RU2642851C2 - Способ выделения и разделения плутония и нептуния - Google Patents

Способ выделения и разделения плутония и нептуния Download PDF

Info

Publication number
RU2642851C2
RU2642851C2 RU2015149744A RU2015149744A RU2642851C2 RU 2642851 C2 RU2642851 C2 RU 2642851C2 RU 2015149744 A RU2015149744 A RU 2015149744A RU 2015149744 A RU2015149744 A RU 2015149744A RU 2642851 C2 RU2642851 C2 RU 2642851C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plutonium
neptunium
extraction
solution
nitric acid
Prior art date
Application number
RU2015149744A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015149744A (ru
Inventor
Константин Владимирович Бугров
Константин Константинович Корченкин
Михаил Васильевич Логунов
Сергей Александрович Лукин
Александр Николаевич Машкин
Анатолий Борисович Мелентьев
Наталья Сергеевна Самарина
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк"
Priority to RU2015149744A priority Critical patent/RU2642851C2/ru
Publication of RU2015149744A publication Critical patent/RU2015149744A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2642851C2 publication Critical patent/RU2642851C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/42Reprocessing of irradiated fuel
    • G21C19/44Reprocessing of irradiated fuel of irradiated solid fuel
    • G21C19/46Aqueous processes, e.g. by using organic extraction means, including the regeneration of these means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу экстракционного выделения и разделения плутония и нептуния из азотнокислых растворов, содержащих плутоний, нептуний, технеций и уран. Способ предусматривает подготовку раствора к экстракции путем стабилизации плутония в степени окисления (IV), а нептуния в степени окисления (IV) или (V). Разделение элементов при необходимости проводят на стадии экстракции в многоступенчатых экстракторах. Экстракцию плутония или плутония и нептуния проводят трибутилфосфатом в разбавителе. При стабилизации нептуния в степени окисления (IV) данное состояние нептуния поддерживают и в ходе проведения процесса экстракции и промывки экстракта. Промывку экстракта проводят поочередно крепкой и слабой азотной кислотой, а реэкстракцию плутония или плутония и нептуния осуществляют слабой азотной кислотой в присутствии реагента, образующего с реэкстрагируемыми элементами устойчивые комплексы. Техническим результатом является повышение эффективности выделения и разделения целевых компонентов в одном цикле с возможностью получения как совместных, так и индивидуальных продуктов плутония и нептуния без применения нестабильных экзотических реагентов в технологическом процессе. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к экстракционным методам переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ), в частности к экстракционным способам разделения актинидных элементов на стадии аффинажа.
Известен способ выделения и разделения плутония и нептуния из азотнокислых растворов, содержащих плутоний, нептуний, технеций и уран, включающий подготовку раствора к экстракции, экстракцию плутония и нептуния трибутилфосфатом в разбавителе, промывку экстракта и реэкстракцию плутония и нептуния (Зильберман Б.Я., Сытник Л.В., Шадрин А.Ю. и др. Способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов. Патент РФ №2454740, Бюл №18, 2012). Способ предполагает стабилизацию в исходном растворе плутония (IV) и нептуния (VI). Целевые компоненты экстрагируют трибутилфосфатом в разбавителе. Нептуний реэкстрагируют в виде нептуния (V) слабой азотной кислотой, содержащей пероксокислоты (например, надуксусную или пероксованадиевую), а плутоний реэкстрагируют раствором азотной кислоты с восстановителем. Недостатком способа является невозможность получения совместного продукта плутония и нептуния, а также использование для реэкстракции нептуния химически нестабильных пероксокислот.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ выделения и разделения плутония и нептуния из азотнокислых растворов, содержащих плутоний, нептуний, технеций и незначительное количество урана, включающий подготовку раствора к экстракции, экстракцию плутония и нептуния трибутилфосфатом в разбавителе, промывку экстракта и реэкстракцию плутония и нептуния, применяемый на радиохимическом заводе (Копырин А.А., Карелин А.И., Карелин В.А. Технология производства и радиохимической переработки ядерного топлива. - М.: ЗАО «Издательство Атомэнергоиздат», 2006. - 576 с.), выбранный в качестве прототипа. Способ включает стабилизацию плутония в степени окисления (III), нептуния в степени окисления (IV), экстракцию нептуния трибутилфосфатом в разбавителе, промывку экстракта нептуния и его реэкстракцию, стабилизацию плутония в степени окисления (IV) в рафинате после извлечения нептуния, экстракцию плутония трибутилфосфатом в разбавителе, промывку экстракта плутония и его реэкстракцию. Таким образом, выделение и разделение нептуния и плутония идет в ходе двух последовательных циклов экстракции - реэкстракции.
