RU2454741C1 - Способ переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций - Google Patents
Способ переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2454741C1 RU2454741C1 RU2010152889/07A RU2010152889A RU2454741C1 RU 2454741 C1 RU2454741 C1 RU 2454741C1 RU 2010152889/07 A RU2010152889/07 A RU 2010152889/07A RU 2010152889 A RU2010152889 A RU 2010152889A RU 2454741 C1 RU2454741 C1 RU 2454741C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- extraction
- zirconium
- solution
- plutonium
- chromium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к методам переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС) и направлено на локализацию циркония в 1 экстракционном цикле путем совместной экстракции урана, нептуния, плутония, технеция и циркония с селективной реэкстракцией последнего. Способ переработки ОЯТ атомных электростанций включает экстракцию урана(VI), плутония(VI), нептуния(VI), технеция(VII) и циркония(IV) раствором разбавленного трибутилфосфата и реэкстракцию циркония в раствор азотной кислотой с отмывкой экстрагентом от актинидов. Экстракцию проводят в присутствии Cr(VI) при мольном отношении хром(VI): цирконий(IV)>1, а из экстракта, содержащего все эти элементы, проводят реэкстракцию в раствор азотной кислотой с концентрированием циркония, совместно с технецием или селективно, при введении несолеобразующего восстановителя, не вызывающего реэкстракцию плутония. Изобретение направлено на полное извлечение циркония на стадии экстракции, а также на улучшение экстракции нептуния, извлечение которого в центробежных экстракторах и пульсационных колоннах. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 4 пр.
Description
При переработке высоковыгоревшего облученного ядерного топлива атомных электростанций (ОЯТ АЭС) возникают проблемы образования осадков в виде молибдата циркония, причем цирконий и молибден являются продуктами деления с высоким выходом. Образование этих осадков наиболее существенным образом проявляется при упаривании рафинатов и обработке кубового остатка перед отверждением высокоактивных отходов (ВАО). Одним из путей решения этой проблемы является получение комплексов молибдена при упаривании рафината, например, с щавелевой кислотой при удалении циркония экстракцией в рамках первого экстракционного цикла (Патент RU №2303306, МПК G21F 9/08, опубликованный 20.07.2007, Бюл. Изобр. №20, 2007).
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ экстракции циркония совместно с ураном, плутонием, нептунием и технецием раствором 30% трибутилфосфата (ТБФ) за счет эффекта «сверхэкстракции циркония» в присутствии урана в противоточном каскаде (Патент SU 1804652 A3, опубликованный 23.03.1993, Бюл. Изобр. №11, 1993).
Этот способ имеет ограниченный диапазон применения, поскольку требует проведения экстракции при высоком отношении удельных расходов экстрагента к исходному раствору (n>3,2) во всей зоне экстракции, что обеспечивается за счет повышенной концентрации урана и других элементов из ОЯТ в исходном растворе, а также отказа от присоединения раствора от кислотной промывки экстракта к потоку исходного раствора с превращением этой операции в реэкстракцию циркония в сочетании с дополнительно вводимой операцией отмывки делящихся актинидов (урана, плутония, в меньшей мере нептуния) из этого реэкстракта дополнительным потоком экстрагента.
Недостатком этого способа является также необходимость проведения для его реализации частичной реконструкции в высокоактивном узле действующих производств с установкой дополнительных экстракционных ступеней и емкостей, а также ограничения в узле осветления исходного раствора ОЯТ, связанные с ограничением удельного объема промывных растворов.
Указанные недостатки могут быть преодолены благодаря обнаруженному эффекту аномального повышения экстрагируемости циркония в присутствии хрома(VI), что иллюстрирует табл.1. При этом уран существенно не влияет на соэкстракцию циркония и хрома(VI).
