increases the cost of the overall recycling process.

Известны также «сухие» способы переработки облученного ядерною топлива, такие, как газофторидные и пирометаллургические. (В.М.Вдовенко, Современная радиохимия, М.: Атомиздат, 1969, с.468-482). К их недостаткам относится проведение процессов при высокой температуре.Also known are “dry” methods for processing irradiated nuclear fuel, such as gas fluoride and pyrometallurgical ones. (V.M. Vdovenko, Modern Radiochemistry, Moscow: Atomizdat, 1969, p. 488-482). Their disadvantages include carrying out processes at high temperatures.

Известны способы сверхкритической экстракции комплексов металлов с помощью углекислого газа в присутствии комплексонов, например трибутилфосфата (Y.Lin, R.D. Brauer, K.E.Laintz, C.M.Wai, Supercritical Fluid Extraction of Lanthanides and Actinides from Solid Materials with a Fluorinated β-Diketones, Anal. Chem., 1993, vol.65, p.2549-2551) или с помощью β-дикетонов / Y.Lin, C.M.Wai, F.M.Jean, R.D. Brauer, Supercritical Fluid Extraction of Thorium and Uranium Ions from Solid and Liquid Materials with Fluorinated β-Diketones and Tributyl Phosphate, Environ. Sci. Technol., 1994, vol.28, N 6, p.1190-1193. C.M.Wai, N.G.Smart, C.Phelps, Extraction metals directly from oxides. US Pat.5606724 A / Недостатком этих способов является использование большого избытка триалкилфосфатов для обеспечения полноты извлечения металла.Known methods for supercritical extraction of metal complexes with carbon dioxide in the presence of complexones, for example tributyl phosphate (Y. Lin, RD Brauer, KELaintz, CMWai, Supercritical Fluid Extraction of Lanthanides and Actinides from Solid Materials with a Fluorinated β-Diketones, Anal. Chem ., 1993, vol. 65, p.2549-2551) or using β-diketones / Y.Lin, CMWai, FMJean, RD Brauer, Supercritical Fluid Extraction of Thorium and Uranium Ions from Solid and Liquid Materials with Fluorinated β-Diketones and Tributyl Phosphate, Environ. Sci. Technol., 1994, vol. 28, No. 6, p. 1190-1193. C. M. Wai, N. G. Smart, C. Phelps, Extraction metals directly from oxides. US Pat. No. 5606724 A / The disadvantage of these methods is the use of a large excess of trialkyl phosphates to ensure complete metal recovery.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ переработки облученного ядерного топлива с помощью раствора ТБФ, насыщенного азотной кислотой, в среде сверхкритического диоксида углерода [T.Shimada, S.Oguno, N.Ishihara, Y.Kosaka, Y.Mori A study on the technique of spent fuel reprocessing with supercritical fluid direct extraction method (Suprer DIREX method)// J. Of Nucl.Science and Techn., Suppl.3, p.757-760(2002)] - прототип.Closest to the claimed method is a method of processing irradiated nuclear fuel using a solution of TBP saturated with nitric acid in supercritical carbon dioxide [T.Shimada, S. Oguno, N. Ishihara, Y. Kosaka, Y. Mori A study on the technique of spent fuel reprocessing with supercritical fluid direct extraction method (Suprer DIREX method) // J. Of Nucl.Science and Techn., Suppl.3, p.757-760 (2002)] - prototype.

По способу-прототипу облученное топливо обрабатывается раствором ТБФ, насыщенного азотной кислотой, в среде сверхкритического диоксида углерода. При этом двуокись урана растворяется, вступает в реакцию с азотной кислотой и образуется нитрат уранила, который, в свою очередь, экстрагируется трибутилфосфатом в среде диоксида углерода. Таким образом, процесс растворения и экстракции осуществляется одновременно. Металлы реэкстрагируются из органической фазы по существующей водной схеме.According to the prototype method, the irradiated fuel is treated with a solution of TBP saturated with nitric acid in supercritical carbon dioxide. In this case, uranium dioxide dissolves, reacts with nitric acid, and uranyl nitrate is formed, which, in turn, is extracted with tributyl phosphate in a medium of carbon dioxide. Thus, the process of dissolution and extraction is carried out simultaneously. Metals are re-extracted from the organic phase according to the existing water scheme.