Недостатком этого способа является двухцикличный характер процесса, что обуславливает его длительность, а также повышенную генерацию отходов, поскольку на каждом цикле в процесс вводят промывные растворы. Кроме того, процесс не позволяет сразу получить совместный продукт плутония и нептуния, это может быть достигнуто только смешением индивидуальных реэкстрактов данных элементов.
Задачей настоящего технического решения является сокращение длительности процесса и количества генерируемых отходов за счет проведения выделения и разделения целевых компонентов в одном цикле, обеспечение возможности получения как совместного, так и индивидуальных продуктов плутония и нептуния, а также исключение использования нестабильных реагентов в процессе.
Указанная задача решается тем, что подготовку раствора к экстракции осуществляют путем стабилизации плутония в степени окисления (IV) за счет введения в исходный раствор железа в количестве от 0,1 до 0,5 г/л и пероксида водорода в количестве от 1,5 до 2,0 г/г плутония, а нептуний в исходном растворе и в ходе проведения процесса экстракции стабилизируют в степени окисления (IV) или (V). Для стабилизации нептуния в степени окисления (V) в исходном растворе при стабилизации плутония поддерживают концентрацию азотной кислоты от 2,0 до 2,5 моль/л. Для стабилизации нептуния в степени окисления (IV) в исходный раствор с концентрацией азотной кислоты от 4,3 до 4,6 моль/л вводят гидразин-нитрат в количестве от 0,8 до 3,2 г/г плутония и выдерживают не менее 2 ч, а в середину блока экстракции плутония и нептуния с расходом 0,05-0,1 долей от расхода исходного раствора подают восстановительный раствор, содержащий от 0,3 до 1,0 моль/л азотной кислоты, от 30 до 60 г/л гидразин-нитрата и от 5 до 10 г/л двухвалентного железа. Для стабилизации нептуния в степени окисления (IV) в последнюю ступень блока промывки экстракта с расходом 0,1-0,15 долей от расхода исходного раствора подают слабокислый восстановительный промывной раствор, содержащий от 40 до 60 г/л азотной кислоты и от 2 до 5 г/л гидразин-нитрата.