Известны данные о введении хрома(VI) в исходный раствор низковыгоревшего ОЯТ (облученного природного урана) при его подготовке к переработке с использованием метилизобутилкетона как экстрагента (Переработка ядерного горючего, под ред. С.Столер и Р. Ричардс, М.: Атомиздат, 1964, стр.162-168), причем хром(VI) применялся в качестве окислителя для стабилизации плутония(VI). В Пурекс-процессе (экстракция актинидов с использованием ТБФ) надобность в окислителе плутония отпала, и о применении в таком процессе хрома(VI) не сообщалось. Точно также не известны опубликованные данные о влиянии хрома(VI) на экстракцию циркония.
Задачей заявляемого способа является полное извлечение циркония на стадии экстракции с последующей его реэкстракцией. Как показала стендовая проверка на модельных и реальных растворах, при введении хрома(V1) при мольном отношении Cr(VI):Zr(IV)>1 в головной экстракционный блок классической структуры (экстракция - двухзонная кислотная промывка) было достигнуто практически количественное извлечение циркония из раствора, содержащего 250 г/л урана и 3 моль/л азотной кислоты. Далее осуществляется полная реэкстракция циркония совместно с технецием 3,5-5,5 моль/л азотной кислотой, причем с вдвое более высоким концентрированием по сравнению с патентом (Патент RU №2132578, опубликованный 27.06.1999, Бюл. Изобр. №24, 1999) при введении в зону сильнокислотной реэкстракции раствора либо перекиси водорода, либо гидразиннитрата как восстановителя. Нижняя граница кислотности определяется реэкстрагируемостью технеция, а верхняя - проскоком циркония с экстрактом или «зависанием» обоих элементов в каскаде вследствие соэкстракции. Введение восстановителя с сильнокислым раствором обусловлено предотвращением его взаимодействия с плутонием в слабокислой зоне.
Было также показано, что хром(VI) может быть введен с исходным раствором или с сильнокислым промывным раствором, присоединяемым к исходному раствору, или отдельным потоком в зону экстракции. Кроме того, в качестве восстановителей могут быть использованы азотсодержащие соединения, в частности гидроксиламин или гидразин в сильнокислой среде, или перекись водорода и ее производные, а также низшие первичные спирты, причем восстановители вводят в отношении к хрому(VI) в количестве, близком к стехиометрическому.
Другим техническим результатом реализации заявляемого способа является улучшение экстракции нептуния, извлечение которого в центробежных экстракторах и пульсационных колоннах в отличие от смесителей-отстойников, не превышает 70% вследствие кинетических ограничений. Введение хрома(VI) в головной экстрактор повышает извлечение нептуния до 99% и более.
Наряду с этим также была успешно применена селективная слабокислотная реэкстракция циркония с его концентрированием в 10 раз по отношению к экстракту, также с введением восстановителя хрома(VI), не затрагивающего плутоний. В качестве такового использовали раствор перекиси водорода. При этом технеций преимущественно остается в экстракте.
Техническая применимость способа иллюстрируется примерами. Схема операций с извлечением и реэкстракцией циркония в 1 цикле переработки ОЯТ АЭС на стенде центробежных экстракторов иллюстрируется рисунком.
Примеры
Пример 1. Проверка предлагаемого способа была осуществлена на стенде малогабаритных центробежных экстракторов. Расходы и составы потоков отражены в табл.2. Дальнейшие операции по реэкстракции Pu и U и их очистке от Np, а также регенерация оборотного экстрагента проводятся любым известным способом и на схеме не показаны.
Исходный раствор, содержащий 250 г/л U и 3 моль/л HNO3, реальные концентрации Np, Тс и Zr, а также в 20 раз более низкую концентрацию Pu (по сравнению с типовым ОЯТ ВВЭР-1000 с выгоранием 40 ГВт*сут/т U) подают на экстракцию 30% ТБФ в смеси с додеканом. Экстракт проходит двухзонную кислотную промывку, причем структура промывной зоны соответствует прототипу с тем отличием, что промывной раствор как обычно присоединяют в экстракторе к потоку исходного раствора, а не выводят в качестве реэкстракта Zr (после отмывки от актинидов). Оба промывных раствора содержат Cr(VI), причем основное количество последнего вводят с сильнокислым промывным раствором в соотношении по балансу Cr(VI):Zr>1. В результате весь Zr экстрагируется наряду с U, Pu, Np и Тс, причем Np также экстрагируется полностью.