Недостатком прототипа является использование раствора ТБФ, содержащего высокие концентрации азотной кислоты. Азотная кислота, особенно в органической фазе - сильный окислитель, и в контакте с облученным топливом, т.е. при повышенной температуре, всегда существует опасность местного перегрева, который инициирует процесс окисления ТБФ, что может привести к разложению экстрагента и даже к взрыву. Кроме того, для растворения всего количества урана необходимы большие объемы сверхкритического диоксида углерода, что, в свою очередь, приводит к увеличению размеров аппаратов и соответственно к удорожанию процесса.The disadvantage of the prototype is the use of TBP solution containing high concentrations of nitric acid. Nitric acid, especially in the organic phase, is a strong oxidizing agent, and in contact with irradiated fuel, i.e. at elevated temperatures, there is always a danger of local overheating, which initiates the oxidation of TBP, which can lead to decomposition of the extractant and even to explosion. In addition, large volumes of supercritical carbon dioxide are needed to dissolve the entire amount of uranium, which, in turn, leads to an increase in the size of the apparatus and, accordingly, to a rise in the cost of the process.

Задачей предлагаемого изобретения является создание более компактной и более безопасной технологии по сравнению с прототипом.The task of the invention is to create a more compact and safer technology compared to the prototype.

Для решения поставленной задачи предлагается способ переработки ОЯТ, включающий растворение топлива, экстракцию нитратов урана и актинидов нейтральными фосфорорганическими соединениями, растворенными в легкокипящем растворителе и реэкстракцию. Способ отличается тем, что растворение и экстракцию проводят в две стадии. На первой стадии проводят растворение топлива путем обработки облученного ядерного топлива диоксидом азота с добавлением стехиометрического количества воды для получения гидратированных нитратов уранила и актинидов. Затем экстрагируют актиниды из полученного в результате первой стадии плава нитратов актинидов, проводят дополнительную очистку экстракта на неорганическом сорбенте, а затем осадительную реэкстракцию актинидов путем перевода нитратов урана и актинидов в оксалаты или карбонаты.To solve this problem, a method for reprocessing spent nuclear fuel is proposed, which includes dissolving fuel, extracting uranium nitrates and actinides with neutral organophosphorus compounds dissolved in a low-boiling solvent and stripping. The method is characterized in that the dissolution and extraction are carried out in two stages. At the first stage, the fuel is dissolved by treating the irradiated nuclear fuel with nitrogen dioxide with the addition of a stoichiometric amount of water to produce hydrated uranyl nitrates and actinides. Then actinides are extracted from the actinide nitrate obtained as a result of the first stage of melt, an additional purification of the extract is carried out on an inorganic sorbent, and then precipitating reextraction of actinides is carried out by converting uranium nitrates and actinides into oxalates or carbonates.

На чертеже показана схема процесса.The drawing shows a diagram of the process.

На первом этапе облученное топливо обрабатывается диоксидом азота с добавлением стехиометрического (из расчета получения гексагидрата уранил нитрата) количества воды. В этом процессе актиниды переходят в нитраты, а существенная часть продуктов деления остается в осадке. После удаления избытка газообразных оксидов азота и радиоактивных газов получается плав нитратов актинидов с небольшой концентрацией избыточной азотной кислоты (не более 0,1 моль кислоты на 1 моль урана).At the first stage, the irradiated fuel is treated with nitrogen dioxide with the addition of a stoichiometric (based on the production of uranyl nitrate hexahydrate) amount of water. In this process, actinides are converted to nitrates, and a significant part of the fission products remains in the sediment. After removing the excess gaseous nitrogen oxides and radioactive gases, a melting of actinide nitrates is obtained with a small concentration of excess nitric acid (not more than 0.1 mol of acid per 1 mol of uranium).