Технология осуществления способа заключается в следующем. Для стабилизации той или иной валентной пары в исходном растворе создают определенную концентрацию азотной кислоты - от 4,3 до 4,6 моль/л, если стабилизируется пара плутоний (IV) / нептуний (IV) для их выделения в совместный продукт, или от 2,0 до 2,5 моль/л, если стабилизируется пара плутоний (IV) / нептуний (V) для разделения целевых элементов и получения индивидуального реэкстракта плутония и рафината, содержащего нептуний. Стабилизацию плутония в степени окисления (IV) независимо от диапазона концентраций азотной кислоты осуществляют путем введения в исходный раствор пероксида водорода в количестве от 1,5 до 2,0 г/г, плутония и железа в количестве от 0,1 до 0,5 г/л. В случае стабилизации валентной пары плутоний (IV) / нептуний (V) азотную кислоту, железо и пероксид водорода вводят в раствор актинидов и технеция перед экстракцией. Подготовленный таким образом исходный раствор дозируют в ступень питания блока экстракции. Допускается вариант, когда азотную кислоту, пероксид водорода и железо вводят в ступень питания вместе с раствором актинидов и технеция в ходе экстракции, в этом случае исходный раствор необходимого состава образуется в линии подачи раствора или непосредственно в ступени питания. В диапазоне концентраций азотной кислоты от 2,0 до 2,5 моль/л стабилизация нептуния в степени окисления (V) происходит одновременно со стабилизацией плутония в степени окисления (IV). В случае стабилизации валентной пары плутоний (IV) / нептуний (IV) пероксид водорода и железо вводят в исходный раствор только перед экстракцией. При этом плутоний в диапазоне концентраций азотной кислоты от 4,3 до 4,6 моль/л стабилизируется в степени окисления (IV), а для стабилизации нептуния в степени окисления (IV) в раствор дополнительно вводят гидразин-нитрат в количестве от 0,8 до 3,2 г/г плутония и выдерживают приготовленный исходный раствор не менее 2 ч, а в середину блока экстракции плутония и нептуния с расходом 0,05-0,1 долей от расхода исходного раствора подают восстановительный раствор, содержащий от 0,3 до 1,0 моль/л азотной кислоты, от 30 до 60 г/л гидразин-нитрата и от 5 до 10 г/л двухвалентного железа. Для стабилизации нептуния в степени окисления (IV) в последнюю ступень блока промывки экстракта с расходом 0,1-0,15 долей от расхода исходного раствора подают слабокислый восстановительный промывной раствор, содержащий от 40 до 60 г/л азотной кислоты и от 2 до 5 г/л гидразин-нитрата.
Если стабилизируется пара плутоний (IV) / нептуний (V), все промывки экстракта, реэкстракцию целевых компонентов (компонента) и рефлакс реэкстракта (при необходимости) осуществляют в соответствии с плутониевым циклом прототипа. Если стабилизируется пара плутоний (IV) / нептуний (IV), сильнокислую промывку экстракта, реэкстракцию целевых компонентов (компонента) и рефлакс реэкстракта (при необходимости) осуществляют в соответствии с плутониевым циклом прототипа.
Железо, вводимое в исходный раствор в количестве от 0,1 до 0,5 г/л, играет роль катализатора. Допустимо и более низкое содержание катализатора, однако точная дозировка реагента в этом случае при промышленной реализации способа может быть затруднена. Более высокое содержание катализатора нецелесообразно, так как приводит к засолению рафината и усложняет дальнейшую переработку сбросных растворов.
Извлечение плутония и его разделение с нептунием в случае стабилизации валентной пары плутоний (IV) / нептуний (V) проводится при концентрации азотной кислоты от 2,0 до 2,5 моль/л. При более низком содержании азотной кислоты наблюдается сброс плутония в рафинат. При более высоком содержании азотной кислоты наблюдается частичный переход нептуния в экстрагируемое четырехвалентное состояние, что приводит к накоплению нептуния в водной и органической фазах на стадии промывки экстракта и загрязнению реэкстракта плутония нептунием. Предлагаемый диапазон концентраций пероксида водорода в случае стабилизации валентной пары плутоний (IV) / нептуний (V) обуславливается тем, что при меньшей концентрации пероксида водорода не обеспечивается полнота стабилизации плутония, наблюдаются накопление плутония в ступенях экстракционного блока (закладки плутония) и его периодический выход в рафинат, при большем содержании пероксида водорода наблюдается образование плутоний- и нептунийсодержащих осадков.