Совместная кислотная реэкстракция Zr и Тс проводится путем проведения двухзональной операции с оптимальным соотношением и кислотностью потоков, причем с сильнокислым реэкстрагирующим раствором вводя стехиометрическое по отношению к Cr(VI) количество гидразиннитрата в качестве восстановителя, взаимодействующего быстро с Cr(VI). В результате удается сконцентрировать оба эти элемента в 2,2 раза по отношению к входящему экстракту.
Пример 2. Процесс проводят идентично примеру 1, но Cr(VI) в процесс не вводят. В результате практически весь Zr выводится в рафинат, как и положено в стандартном Пурекс-процессе.
Пример 3. Экстракцию и промывку экстракта проводят аналогично примеру 1, однако равное количество Cr(VI) вводят с исходным раствором с тем же результатом. Реэкстракцию Zr (без Tc) с его существенным концентрированном проводят с помощью слабокислого раствора; необходимое количество перекиси водорода для восстановления Cr(VI) вводят в ступень ввода экстракта.
Пример 4. Процесс проводят как в примере 3, но в качестве восстановителя используют этиловый спирт, который вводят в эквимолярном количестве со слабокислым реэкстрагирующим раствором, обеспечивая идентичный результат.
Claims (4)
1. Способ переработки отработанного ядерного топлива атомных электростанций, включающий экстракцию урана, плутония, нептуния, технеция и циркония раствором разбавленного трибутилфосфата и реэкстракцию циркония в раствор азотной кислотой с отмывкой экстрагентом от актинидов, отличающийся тем, что в экстракционную систему вводят хром (VI) при мольном отношении хром (VI): цирконий (IV)>1, а последующую реэкстракцию с концентрированием циркония проводят совместно с технецием или селективно, с введением несолеобразующего восстановителя, не вызывающего реэкстракцию плутония.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хром (VI) вводят с исходным раствором или с сильнокислым промывным раствором, присоединяемым к исходному раствору, или отдельным потоком в зону экстракции.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве восстановителей используют азотсодержащие соединения, в частности гидроксиламин или гидразин в сильнокислой среде, или перекись водорода или ее производные, или низшие первичные спирты, причем восстановители вводят в отношении к хрому (VI) в количестве, близком к стехиометрическому.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что совместную реэкстракцию циркония и технеция проводят с получением реэкстракта, содержащего 3,5-5,5 моль/л азотной кислоты при отношении органической и водной фаз в сильнокислой зоне не более 2,5, а в слабокислой зоне не более 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010152889/07A RU2454741C1 (ru) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | Способ переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010152889/07A RU2454741C1 (ru) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | Способ переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2454741C1 true RU2454741C1 (ru) | 2012-06-27 |
Family
ID=46682007
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010152889/07A RU2454741C1 (ru) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | Способ переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2454741C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535332C2 (ru) * | 2013-02-25 | 2014-12-10 | Открытое акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Способ переработки облученного топлива аэс |
RU2686076C1 (ru) * | 2018-08-17 | 2019-04-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Способ очистки экстракта актинидов первого экстракционного цикла purex-процесса от технеция |
RU2751019C1 (ru) * | 2020-11-16 | 2021-07-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ управления процессом насыщения экстрагента в экстракционной пульсационной колонне ядерно-безопасного исполнения |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1240766A (en) * | 1968-06-18 | 1971-07-28 | Gen Electric | Irradiated nuclear fuel recovery process |