На втором этапе при непрерывной экстракции оборотным ТБФ, растворенным в сверхкритическом диоксиде углерода или низкокипящем растворителе (например, во фторуглеводородном разбавителе) и непрерывном выводе экстракта в течение 2-х часов происходит извлечение до 99,9% урана, плутония и нептуния. После окончания экстракции остаток ОЯТ, содержащий продукты деления, промывается в течение 20 минут чистым растворителем, который также направляется на реэкстракцию урана, плутония и нептуния. В отличие от способа-прототипа экстракция проходит в отсутствие азотной кислоты и без окислов азота, что повышает безопасность проведения процесса - возможность местного перегрева и окисления практически исключена. Процесс идет гораздо быстрее, поскольку экстракция проходит из жидкой фазы. Следовательно, уменьшается объем аппарата, что резко уменьшает затраты.At the second stage, during continuous extraction with reverse TBP dissolved in supercritical carbon dioxide or a low boiling solvent (for example, a fluorocarbon diluent) and continuous extraction of the extract for 2 hours, up to 99.9% of uranium, plutonium, and neptunium are extracted. After the extraction is completed, the SNF residue containing fission products is washed for 20 minutes with a pure solvent, which is also sent for reextraction of uranium, plutonium and neptunium. In contrast to the prototype method, extraction takes place in the absence of nitric acid and without nitrogen oxides, which increases the safety of the process — the possibility of local overheating and oxidation is practically excluded. The process is much faster, since extraction takes place from the liquid phase. Therefore, the volume of the apparatus is reduced, which dramatically reduces costs.

В результате образуются два продукта:As a result, two products are formed:

1. Раствор сольватов нитратов урана, плутония и нептуния с ТБФ в растворителе, который поступает на реэкстракцию.1. A solution of solvates of nitrates of uranium, plutonium and neptunium with TBP in a solvent that is fed to reextraction.

2. Остающийся сухой остаток, состоящий из нитратов и оксидов ПД.2. The remaining dry residue, consisting of nitrates and oxides of PD.

По окончании процесса экстракции и промывки чистым растворителем последний откачивается из аппарата компрессором в ресивер (сборник) до остаточного давления 1 атм. После этого аппарат разгерметизируется и нерастворенный остаток, содержащий продукты деления (ПД), направляется на отверждение. Перевод окислов актинидов в нитраты известен, однако то, что большая часть продуктов деления остается нерастворенной, представляет собой неочевидный, однако весьма полезный факт. Нерастворившийся остаток, содержащий значительную часть активных нуклидов, удается отделить на первой стадии, что резко снижает радиационную нагрузку на экстрагент.At the end of the extraction and washing with a pure solvent, the latter is pumped out of the apparatus by the compressor into the receiver (collector) to a residual pressure of 1 atm. After that, the apparatus is depressurized and the undissolved residue containing fission products (PD) is sent for curing. The conversion of actinide oxides to nitrates is known, but the fact that most of the fission products remain undissolved is an unobvious, but very useful fact. The insoluble residue containing a significant portion of the active nuclides can be separated in the first stage, which drastically reduces the radiation load on the extractant.

На третьем этапе полученный в результате экстракции раствор сольватов нитратов уранила, плутония и нептуния с ТБФ подается компрессором в сорбционную колонну для дополнительной очистки экстракта от Cs, Sr, РЗЭ и ТПЭ. В качестве сорбента может использоваться, например, пористый оксид циркония в смеси с силикагелем. Отработанный поглотитель направляется на отверждение вместе с ПД с первой стадии. Неорганические сорбенты для очистки суб- и сверхкритических сред ранее не применялись.At the third stage, the solution of uranyl, plutonium, and neptunium solvates with TBP obtained as a result of extraction is fed by a compressor to a sorption column for additional purification of the extract from Cs, Sr, REE, and TPE. As the sorbent can be used, for example, porous zirconium oxide in a mixture with silica gel. The spent absorber is sent for curing together with PD from the first stage. Inorganic sorbents for the purification of sub- and supercritical media have not previously been used.

На четвертом этапе очищенный экстракт направляется в колонну твердофазной реэкстракции Pu, Np и U. Реэкстракцию проводят на щавелевой кислоте или карбонате аммония при перемешивании. Полученный оксалат или карбонат, содержащий до 99,9% исходного урана, плутония и нептуния, промывается растворителем. Данный продукт направляется на термообработку для получения твердого раствора диоксидов урана, плутония и нептуния для последующего хранения.In a fourth step, the purified extract is sent to a solid phase stripping column of Pu, Np and U. The stripping is carried out on oxalic acid or ammonium carbonate with stirring. The resulting oxalate or carbonate containing up to 99.9% of the initial uranium, plutonium and neptunium is washed with a solvent. This product is sent for heat treatment to obtain a solid solution of dioxides of uranium, plutonium and neptunium for subsequent storage.

