RU2408101C2 - Waste nuclear fuel processing method - Google Patents
Waste nuclear fuel processing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2408101C2 RU2408101C2 RU2009105424/06A RU2009105424A RU2408101C2 RU 2408101 C2 RU2408101 C2 RU 2408101C2 RU 2009105424/06 A RU2009105424/06 A RU 2009105424/06A RU 2009105424 A RU2009105424 A RU 2009105424A RU 2408101 C2 RU2408101 C2 RU 2408101C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitric acid
- concentration
- evaporation
- fission products
- nuclear fuel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к области переработки отработанного ядерного топлива (ОЯТ), и может быть использовано в технологических схемах переработки ОЯТ.The invention relates to the field of nuclear energy, in particular to the field of spent nuclear fuel (SNF) processing, and can be used in technological schemes for processing SNF.
Известны способы переработки отработавшего ядерного топлива, включающие растворение ОЯТ в азотной кислоте и дальнейшую переработку полученных растворов экстракционными методами, в которых уменьшение объема жидких радиоактивных отходов достигается за счет получения в процессе растворения пересыщенных по уранилнитрату растворов и последующей выкристаллизацией из них уранилнитрата (см. Takeshi Takata et al. «Conceptual Design Study on Advanced Aqueous Reprocessing System for Fast Reactor Fuel Cycle», Journal of nuclear science and technology, volume 41, number 3, p.307-314; E. Henrich et al. «A new concept for product refining in the Purex-process», Atomkernenergie-Kerntechnik, 1986, vol.48, №4, p.241-245). В известных способах не достигается необходимая степень уменьшения объема жидких радиоактивных отходов вследствие ограниченности концентрации уранилнитрата в пересыщенных растворах. Использование процесса выкристаллизации уранилнитрата взамен второго экстракционного цикла, несмотря на возможное упрощение технологической схемы аффинажа урана, не решает задачи концентрирования радионуклидов из жидких радиоактивных отходов первого экстракционного цикла.Known methods for processing spent nuclear fuel include dissolving spent nuclear fuel in nitric acid and further processing the resulting solutions by extraction methods, in which a reduction in the volume of liquid radioactive waste is achieved by obtaining solutions that are supersaturated with uranyl nitrate and subsequent crystallization of uranyl nitrate from them (see Takeshi Takata et al. “Conceptual Design Study on Advanced Aqueous Reprocessing System for Fast Reactor Fuel Cycle”, Journal of nuclear science and technology, volume 41, number 3, p.307-314; E. Henrich et al. “A new concept for product refining in the Purex-process ”, Ato mkernenergie-Kerntechnik, 1986, vol. 48, No. 4, p. 241-245). In the known methods, the necessary degree of reduction in the volume of liquid radioactive waste is not achieved due to the limited concentration of uranyl nitrate in supersaturated solutions. The use of the process of crystallization of uranyl nitrate instead of the second extraction cycle, despite the possible simplification of the technological scheme of uranium refining, does not solve the problem of concentration of radionuclides from liquid radioactive waste of the first extraction cycle.
Известен способ переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), включающий растворение ОЯТ в азотной кислоте и дальнейшую переработку полученных растворов экстракционными методами, отличающийся тем, что растворение ОЯТ проводят в рафинате от экстракционной переработки получаемых в ходе растворения растворов с использованием в качестве экстрагента сольвата экстрагента с азотной кислотой (см. Бондин В.В., Бычков С.И. Ефремов И.Г., Кудинов К.Г., Лапшин Б.М. Способ переработки облученного ядерного топлива. Патент РФ №2325719, опубл. 27.05.2008, бюл. №15).A known method of processing spent nuclear fuel (SNF), including the dissolution of spent nuclear fuel in nitric acid and further processing of the obtained solutions by extraction methods, characterized in that the spent fuel is dissolved in the raffinate from the extraction processing of the solutions obtained during dissolution using an extractant with nitrogen as a solvate acid (see Bondin V.V., Bychkov S.I. Efremov I.G., Kudinov K.G., Lapshin B.M. Method for processing irradiated nuclear fuel. RF Patent No. 2225719, publ. 27.05.2008, bull. . 15).