Извлечение плутония и нептуния в случае стабилизации валентной пары плутоний (IV) / нептуний (IV) проводится при концентрации азотной кислоты от 4,3 до 4,6 моль/л. При более низком содержании азотной кислоты наблюдается увеличение каталитической активности технеция и переход нептуния в неэкстрагируемую пятивалентную форму, что сопровождается сбросами нептуния в рафинат. При более высоком содержании азотной кислоты затрудняется вспомогательная стабилизация требующейся валентной пары восстановительным раствором, вводимым в середину головного экстракционного блока. Предлагаемый диапазон концентраций пероксида водорода в случае стабилизации валентной пары плутоний (IV) / нептуний (IV) обуславливается тем, что при более низкой его концентрации наблюдается недостаточная полнота стабилизации плутония в требуемой степени окисления и частичный сброс элемента в рафинат, при более высокой массовой концентрации пероксида водорода возможно образование нептуний- и плутонийсодержащих осадков, а также переход части нептуния в пятивалентное состояние со сбросом последнего в рафинат.
Для восстановления нептуния до экстрагируемого четырехвалентного состояния в исходный раствор вводится нитрат гидразина в вышеуказанном концентрационном диапазоне. При более низкой концентрации гидразина будет наблюдаться неполное восстановление нептуния до четырехвалентного состояния и сброс части нептуния в рафинат. При более высокой массовой концентрации гидразина начинается частичное восстановление плутония до трехвалентного состояния и сброс плутония в рафинат.
После введения реагентов раствор выдерживают не менее 2 ч. При меньшей выдержке степень стабилизации нептуния (IV) в исходном растворе недостаточна, то есть при проведении экстракции будет наблюдаться выход нептуния в рафинат.
При увеличении потока восстановительного раствора, подаваемого в середину блока экстракции, выше 0,1 доли от расхода исходного раствора наблюдается частичный переход плутония в трехвалентное состояние, а снижение этого потока ниже 0,05 доли от расхода исходного раствора приводит к окислению части нептуния до пятивалентного состояния. И в том, и в другом случае это приводит к сбросу части целевых элементов в рафинат.
При увеличении потока слабокислого восстановительного раствора, подаваемого в последнюю ступень блока промывки экстракта, выше 0,15 доли от расхода исходного раствора, будет наблюдаться окисление части нептуния в блоке промывки до нептуния (V) и накопление нептуния в этом блоке либо его выход в рафинат. При снижении содержания азотной кислоты в слабокислом восстановительном промывном растворе ниже 40 г/л в блоке промывки экстракта будет наблюдаться реэкстракция нептуния слабокислым промывным раствором. И в том, и в другом случае наблюдается накопление нептуния в блоке промывки экстракта и сброс нептуния в рафинат. При уменьшении потока слабокислого восстановительного раствора, подаваемого в последнюю ступень блока промывки экстракта, ниже 0,1 доли от расхода исходного раствора, наблюдается нарушение гидродинамического режима работы блока промывки экстракта. При увеличении содержания азотной кислоты в слабокислом восстановительном промывном растворе выше 60 г/л в блоке промывки экстракта указанная промывка перестанет обеспечивать удаление нежелательных экстрагируемых примесей, имеющих низкий коэффициент распределения в слабой азотной кислоте.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение отличается тем, что извлечение целевых компонентов происходит за один экстракционный цикл, поскольку плутоний и нептуний одновременно стабилизируются в требуемых степенях окисления. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».
Из имеющихся литературных источников известны процессы, обеспечивающие разделение плутония и нептуния в низкокислотной области за счет сброса значительной части нептуния в рафинат с извлечением плутония в экстракт (классический слабокислотный Пурекс-процесс) (Переработка ядерного горючего. Под ред. С. Столера и Р. Ричардса. - М.: Атомиздат, 1964. - С. 184-224; Зильберман Б.Я. Развитие Пурекс-процесса для переработки высоковыгоревшего топлива АЭС в замкнутом ЯТЦ с точки зрения локализации долгоживущих радионуклидов. - Радиохимия, 2000, т. 42, №1, стр. 3-15).