Таким образом, в результате предлагаемого способа облученное топливо разделяется на твердую смесь оксидов актинидов и твердые отходы - продукты деления. Оксиды актинидов содержат менее 0,1% продуктов деления, а твердые отходы - менее 0,1% актинидов (урана, плутония, нептуния).Thus, as a result of the proposed method, the irradiated fuel is divided into a solid mixture of actinide oxides and solid waste - fission products. Actinide oxides contain less than 0.1% of fission products, and solid waste - less than 0.1% of actinides (uranium, plutonium, neptunium).

По сравнению со способом-прототипом в отдельную операцию выделен процесс растворения (обработка диоксидом азота), вследствие чего исключается потенциально опасный контакт органического экстрагента - ТБФ с азотной кислотой в присутствии нагретого за счет распада облученного топлива. На стадии экстракции уменьшается время контакта этих же компонентов, что дополнительно повышает безопасность проведения процесса. Использование осадительной реэкстракции позволяет проводить процесс непрерывно, т.к. регенерация экстрагента проходит при тех же условиях, что и экстракция.Compared with the prototype method, the dissolution process (treatment with nitrogen dioxide) was isolated in a separate operation, which eliminates the potentially dangerous contact of the organic extractant - TBP with nitric acid in the presence of irradiated fuel heated by the decay. At the extraction stage, the contact time of the same components is reduced, which further increases the safety of the process. The use of precipitation reextraction allows the process to be carried out continuously, because regeneration of the extractant takes place under the same conditions as extraction.

Следующие примеры иллюстрируют возможности применения данного способа.The following examples illustrate the applicability of this method.

Пример 1 (прототип)Example 1 (prototype)

Имитатор топлива ВВЭР-1000, окисленного до U3O8, обрабатывали раствором ТБФ-HNO3 в сверхкритическом диоксиде углерода при 120 атм и 40°С. При мольном соотношении U:ТБФ=1:6, за три часа было проэкстрагировано 14% урана с коэффициентами очистки от стронция 620, от неодима 140, от церия 2000.A VVER-1000 fuel simulator oxidized to U 3 O 8 was treated with a solution of TBP-HNO 3 in supercritical carbon dioxide at 120 atm and 40 ° C. At a molar ratio of U: TBP = 1: 6, in three hours 14% of uranium was extracted with the purification coefficients from strontium 620, from neodymium 140, from cerium 2000.

Пример 2 (прототип)Example 2 (prototype)

Фрагменты таблеток облученного топлива ВВЭР после трехлетней выдержки обрабатывали раствором ТБФ-HNO3 в сверхкритическом диоксиде углерода при 300 атм и 60°С. При мольном соотношении U:ТБФ=1:18, за три часа было проэкстрагировано 98% урана с коэффициентами очистки от цезия 320, от европия -140, от америция - 180.Fragments of tablets of irradiated VVER fuel after three years of exposure were treated with a solution of TBP-HNO 3 in supercritical carbon dioxide at 300 atm and 60 ° C. At a molar ratio of U: TBP = 1: 18, 98% of uranium was extracted in three hours with a cesium removal coefficient of 320, europium -140, and americium 180.

Пример 3Example 3

Имитатор облученного топлива ВВЭР-1000 после трехлетней выдержки обрабатывали расчетными количествами жидкого диоксида азота и воды, взятыми в мольном соотношении NO2/UO2=8/1 и H2O/UO2=6/1 при температуре 105°С в течение 4 часов.After three years of exposure, the VVER-1000 simulated irradiated fuel was treated with calculated quantities of liquid nitrogen dioxide and water taken in a molar ratio of NO 2 / UO 2 = 8/1 and H 2 O / UO 2 = 6/1 at a temperature of 105 ° C for 4 hours.

После удаления парогазовой фазы и охлаждения до температуры 25°С проводили экстракцию раствором 12% ТБФ в жидком диоксиде углерода, при мольном соотношении U:ТБФ=1:6. За три часа извлечение урана и актинидов составило 98%. Нерастворенный остаток, содержащий 95% активности продуктов деления, направляется на отверждение.After removal of the vapor-gas phase and cooling to a temperature of 25 ° С, extraction was carried out with a solution of 12% TBP in liquid carbon dioxide, with a molar ratio U: TBP = 1: 6. In three hours, the recovery of uranium and actinides was 98%. The undissolved residue, containing 95% of the activity of the fission products, is sent for curing.