RU2080666C1 (ru) * | 1993-07-27 | 1997-05-27 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Способ обработки высокоактивных азотнокислых рафинатов от регенерации топлива аэс |
RU2132578C1 (ru) * | 1997-06-16 | 1999-06-27 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Способ переработки облученного ядерного топлива (оят) аэс |
-
2010
- 2010-12-23 RU RU2010152889/07A patent/RU2454741C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1240766A (en) * | 1968-06-18 | 1971-07-28 | Gen Electric | Irradiated nuclear fuel recovery process |
RU2080666C1 (ru) * | 1993-07-27 | 1997-05-27 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Способ обработки высокоактивных азотнокислых рафинатов от регенерации топлива аэс |
RU2132578C1 (ru) * | 1997-06-16 | 1999-06-27 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Способ переработки облученного ядерного топлива (оят) аэс |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
СТОЛЕР С. и РИЧАРДС Р. Переработка ядерного горючего. - М.: Атомиздат, 1964, с.162-168. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535332C2 (ru) * | 2013-02-25 | 2014-12-10 | Открытое акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Способ переработки облученного топлива аэс |
RU2686076C1 (ru) * | 2018-08-17 | 2019-04-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Способ очистки экстракта актинидов первого экстракционного цикла purex-процесса от технеция |
RU2751019C1 (ru) * | 2020-11-16 | 2021-07-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ управления процессом насыщения экстрагента в экстракционной пульсационной колонне ядерно-безопасного исполнения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2400841C2 (ru) | Усовершенствование способа purex и его применение | |
Herbst et al. | Standard and advanced separation: PUREX processes for nuclear fuel reprocessing | |
RU2558332C2 (ru) | Способ переработки отработанного ядерного топлива, не требующий восстановительной реэкстракции плутония | |
JP5802660B2 (ja) | 使用済み核燃料の改善された処理方法 | |
JP6688873B2 (ja) | 単一のサイクルで、プルトニウムの還元逆抽出を伴う操作を全く必要としない、使用済み核燃料の溶解から生じる硝酸水溶液の処置のための方法 | |
CN110656247B (zh) | 一种从含钚硝酸溶液中萃取回收钚的方法 | |
US10210958B2 (en) | Method for processing spent nuclear fuel comprising a step for decontaminating uranium (VI) from at least one actinide (IV) by complexing this actinide (IV) | |
RU2454741C1 (ru) | Способ переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций | |
CN85105352B (zh) | 从放射性废液中分离锕系元素的方法 | |
Goletskii et al. | Ways of technetium and neptunium localization in extraction reprocessing of spent nuclear fuel from nuclear power plants | |
RU2454742C1 (ru) | Способ переработки оят аэс | |
Liljenzin et al. | Reducing the long-term hazard of reactor waste through actinide removal and destruction in nuclear reactors | |
Zhaowu et al. | Uranium/plutonium and uranium/neptunium separation by the Purex process using hydroxyurea | |
RU2574036C1 (ru) | Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс | |
JPH0453277B2 (ru) | ||
RU2454740C1 (ru) | Способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов | |
RU2642851C2 (ru) | Способ выделения и разделения плутония и нептуния | |
RU2623943C1 (ru) | Экстракционная смесь для извлечения тпэ и рзэ из высокоактивного рафината переработки оят аэс и способ её применения (варианты) | |
JPH07239396A (ja) | 再処理施設の高レベル廃液処理方法 | |
RU2540342C2 (ru) | Способ переработки облученного ядерного топлива | |
RU2767931C1 (ru) | Способ экстракционной очистки экстракта урана от технеция | |
Kudinov et al. | Batching of spent AMB nuclear fuel for reprocessing at the industrial association mayak | |
RU2490735C2 (ru) | Способ подготовки растворов переработки оят, содержащих комплексообразующие вещества, для экстракционного извлечения многовалентных актинидов | |
Todd | Solvent Extraction Research and Development in the US Fuel Cycle Program | |
RU2561065C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОВМЕСТНОГО РАСТВОРА U И Pu |