RU2774155C1 - Способ экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных элементов - Google Patents
Способ экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных элементов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774155C1 RU2774155C1 RU2021122316A RU2021122316A RU2774155C1 RU 2774155 C1 RU2774155 C1 RU 2774155C1 RU 2021122316 A RU2021122316 A RU 2021122316A RU 2021122316 A RU2021122316 A RU 2021122316A RU 2774155 C1 RU2774155 C1 RU 2774155C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ree
- tpe
- solution
- iron
- nitric acid
- Prior art date
Links
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title abstract description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 claims abstract description 19
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(III) nitrate Inorganic materials [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- -1 cesium-strontium Chemical compound 0.000 claims abstract description 16
- STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N Tributyl phosphate Chemical compound CCCCOP(=O)(OCCCC)OCCCC STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical class [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- SZQUEWJRBJDHSM-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate;nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O SZQUEWJRBJDHSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000002378 acidificating Effects 0.000 claims 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 abstract description 12
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009376 nuclear reprocessing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 36
- 238000005185 salting out Methods 0.000 description 9
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 7
- 239000002927 high level radioactive waste Substances 0.000 description 7
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 6
- 229910052695 Americium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 5
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N Neodymium Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052685 Curium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 3
- LXQXZNRPTYVCNG-UHFFFAOYSA-N americium Chemical compound [Am] LXQXZNRPTYVCNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052781 Neptunium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 description 2
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N dioxouranium Chemical compound O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine hydrate Chemical compound O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N neptunium Chemical compound [Np] LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N technetium Chemical compound [Tc] GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052713 technetium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000443 uranyl peroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N Aluminium nitrate Chemical compound [Al+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N Cesium Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N disodium Chemical class [Na][Na] QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N edta Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003701 inert diluent Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 1
- 159000000014 iron salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 238000009377 nuclear transmutation Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области ядерной энергетики, может быть использовано для обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО). Предлагается способ экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных элементов (ТПЭ и РЗЭ) из рафината головного цикла модифицированного Пурекс-процесса переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), включающий выделение фракции ТПЭ и РЗЭ с их отделением от цезий-стронциевой фракции, промывку полученного экстракта азотнокислым раствором и реэкстракцию ТПЭ и РЗЭ. В полученный рафинат с концентрацией азотной кислоты от 0,1 до 1,5 моль/дм3 вводят ионы железа(III) для достижения концентрации по нитрату железа(III) 2,0-2,3 моль/дм3. Полученный раствор обрабатывают раствором 28-32 об. % три-н-бутилфосфата (ТБФ) в инертном изопарафиновом разбавителе с переводом ТПЭ и РЗЭ в экстракт. Экстракт промывают азотнокислым раствором с концентрациями азотной кислоты и нитрата железа, соответствующими их концентрациям в исходном рафинате. Реэкстракцию ТПЭ и РЗЭ осуществляют при обработке экстракта раствором подкисленной воды с концентрацией азотной кислоты 0,02-0,05 моль/дм3. Изобретение позволяет повысить экологическую безопасность и уменьшить количество отходов. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО).
Ключевой стратегией снижения объемов РАО, подлежащих захоронению, является фракционирование отходов для более эффективной утилизации. Основным высокоактивным отходом (ВАО), образующимся при переработке ОЯТ в Пурекс-процессе, является рафинат 1-го («головного») экстракционного цикла сложного химического и радионуклидного соства, содержащий в том числе трансплутониевые элементы (ТПЭ) и долгоживущие продукты деления (ПД) - редкоземельные элементы (РЗЭ). Фракционирование ВАО, а именно извлечение фракции ТПЭ и РЗЭ с последующим выделением америция совместно или раздельно с кюрием, является одной из главных задач на сегодняшний день для снижения объемов РАО, подлежащих глубинному захоронению. Для решения задачи фракционирования предлагаются различные способы, основанные прежде всего на экстракции ТПЭ и РЗЭ.
Известен предложенный ранее нами способ переработки ОЯТ в слабокислом растворе нитрата железа [РФ Патент №2560119, кл. G21F 9/28, публ. 20.08.2015].