Известны также методы окисления плутония (III) и восстановления плутония (VI) до плутония (IV) пероксидом водорода (Химия актиноидов: В 3-х т. Т. 2. Под ред. Каца Дж., Сиборга Г., Морсса Л. - М.: Мир, 1997. - С. 343-355; Ананьев А.В., Шилов В.П. Гомогенный катализ в химии актинидов. - Радиохимия, 2006, т. 48, №2, стр. 97-107), в том числе в присутствии железа (Ровный С.И., Неделина Л.В., Тараканов В.М. и др. Об особенностях разделения плутония и нептуния в условиях переработки отработавшего ядерного топлива на комплексе РТ-1. - Радиохимия, 1998, т. 40, №4, стр. 331-335; Ананьев А.В., Шилов В.П. Гомогенный катализ в химии актинидов. - Радиохимия, 2006, т. 48, №2, стр. 97-107) или технеция в качестве катализатора (Суслов Ю.П., Рамазанов Л.М., Боровинский В.А, Кинетика реакции окисления плутония (III) перекисью водорода в азотнокислых растворах в присутствии технеция (VI). - Радиохимия, 1981, т. 23, №5, стр. 721-726).
Кроме того, известны реакции окисления нептуния (IV) до пятивалентного состояния железом (III) (Колтунов B.C. Кинетика реакций актиноидов. - М.: Атомиздат, 1974. - С. 108-111) или пероксидом водорода (Шилов В.П., Гоголев А.В., Федосеев A.M., Ершов Б.Г. Влияние О2, Н2О2, HNO2 на устойчивость Np (III-VII) в водных растворах. - Радиохимия, 2012, т. 54, №3, стр. 209-220), а также восстановления нептуния (V, VI) до нептуния (IV) гидразином в сильнокислой среде (Марченко В.И., Колтунов B.C., Савилова О.А., Журавлева Г.И. Кинетика окислительно-восстановительных реакций U, Pu и Np в растворах ТБФ. VI. Реакции нептуния и плутония с органическими восстановителями: определение конечных валентных форм и оценка скоростей реакций. - Радиохимия, 2001, т. 43, №3, стр. 246-251) и в присутствии железа в качестве катализатора (Ананьев А.В., Шилов В.П. Гомогенный катализ в химии актинидов. - Радиохимия, 2006, т. 48, №2, стр. 97-107).
Вместе с тем, вышеуказанные подходы, как следует из приведенных источников, не носят абсолютного характера и отмечают лишь потенциальные возможности и вероятные тенденции. Описанные в литературе реакции зачастую имеют разнонаправленный вектор. Комплексное применение всех упомянутых приемов в рамках конкретного предлагаемого режима для стабилизации требуемых валентных пар в технологии выделения плутония и нептуния никогда ранее не использовалось, вследствие чего достигнутый положительный эффект не являлся очевидным.
Все вышеизложенное позволяет признать заявляемое техническое решение соответствующим требованию «изобретательский уровень».
Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется схемами (фиг. 1 и 2). По схеме узла экстракционного выделения и разделения плутония и нептуния (фиг. 1) исходный раствор 1 подается в последнюю ступень многоступенчатого блока экстракции плутония 2, в ту же ступень подается стабилизирующий раствор 3. Экстрагент 4 подается в первую ступень блока 2. Рафинат 5 выводится из первой ступени блока 2. Экстракт 6 передается в блок промывки экстракта 7, куда подаются сильнокислый промывной раствор 8 и слабокислый промывной раствор 9. Реэкстракция плутония проводится в блоке 10, в последнюю ступень которого подается реэкстрагирующий раствор И. Часть реэкстракта возвращается по линии рефлакса 12 в область сильнокислого промывного раствора, часть реэкстракта выводится из процесса (поток 13). Поток оборотного экстрагента 14 направляется на регенерацию.