Экстракт, содержащий уран и актиниды, пропускали через неорганический сорбент. При этом коэффициент дополнительной очистки составил от цезия - 800, от европия и америция - 430. Общий коэффициент очистки от гамма-активности составил более 8000.An extract containing uranium and actinides was passed through an inorganic sorbent. In this case, the additional purification coefficient amounted to 800 cesium, 430 europium and americium, and the total gamma activity purification coefficient was more than 8000.

Экстракт, содержащий уран и актиниды, пропускали через слой карбоната аммония для реэкстракции и регенерации экстрагента. После регенерации экстрагент возвращали на стадию экстракции.An extract containing uranium and actinides was passed through a layer of ammonium carbonate to reextract and regenerate the extractant. After regeneration, the extractant was returned to the extraction stage.

Полученный карбонат актинидов термически разлагается по известному способу до оксидов актинидов.The resulting actinide carbonate is thermally decomposed by a known method to actinide oxides.

Пример 4Example 4

Фрагменты таблетки облученного ядерного топлива РБМК после трехлетней выдержки обрабатывали расчетными количествами жидкого диоксида азота и воды, взятыми в мольном соотношении NO2/UO2=8/1 и Н2О/UO2=6/1 при температуре 105°С в течение 4 часов.Fragments of a tablet of irradiated nuclear fuel RBMK after three years of exposure were treated with calculated quantities of liquid nitrogen dioxide and water taken in a molar ratio of NO 2 / UO 2 = 8/1 and H 2 O / UO 2 = 6/1 at a temperature of 105 ° C for 4 hours.

После удаления парогазовой фазы и охлаждения проводили экстракцию раствором 30% ТБФ в сверхкритическом диоксиде углерода при 300 атм и 60°С. При этом извлечение урана и актинидов составляло 99% при мольном соотношении U:ТБФ=1:6.After removal of the vapor-gas phase and cooling, extraction was carried out with a solution of 30% TBP in supercritical carbon dioxide at 300 atm and 60 ° C. The extraction of uranium and actinides was 99% with a molar ratio of U: TBP = 1: 6.

Экстракт, содержащий уран и актиниды, пропускали через слой смеси оксида циркония и силикагеля для дополнительной очистки от взвесей. После пропускания через слой сорбента в экстракте осталось менее 0, 05% исходной активности цезия (коэффициент очистки 2000) и 0,03% исходной активности америция (коэффициент очистки 3000). После очистки экстракт, растворенный в сверхкритическом диоксиде углерода, пропускали через слой щавелевой кислоты для реэкстракции и регенерации экстрагента. В процессе реэкстракции извлечено 99,9% экстрагированного урана и 99,5% экстрагированных плутония и нептуния. После регенерации экстрагент возвращали на стадию экстракции.An extract containing uranium and actinides was passed through a layer of a mixture of zirconium oxide and silica gel for additional purification from suspensions. After passing through a layer of sorbent in the extract, less than 0.05% of the initial activity of cesium (purification coefficient 2000) and 0.03% of the initial activity of americium (purification coefficient 3000) remained. After purification, the extract, dissolved in supercritical carbon dioxide, was passed through a layer of oxalic acid to reextract and regenerate the extractant. In the process of re-extraction, 99.9% of extracted uranium and 99.5% of extracted plutonium and neptunium were recovered. After regeneration, the extractant was returned to the extraction stage.

Полученный оксалат урана и актинидов термически разлагается по известному способу до оксидов актинидов.The resulting oxalate of uranium and actinides is thermally decomposed by a known method to actinide oxides.

Пример 5Example 5

Фрагменты таблетки облученного ядерного топлива РБМК после трехлетней выдержки обрабатывали расчетными количествами жидкого диоксида азота и воды, взятыми в мольном соотношении NO2/UO2=8/1 и H2O/UO2=6/1 при температуре 105°С в течение 4 часов.Fragments of a tablet of irradiated nuclear fuel RBMK after three years of exposure were treated with calculated quantities of liquid nitrogen dioxide and water taken in a molar ratio of NO 2 / UO 2 = 8/1 and H 2 O / UO 2 = 6/1 at a temperature of 105 ° C for 4 hours.