Известный способ предполагает контактирование экстрагента с высококонцентрированными по азотной кислоте и радионуклидам растворами, что может привести к нитрованию составляющих экстрагента и, как следствие, к непредсказуемым аварийным ситуациям. Кроме того, использование известного способа потребует существенной переделки существующих экстракционных технологических схем с включением цепи экстракторов для получения сольвата экстрагента с азотной кислотой.The known method involves contacting the extractant with highly concentrated solutions of nitric acid and radionuclides, which can lead to nitration of the components of the extractant and, as a consequence, to unpredictable emergency situations. In addition, the use of the known method will require a substantial alteration of existing extraction technological schemes with the inclusion of a chain of extractors to obtain a solvate of the extractant with nitric acid.
Известен способ (прототип) переработки отработавшего ядерного топлива, включающий растворение ОЯТ в азотной кислоте, осветление исходного раствора топлива с помощью фильтрации, дальнейшую переработку полученных растворов экстракционными методами, концентрирование продуктов деления, отверждение высокоактивных технологических отходов. Концентрирование продуктов деления в жидких радиоактивных отходах в известном способе проводят глубоким упариванием азотнокислых растворов с регенерацией азотной кислоты (Копырин А.А., Карелин А.И., Карелин В.А. Технология производства и радиохимической переработки ядерного топлива. М.: ЗАО "Издательство Атомэнергоиздат", 2006, стр.317-325). Процессы упаривания с организацией регенерации азотной кислоты позволяют получить в виде флегмы концентрированную азотную кислоту, которая может быть использована для растворения ОЯТ. Таким образом, в известном способе решается задача не только уменьшения объема высокоактивного отхода, но и задача рационального использования азотной кислоты, а также уменьшения объема РАО. Однако переработка облученного ядерного топлива по известному способу являются дорогостоящей и требуют использования дорогостоящего оборудования, изготовленного из специальных сталей. Кроме того, кубовый раствор от упаривания рафината содержит высокую концентрацию азотной кислоты, что также приводит к усложнению технологичекой схемы процесса отверждения с одновременным удорожанием процесса отверждения.A known method (prototype) of spent nuclear fuel reprocessing, including the dissolution of spent nuclear fuel in nitric acid, clarification of the initial fuel solution by filtration, further processing of the resulting solutions by extraction methods, concentration of fission products, solidification of highly active technological waste. The concentration of fission products in liquid radioactive waste in the known method is carried out by deep evaporation of nitric acid solutions with the regeneration of nitric acid (Kopyrin A.A., Karelin A.I., Karelin V.A. Production technology and radiochemical processing of nuclear fuel. M .: ZAO " Atomenergoizdat Publishing House, 2006, pp. 317-325). Evaporation processes with the organization of nitric acid regeneration make it possible to obtain concentrated nitric acid in the form of reflux, which can be used to dissolve SNF. Thus, in the known method, the problem is solved not only to reduce the volume of highly active waste, but also the rational use of nitric acid, as well as reduce the volume of radioactive waste. However, the reprocessing of irradiated nuclear fuel by a known method is expensive and require the use of expensive equipment made of special steels. In addition, the bottom solution from evaporation of the raffinate contains a high concentration of nitric acid, which also leads to the complication of the technological scheme of the curing process with a simultaneous increase in the cost of the curing process.