По схеме узла экстракционного выделения плутония и нептуния (фиг. 2) исходный раствор 1 подается на операцию подготовки исходного раствора 15, где смешивается с необходимыми реагентами и выдерживается в течение определенного времени. Подготовленный исходный раствор 16 подается в последнюю ступень многоступенчатого блока экстракции плутония и нептуния 2. Восстановительный раствор 17 подается в середину блока 2. Экстрагент 4 подается в первую ступень блока 2. Вывод рафината 5 осуществляется из первой ступени блока 2. Экстракт 6 передается в блок промывки экстракта 7. В блок 7 подается сильнокислый промывной раствор 8. Слабокислый восстановительный промывной раствор 18 подается в последнюю ступень блока 7. Реэкстракция плутония и нептуния проводится в блоке 10, реэкстрагирующий раствор 11 подается в последнюю ступень блока. Часть реэкстракта возвращается по линии рефлакса 12 в область сильнокислого промывного раствора, часть реэкстракта выводится из процесса с потоком 13. Поток оборотного экстрагента 14 направляется на регенерацию.
Возможность осуществления заявляемого технического решения подтверждается следующими примерами.
Пример 1
Аппаратурно-технологическая схема узла экстракционного выделения и разделения плутония и нептуния представлена на схеме (фиг. 1). Составы растворов и их относительные потоки приведены в табл. 1.
Перед экстракцией исходный раствор 1 довели до молярной концентрации азотной кислоты 2,4 моль/л, в раствор внесли железо до создания массовой концентрации 0,4 г/л. Подготовленный исходный раствор подавали в последнюю ступень блока экстракции плутония 2, в ту же ступень с относительным расходом 0,1 от расхода исходного раствора подавали стабилизирующий раствор 3 (60 г/л Н2О2, 30-40 г/л HNO3). Итоговая концентрация азотной кислоты в объединенном водном потоке в ступени питания составила 2,2 моль/л, а концентрация пероксида водорода - 1,7 г/г плутония. Стабилизация валентной пары плутоний (IV) / нептуний (V) достигалась в динамическом режиме. Экстракцию плутония производили в 30%-й ТБФ в углеводородном разбавителе (фракция жидких парафинов), Экстрагент 4 подавали в первую ступень блока 2. Вывод рафината 5 осуществляли также из первой ступени блока 2. Экстракт 6 передавался в блок 7, где проводили сильнокислую промывку экстракта (поток 8) и слабокислую промывку экстракта (поток 9). Реэкстракцию плутония осуществляли в блоке 10 слабой азотной кислотой в присутствии сульфат-иона (поток 11). Часть реэкстракта (60% об.) возвращали по линии рефлакса 12 в область сильнокислого промывного раствора, часть реэкстракта (40% об.) выводили из процесса (поток 13). После реэкстракции плутония экстрагент 14 подвергали регенерации и возвращали в цикл. Некоторые параметры процесса и результаты, полученные при реализации способа выделения и разделения плутония и нептуния, приведены в таблице 1. Массовая концентрация нептуния в реэкстракте плутония составляет менее 1 мг/л, Тс - менее 0,1 мг/л.
Пример 2
Аппаратурно-технологическая схема узла экстракционного выделения плутония и нептуния представлена на схеме (фиг. 2). Составы растворов и их относительные потоки приведены в табл. 2.
Перед экстракцией провели операцию 15 подготовки исходного раствора 1 путем введения пероксида водорода до создания концентрации 2,0 г/г плутония, корректировки концентрации азотной кислоты до 4,5 моль/л (при этом расчетная концентрация пероксида водорода снизилась до 1,6 г/г плутония), затем в раствор ввели гидразин-нитрат в количестве 2,5 г/г плутония и катализатор - железо в двухвалентном состоянии в количестве 0,3 г/л. Раствор выдержали в течение двух часов.