После удаления парогазовой фазы и охлаждения проводили экстракцию раствором 30%ТБФ в жидком фреоне-125 при 30 атм и 60°С. При этом извлечение урана и нептуния и плутония составляло 99,9%.After removal of the vapor-gas phase and cooling, extraction was carried out with a solution of 30% TBP in liquid Freon-125 at 30 atm and 60 ° C. The recovery of uranium and neptunium and plutonium was 99.9%.

Экстракт, содержащий уран и актиниды, пропускали через слой смеси оксида циркония и силикагеля для дополнительной очистки от взвесей. После пропускания через слой сорбента в экстракте, растворенном в жидком фреоне-125, осталось менее 0, 03% исходной активности цезия (коэффициент очистки 3300), и 0,03% исходной активности америция (коэффициент очистки 3300) и 0,02% исходной активности европия (коэффициент очистки более 3000). После очистки экстракт, растворенный в жидком фреоне-125, пропускали через слой щавелевой кислоты для реэкстракции и регенерации экстрагента. В процессе реэкстракции извлечено 99,5% экстрагированного урана и 99,7% экстрагированных плутония и нептуния. После регенерации экстрагент возвращали на стадию экстракции.An extract containing uranium and actinides was passed through a layer of a mixture of zirconium oxide and silica gel for additional purification from suspensions. After passing through a layer of sorbent in the extract dissolved in liquid Freon-125, less than 0.03% of the initial activity of cesium (purification coefficient 3300), and 0.03% of the initial activity of americium (purification coefficient 3300) and 0.02% of the initial activity remained europium (purification coefficient over 3000). After purification, the extract, dissolved in liquid Freon-125, was passed through a layer of oxalic acid to reextract and regenerate the extractant. In the process of re-extraction, 99.5% of extracted uranium and 99.7% of extracted plutonium and neptunium were recovered. After regeneration, the extractant was returned to the extraction stage.

Полученный оксалат урана и актинидов термически разлагается по известному способу до оксидов актинидов.The resulting oxalate of uranium and actinides is thermally decomposed by a known method to actinide oxides.

Приведенные примеры показывают, что возможно извлечение актинидов и их отделение от продуктов деления с коэффициентами не менее 1000 по приведенному способу. В сравнении с прототипом способ ускоряет и делает более безопасным процесс растворения и экстракции, приводит к сокращению суммарного объема аппаратов при той же производительности, что и прототип. Это дает существенный выигрыш в экономической эффективности, т.к. в радиохимических процессах основные затраты связаны с объемом капитального строительства.The above examples show that actinides can be extracted and separated from fission products with coefficients of at least 1000 by the above method. Compared with the prototype, the method accelerates and makes safer the dissolution and extraction process, leads to a reduction in the total volume of the apparatus at the same productivity as the prototype. This gives a significant gain in economic efficiency, because in radiochemical processes, the main costs are associated with the volume of capital construction.

Claims (4)

1. Способ переработки облученного ядерного топлива, включающий растворение топлива, экстракцию нитратов урана и актинидов нейтральными фосфорорганическими соединениями, растворенными в легкокипящем растворителе и реэкстракцию, отличающийся тем, что растворение и экстракцию проводят в две стадии: сначала растворение путем обработки облученного ядерного топлива диоксидом азота с добавлением стехиометрического количества воды для получения гидратов уранилнитрата, нитратов других актинидов, затем экстрагируют актиниды из полученного в результате первой стадии плава нитратов актинидов, проводят дополнительную очистку экстракта на неорганическом сорбенте, а затем проводят реэкстракцию актинидов путем перевода нитратов урана и актинидов в оксалаты или карбонаты.1. A method of processing irradiated nuclear fuel, including dissolving fuel, extracting uranium nitrates and actinides with neutral organophosphorus compounds dissolved in a low boiling solvent and stripping, characterized in that the dissolution and extraction are carried out in two stages: first, dissolution by treatment of the irradiated nuclear fuel with nitrogen dioxide with by adding a stoichiometric amount of water to obtain uranyl nitrate hydrates, nitrates of other actinides, then actinides are extracted from the obtained as a result of the first stage of the actinide nitrate melt, additional purification of the extract is carried out on an inorganic sorbent, and then actinides are re-extracted by converting uranium nitrates and actinides to oxalates or carbonates. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют нейтральные фосфорорганические соединения, например трибутилфосфат.2. The method according to claim 1, characterized in that neutral organic phosphorus compounds, for example tributyl phosphate, are used as extractant. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя экстрагента используют диоксид углерода или фторорганические соединения, например фреон-125.3. The method according to claim 1, characterized in that carbon dioxide or organofluorine compounds, for example freon-125, are used as solvent for the extractant. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического сорбента используют пористый оксид циркония в смеси с силикагелем. 4. The method according to claim 1, characterized in that the porous zirconium oxide mixed with silica gel is used as an inorganic sorbent.
RU2007118036/06A 2007-05-14 2007-05-14 Method of irradiated nuclear fuel treatment RU2366012C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007118036/06A RU2366012C2 (en) 2007-05-14 2007-05-14 Method of irradiated nuclear fuel treatment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007118036/06A RU2366012C2 (en) 2007-05-14 2007-05-14 Method of irradiated nuclear fuel treatment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007118036A RU2007118036A (en) 2008-11-20
RU2366012C2 true RU2366012C2 (en) 2009-08-27