Целью настоящего изобретения является исключение процесса глубокого упаривания азотнокислых растворов с организацией регенерации азотной кислоты и значительное снижение концентрации азотной кислоты в высокоактивном технологическом отходе, подаваемом на отверждение.The aim of the present invention is to eliminate the process of deep evaporation of nitric acid solutions with the organization of the regeneration of nitric acid and a significant decrease in the concentration of nitric acid in the highly active process waste fed to the cure.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе переработки ОЯТ, включающем растворение ОЯТ, осветление исходного раствора топлива с помощью фильтрации, экстракционную переработку полученных растворов, концентрирование продуктов деления путем глубокого упаривания рафинатов первого экстракционного цикла с регенерацией азотной кислоты для последующего ее использования в процессах растворения топлива, фракционирование продуктов деления, отверждение высокоактивных технологических отходов, концентрирование продуктов деления проводят путем упаривания азотнокислых растворов от экстракционной переработки с кратностью упаривания до получения в кубовом растворе концентрации азотной кислоты до 8 моль/л с последующей выдачей кубового остатка на растворение ОЯТ. Упаривание рафината проводят без регенерации азотной кислоты. Рецикл продуктов деления с рафинатами от экстракционной переработки через упаривание и последующее растворение в кубовом растворе ОЯТ проводят до создания концентрации радионуклидов, отвечающих их технологически необходимому накоплению. При накоплении радионуклидов рафинат от экстракционной переработки выводят из рецикла и после проведения операции фракционирования направляют на отверждение.This goal is achieved by the fact that in the known method of SNF processing, including SNF dissolution, clarification of the initial fuel solution by filtration, extraction processing of the resulting solutions, concentration of fission products by deep evaporation of the raffinates of the first extraction cycle with the regeneration of nitric acid for its subsequent use in dissolution processes fuels, fractionation of fission products, solidification of highly active technological waste, concentration of fission products the wiring by evaporating the nitric acid solutions from the extraction processing of a multiplicity of evaporation to give a nitric acid concentration of the bottoms solution to 8 mol / l with the subsequent delivery bottoms dissolution of spent nuclear fuel. Evaporation of the raffinate is carried out without regeneration of nitric acid. The recycling of fission products with raffinates from extraction processing through evaporation and subsequent dissolution in a still solution of spent nuclear fuel is carried out to create a concentration of radionuclides that correspond to their technologically necessary accumulation. With the accumulation of radionuclides, the raffinate from extraction processing is removed from the recycle and after the fractionation operation is sent for curing.
Исключение процесса регенерации азотной кислоты при упаривании рафинатов при низкой кратности упаривания до создания азеотропного содержания в кубовом растворе азотной кислоты существенно упрощает технологический процесс и его аппаратурное оформление, снижает агрессивность технологической среды с точки зрения коррозионного воздействия на конструкционные материалы оборудования, снижает концентрацию продуктов коррозии в ВАО, а также исключает процесс двойного упаривания, что повышает экономичность технологического процесса.The elimination of the process of nitric acid regeneration during evaporation of raffinates at a low evaporation rate until an azeotropic content of nitric acid in the bottoms solution is created significantly simplifies the process and its hardware design, reduces the aggressiveness of the technological environment from the point of view of corrosive effects on structural materials of equipment, and reduces the concentration of corrosion products in HLW , and also eliminates the double evaporation process, which increases the efficiency of the process.
Направление рафината от экстракционной переработки ОЯТ на последующую переработку с рециклом продуктов деления при технологически необходимом содержании в рафинате продуктов деления упрощает технологическую схему фракционирования продуктов деления, так как на фракционирование поступает более концентрированный по извлекаемым продуктам деления раствор. Более низкая концентрация азотной кислоты в растворе упрощает последующее отверждение ВАО.The direction of the raffinate from the spent nuclear fuel extraction processing to the subsequent reprocessing with the recycling of fission products with the technologically necessary content of fission products in the raffinate simplifies the technological scheme of fractionation of fission products, since the solution receives a more concentrated fission product for fractionation. A lower concentration of nitric acid in the solution simplifies the subsequent curing of HLW.