Подготовленный исходный раствор 16 подавали в последнюю ступень блока экстракции плутония 2. Восстановительный раствор 17, содержащий 0,5 моль/л азотной кислоты, 50 г/л гидразин-нитрата и 8 г/л двухвалентного железа, подавали в середину блока 2 с относительным расходом 0,05 от расхода раствора 16. Экстракцию плутония и нептуния производили в 30%-й ТБФ в углеводородном разбавителе (фракция жидких парафинов). Экстрагент 4 подавали в первую ступень блока 2. Вывод рафината 5 осуществляли также из первой ступени блока 2. Экстракт 6 передавался в блок 7, где проводили сильнокислую промывку экстракта (поток 8). В последнюю ступень блока 7 с расходом 0,125 от расхода исходного раствора подавали слабокислую восстановительную промывку 18, содержавшую 50 г/л азотной кислоты и 3 г/л гидразин-нитрата. Реэкстракцию плутония и нептуния проводили в блоке 10 слабой азотной кислотой в присутствии сульфат-иона (поток 11). Часть реэкстракта (80% об.) возвращали по линии рефлакса 12 в область сильнокислого промывного раствора, часть реэкстракта (20% об.) выводили из процесса с потоком 13. После реэкстракции плутония и нептуния экстрагент 14 подвергали регенерации и возвращали в цикл. Некоторые параметры процесса и результаты, полученные при реализации способа выделения и разделения плутония и нептуния, приведены в таблице 2.
Массовая концентрация нептуния в реэкстракте плутония составляла 380 мг/л, Тс - менее 0,1 мг/л, массовая концентрация урана при работающем рефлакее - менее 5 мг/л.
Приведенные примеры показывают, что при использовании заявляемого технического решения можно проводить эффективное выделение и разделение целевых компонентов в одном цикле, получать как совместный, так и индивидуальные продукты плутония и нептуния, а также исключить применение нестабильных экзотических реагентов в технологическом процессе.
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (4)

1. Способ выделения и разделения плутония и нептуния из азотнокислых растворов, содержащих плутоний, нептуний, технеций и уран, включающий подготовку раствора к экстракции, экстракцию плутония или плутония и нептуния трибутилфосфатом в разбавителе, промывку экстракта и реэкстракцию плутония или плутония и нептуния, отличающийся тем, что подготовку раствора осуществляют путем стабилизации плутония в степени окисления (IV), а нептуний в исходном растворе и в ходе проведения процесса экстракции стабилизируют в степени окисления (IV) или (V).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стабилизацию плутония в степени окисления (IV) осуществляют путем введения в исходный раствор железа в количестве от 0,1 до 0,5 г/л и пероксида водорода в количестве от 1,5 до 2,0 г/г плутония.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для стабилизации нептуния в степени окисления (IV) в исходный раствор с концентрацией азотной кислоты от 4,3 до 4,6 моль/л вводят гидразин-нитрат в количестве от 0,8 до 3,2 г/г плутония и выдерживают не менее 2 ч, в середину блока экстракции плутония и нептуния с расходом 0,05-0,1 долей от расхода исходного раствора подают восстановительный раствор, содержащий от 0,3 до 1,0 моль/л азотной кислоты, от 30 до 60 г/л гидразин-нитрата и от 5 до 10 г/л двухвалентного железа, а в последнюю ступень блока промывки экстракта с расходом 0,1-0,15 долей от расхода исходного раствора подают слабокислый восстановительный промывной раствор, содержащий от 40 до 60 г/л азотной кислоты и от 2 до 5 г/л гидразин-нитрата.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для стабилизации нептуния в степени окисления (V) в исходном растворе поддерживают концентрацию азотной кислоты от 2,0 до 2,5 моль/л.