Family

ID=40241058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007118036/06A RU2366012C2 (en) 2007-05-14 2007-05-14 Method of irradiated nuclear fuel treatment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2366012C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2556108C1 (en) * 2014-06-09 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of processing irradiated nuclear fuel
RU2563480C2 (en) * 2013-10-08 2015-09-20 Акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of obtaining uranyl nitrate
RU2755814C1 (en) * 2020-08-12 2021-09-21 Акционерное общество «Прорыв» Composition for conversion of solid forms of actinoids and rare earth elements into a soluble form

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T.Shimada, S.Oguno, N.Ishihara, Y.Kosaka, Y.Mori, A study on the technique of spent fuel reprocessing with supercritical fluid direct extraction method (Suprer DIREX method) // J. Of Nucl.Science and Techn., Suppl.3, p.757-760(2002). *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2563480C2 (en) * 2013-10-08 2015-09-20 Акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of obtaining uranyl nitrate
RU2556108C1 (en) * 2014-06-09 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of processing irradiated nuclear fuel
RU2755814C1 (en) * 2020-08-12 2021-09-21 Акционерное общество «Прорыв» Composition for conversion of solid forms of actinoids and rare earth elements into a soluble form

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007118036A (en) 2008-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
McKibben Chemistty of the purex process
US3374068A (en) Irradiated fuel reprocessing
KR20090010217A (en) Process for reprocessing a spent nuclear fuel and of preparing a mixed uranium-plutonium oxide
Vandegrift et al. Designing and demonstration of the UREX+ process using spent nuclear fuel
US20080224106A1 (en) Process for treating compositions containing uranium and plutonium
US5169609A (en) Combined transuranic-strontium extraction process
US8747790B2 (en) Advanced dry head-end reprocessing of light water reactor spent nuclear fuel
Samsonov et al. Dissolution of uranium dioxide in supercritical fluid carbon dioxide
CN107245588A (en) A kind of method of extraction and recovery neptunium in post processing waste liquid from spentnuclear fuel
RU2366012C2 (en) Method of irradiated nuclear fuel treatment
Natarajan Reprocessing of spent fast reactor nuclear fuels
Samsonov et al. Supercritical fluid extraction in modern radiochemistry
Liljenzin et al. Reducing the long-term hazard of reactor waste through actinide removal and destruction in nuclear reactors
US3954654A (en) Treatment of irradiated nuclear fuel
JPS6260449B2 (en)
Baron et al. Separation of the long lived radionuclides: Current status and future R&D program in France
JPS63198897A (en) Method particularly used for reprocessing irradiated nuclear fuel in order to separate technetium existing in organic solvent together with one kind or more of other metal such as zirconium and uranium or plutonium
JPH0453277B2 (en)
JP7235601B2 (en) Method for separating lanthanides from radioactive solutions
RU2706212C1 (en) Method for selective extraction of radionuclides from radioactive nitrate solutions
Volk et al. New technology and hardware for reprocessing spent nuclear fuel from thermal reactors
Courson et al. Separation of minor actinides from genuine HLLW using the DIAMEX process
RU2623943C1 (en) Extraction mixture for the recovery of tpe and ree from high-active rafinat of npp snf processing and the method of its use (versions)
Paviet-Hartmann et al. Nuclear Fuel Reprocessing
US3357802A (en) Single cycle irradiated fuel reprocessing