Способ осуществляется следующим образом. Рафинат от первого экстракционного цикла направляют на упаривание с кратностью упаривания, обеспечивающего создание концентрации азотной кислоты в кубовом растворе азеотропной смеси (8 моль/л). Упаривание проводят в тарельчатом выпарном аппарате с целью промывки газовой фазы от уносов с получением более чистого конденсата. Кубовый раствор после осветления с помощью фильтрации направляют совместно с другими высококонцентрированными растворами азотной кислоты, получаемыми от концентрирования воднохвостовых растворов от аффинажных процессов, в реактор-растворитель. Полученный раствор топлива с оптимальной концентрацией по урану (350-400 г/л) и азотной кислоте после осветления с помощью фильтрации направляют на экстракционную переработку по известным технологическим схемам. Рециклирование продуктов деления с помощью возврата кубового раствора от упаривания рафината первого экстракционного цикла ведут до создания технологически необходимых концентраций.The method is as follows. The raffinate from the first extraction cycle is directed to evaporation with a multiplicity of evaporation, ensuring the creation of a concentration of nitric acid in a still solution of an azeotropic mixture (8 mol / l). Evaporation is carried out in a tray evaporator in order to flush the gas phase from entrainment to obtain cleaner condensate. The bottom solution after clarification by filtration is sent together with other highly concentrated solutions of nitric acid obtained from the concentration of water-tail solutions from refining processes to a solvent reactor. The resulting fuel solution with an optimal concentration of uranium (350-400 g / l) and nitric acid after clarification by filtration is sent to the extraction processing according to known technological schemes. Recycling of fission products by returning the bottom solution from evaporation of the raffinate of the first extraction cycle is carried out to create technologically necessary concentrations.
ПРИМЕРEXAMPLE
2,4 кг (в пересчете на уран) облученного топлива разделили на фракции (40 фракций, каждая фракция по 60 граммов). Первую фракцию растворяли в чистом растворе азотной кислоты, а все последующие - в кубовом растворе от упаривания рафината первого экстракционного цикла после осветления с помощью фильтрации с добавкой высококонцентрированных растворов по азотной кислоте (8 моль/л) от концентрирования воднохвостовых растворов аффинажных операций с получением исходного раствора с концентрацией по урану 350 г/л и азотной кислоты 2,5 моль/л. Полученные растворы после осветления с помощью фильтрации направляли на экстракционную переработку по известной технологической схеме с получением рафината с концентрацией азотной кислоты 2,5 моль/л. При получении последней порции исходного раствора получили рафинат в виде концентрата продуктов деления. Состав высокоактивного рафината, направляемого на фракционирование и последующее остекловывание: уран - <0,01 г/л, плутоний - <10 мкг/л, азотная кислота - 2,5 моль/л. Объем выводимого высокоактивного рафината, направляемого на фракционирование и последующее остекловывание, составил 283 мл (180 л/т урана). Такой объем близок к теоретически возможному, так как при растворении диоксида урана в азотной кислоте образуется, в основном, вода. В другом выпарном аппарате выпаривали азотнокислые растворы от аффинажа урана и плутония также с кратностью, необходимой для достижения в кубовом растворе концентрации азотной кислоты 8 моль/л. Кубовый раствор также использовали на операции растворения топлива. Коэффициент очистки урана и плутония от продуктов деления на экстракционном переделе соответствовал показателям, получаемым по прототипу.2.4 kg (in terms of uranium) of the irradiated fuel was divided into fractions (40 fractions, each fraction of 60 grams). The first fraction was dissolved in a pure solution of nitric acid, and all subsequent ones in a still solution from evaporation of the raffinate of the first extraction cycle after clarification by filtration with the addition of highly concentrated solutions of nitric acid (8 mol / L) from the concentration of water-tail solutions of refining operations to obtain the initial solution with a uranium concentration of 350 g / l and nitric acid 2.5 mol / l. The resulting solutions after clarification by filtration were sent for extraction processing according to the known technological scheme with obtaining a raffinate with a concentration of nitric acid of 2.5 mol / L. Upon receipt of the last portion of the initial solution, the raffinate was obtained in the form of a fission product concentrate. The composition of the highly active raffinate, directed to fractionation and subsequent vitrification: uranium - <0.01 g / l, plutonium - <10 μg / l, nitric acid - 2.5 mol / l. The volume of the output of highly active raffinate, directed to fractionation and subsequent vitrification, amounted to 283 ml (180 l / t of uranium). Such a volume is close to theoretically possible, since upon dissolution of uranium dioxide in nitric acid, mainly water is formed. In another evaporator, nitric acid solutions were evaporated from the refining of uranium and plutonium also with the multiplicity necessary to achieve a nitric acid concentration of 8 mol / L in the bottom solution. VAT solution was also used in the operation of dissolving the fuel. The coefficient of purification of uranium and plutonium from fission products at the extraction stage corresponded to the parameters obtained by the prototype.