RU2015149744A 2015-11-19 2015-11-19 Способ выделения и разделения плутония и нептуния RU2642851C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149744A RU2642851C2 (ru) 2015-11-19 2015-11-19 Способ выделения и разделения плутония и нептуния

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149744A RU2642851C2 (ru) 2015-11-19 2015-11-19 Способ выделения и разделения плутония и нептуния

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015149744A RU2015149744A (ru) 2017-05-24
RU2642851C2 true RU2642851C2 (ru) 2018-01-29

Family

ID=58877873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015149744A RU2642851C2 (ru) 2015-11-19 2015-11-19 Способ выделения и разделения плутония и нептуния

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2642851C2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114774720B (zh) * 2022-03-11 2023-12-08 清华大学 制备五价钚离子的方法及萃取分离钚离子的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2270172C2 (ru) * 2004-02-24 2006-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" Способ стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии в азотно-кислых растворах (варианты)
RU2352006C2 (ru) * 2003-11-20 2009-04-10 Коммиссариат А Л` Энержи Атомик Способ отделения урана ( vi ) от актиноидов ( iv ) и/или ( vi ) и его использование
FR2935065A1 (fr) * 2008-08-12 2010-02-19 Toshiba Kk Procede de retraitement combustible nucleaire usage et extracteur centrifuge pour celui-ci
RU2454740C1 (ru) * 2010-12-23 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2352006C2 (ru) * 2003-11-20 2009-04-10 Коммиссариат А Л` Энержи Атомик Способ отделения урана ( vi ) от актиноидов ( iv ) и/или ( vi ) и его использование
RU2270172C2 (ru) * 2004-02-24 2006-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" Способ стабилизации плутония в четырехвалентном состоянии в азотно-кислых растворах (варианты)
FR2935065A1 (fr) * 2008-08-12 2010-02-19 Toshiba Kk Procede de retraitement combustible nucleaire usage et extracteur centrifuge pour celui-ci
RU2454740C1 (ru) * 2010-12-23 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015149744A (ru) 2017-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5689467B2 (ja) 硝酸水相から選択的にアメリシウムを回収する方法
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
JP6671286B2 (ja) 少なくとも1種のアクチニド(iv)からこのアクチニド(iv)を錯化することによりウラン(vi)を除染するための工程を含む、使用済み核燃料を処理する方法
JP2008525812A (ja) Purex法の完全化およびこの利用
George et al. A review of technetium and zirconium extraction into tributyl phosphate in the PUREX process
JP2018527561A (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
RU2642851C2 (ru) Способ выделения и разделения плутония и нептуния
JP5643745B2 (ja) 核燃料の連続的な再処理およびそのシステムでの使用に適した洗浄液
Puzikov et al. Extraction of tetravalent actinides and zirconium from nitric acid solutions with tributyl phosphate in diluent in the presence of uranyl nitrate and its mathematical description within the framework of the new approach
RU2454741C1 (ru) Способ переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций
RU2514947C2 (ru) Способ реэкстракции плутония из органического раствора трибутилфосфата
Govindan et al. Partitioning of uranium and plutonium by acetohydroxamic acid
RU2727140C1 (ru) Способ экстракционной переработки облученного ядерного топлива
JPS63198897A (ja) ジルコニウムとウラン又はプルトニウムのごとき1種類以上の別の金属と共に有機溶媒中に存在するテクネチウムを分離すべく、特に照射済核燃料の再処理に使用し得る方法
RU2574036C1 (ru) Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс
JPH0453277B2 (ru)
Dhami et al. Validation of the flow-sheet proposed for reprocessing of AHWR spent fuel: counter-current studies using TBP
RU2454740C1 (ru) Способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов
Tkachenko et al. Dynamic test of extraction process for americium partitioning from the PUREX raffinate
RU2623943C1 (ru) Экстракционная смесь для извлечения тпэ и рзэ из высокоактивного рафината переработки оят аэс и способ её применения (варианты)
Bugrov et al. Development and pilot testing of new Flow diagrams for plutonium purification at the RT-1 plant
JP7108519B2 (ja) マイナーアクチノイドの分離方法
RU2765790C1 (ru) Способ разделения нептуния и плутония в азотнокислых растворах (варианты)
JP2019015533A (ja) マイナーアクチノイドの分離方法