В сравнении с прототипом в предлагаемом способе получено высокое сокращение объема высокоактивного рафината без использования процесса глубокого упаривания рафината с регенерацией азотной кислоты, с получением его в виде раствора, подготовленного к остекловыванию.Compared with the prototype in the proposed method, a high reduction in the volume of highly active raffinate was obtained without using the deep evaporation of the raffinate with the regeneration of nitric acid, to obtain it in the form of a solution prepared for vitrification.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009105424/06A RU2408101C2 (en) | 2009-02-18 | 2009-02-18 | Waste nuclear fuel processing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009105424/06A RU2408101C2 (en) | 2009-02-18 | 2009-02-18 | Waste nuclear fuel processing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009105424A RU2009105424A (en) | 2010-08-27 |
RU2408101C2 true RU2408101C2 (en) | 2010-12-27 |
Family
ID=42798313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009105424/06A RU2408101C2 (en) | 2009-02-18 | 2009-02-18 | Waste nuclear fuel processing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2408101C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726224C1 (en) * | 2019-12-11 | 2020-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of liquid radioactive wastes concentration |
-
2009
- 2009-02-18 RU RU2009105424/06A patent/RU2408101C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КОПЫРИН А.А. и др. Технология производства и радиохимической переработки ядерного топлива. - М.: ЗАО «Издательство Атомэнергоиздат», 2006, с.317-325. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726224C1 (en) * | 2019-12-11 | 2020-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of liquid radioactive wastes concentration |
WO2021118402A1 (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-17 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for concentrating liquid radioactive waste |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009105424A (en) | 2010-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103305702B (en) | Process for recovering and purifying neptunium from waste liquor discharged from 2AW+2DW in Purex flow | |
RU2008151145A (en) | METHOD FOR REGENERATING WASTE NUCLEAR FUEL AND OBTAINING MIXED URANIUM-PLUTONIUM OXIDE | |
US11834730B2 (en) | Method for recycling plutonium from spent radioactive fuel | |
US10734126B2 (en) | Methods of separating medical isotopes from uranium solutions | |
DE602005006623D1 (en) | IMPROVEMENT OF THE PUREX PROCESS AND USES THEREOF | |
RU2663882C1 (en) | Method for recycling nuclear waste, including uranium (vi) purification from at least one actinide (iv) by producing actinide (iv) complex | |
CN110144471B (en) | Method for extracting technetium from nuclear fuel post-treatment waste liquid | |
US20080224106A1 (en) | Process for treating compositions containing uranium and plutonium | |
RU2012103449A (en) | IMPROVED METHOD FOR PROCESSING SPENT NUCLEAR FUEL | |
JP4381179B2 (en) | Method for adjusting enrichment of spent nuclear fuel, enrichment adjusting device and reprocessing facility | |
RU2408101C2 (en) | Waste nuclear fuel processing method | |
CN108538417B (en) | Method for directly separating rare earth elements from uranium dioxide or spent fuel | |
CN111863298B (en) | Deep purification method of PUREX process polluted solvent | |
RU2454742C1 (en) | Method for processing of spent nuclear fuel of nuclear power plants | |
CN111863301B (en) | Method for eluting plutonium reserved in PUREX process waste organic phase | |
US3276850A (en) | Method of selectively reducing plutonium values | |
CN111020244A (en) | Method for extracting plutonium-238 from irradiated neptunium target and recovering neptunium-237 | |
US2882124A (en) | Solvent extraction process for plutonium | |
EA005633B1 (en) | Method and installation for the treatment of a radioactive wastes | |
JP2023509350A (en) | Method for concentrating liquid radioactive waste | |
CN103451428B (en) | Ruthenium purifying technology in plutonium purification cycle of Purex process | |
Volk et al. | New technology and hardware for reprocessing spent nuclear fuel from thermal reactors | |
JPS61236615A (en) | Method of recovering uranium from nucleus fuel scrap | |
US9842664B2 (en) | Recovering and recycling uranium used for production of molybdenum-99 | |
JP5784476B2 (en) | Uranium recovery method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190219 |