В способе разрушенные при рубке ТВЭЛов таблетки оксидного отработавшего ядерного топлива подвергают растворению при нагревании в водном растворе нитрата железа(III) при мольном отношении железа к урану в топливе, равном 1,5-2,0:1, образовавшийся осадок основной соли железа с нерастворенными продуктами деления ядерного топлива отделяют фильтрованием, а из полученного слабокислого раствора осаждают пероксид уранила путем последовательной подачи в раствор при перемешивании динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты. Далее полученную гетерогенную систему выдерживают не менее 30 минут и после отделения и промывки кислотой и водой осадок пероксида уранила подвергают твердофазному восстановлению при нагревании путем обработки его щелочным раствором гидразингидрата в воде при 2-3-кратном мольном избытке гидразина по отношению к урану, с последующим отделением полученного гидратированного диоксида урана UO2⋅2H2O, промыванием его раствором HNO3 с концентрацией 0,1 моль/л, водой и сушкой. При этом осадок основных солей железа с продуктами деления, маточный раствор стадии осаждения пероксидов с остатками продуктов деления, отходы щелочных и промывных растворов направляют в сборник отходов для их последующей переработки.
Техническим результатом способа является повышение экологической безопасности и уменьшение количества отходов.
Недостаток этого способа состоит в осадкообразовании при растворении ОЯТ, что может приводить к потерям рециклируемых делящихся материалов, прежде всего плутония. Однако при испытаниях данного способа на реальном образце ОЯТ также было обнаружено, что присутствие нитрата железа как высаливателя при его концентрации в растворе 1 моль/дм3 существенно увеличивает экстракцию ТПЭ и РЗЭ (на примере америция, неодима и европия), а с ростом концентрации азотной кислоты эффект высаливания подавляется, при этом сама кислота обладает намного более слабым высаливающим эффектом, чем нитрат железа [Федоров Ю.С., Куляко Ю.М., Блажева И.В., Голецкий Н.Д., Зильберман Б.Я., Металиди М.М., Петров Ю.Ю., Рябкова Н.В., Винокуров С.Е., Трофимов Т.И., Мясоедов Б.Ф. // Радиохимия, 2016, т. 58, N3, с. 229-233].
Известен способ экстракционной переработки ВАО с фракционированием радионуклидов, включающий обработку растворов ВАО гидроксидами или карбонатами щелочных металлов до рН 1, экстракцию ТБФ в инертном разбавителе с переводом РЗЭ и ТПЭ в экстракт и отделения их от цезиево-стронциевой фракции, промывку полученного экстракта РЗЭ и ТПЭ раствором азотнокислого алюминия с присоединением промывного раствора к водному потоку питания [РФ Патент №2474895, G21F 9/00, опубл. 10.02.2013].
Недостаток этого способа в том, что в раствор ВАО на операции нейтрализации вводят пероксид водорода, способный к саморазложению, которое катализируется железом, присутствующим в технологических растворах как продукт коррозии технологического оборудования.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ экстракционной переработки ВАО с фракционированием радионуклидов, включающий нейтрализацию отходов, выделение фракции ТПЭ и РЗЭ с их отделением от цезий-стронциевой фракции, промывку полученного экстракта азотнокислым раствором и реэкстракцию ТПЭ и РЗЭ [РФ Патент №2709826, G21F 9/04, опубл. опубл. 23.12.2019].
Фракционирование ТПЭ и РЗЭ с выведением цезиево-стронциевой фракции, а также экстракцию урана, плутония, нептуния, циркония и/или технеция и их разделение в рамках модифицированного Пурекс-процесса проводят в едином экстракционном цикле с использованием общего экстрагента - ТБФ. Экстракцию нитратов РЗЭ и ТПЭ проводят из кубового остатка упаривания высокоактивного рафината Пурекс-процесса или рафината извлечения плутония из отходов рефабрикации топлива, содержащего плутоний, понижение кислотности которого до остаточного содержания 0,1-2,0 моль/л азотной кислоты проводят путем ее экстракции.
К недостаткам данного способа можно отнести использование ТБФ с высокой концентрацией по объему экстракционной системы - 40-70%, что, с одной стороны, снижает количество вторичных жидких РАО, однако, с другой стороны, во-первых, накладывает ограничения на промышленное экстракционное оборудование, предназначенного для использования 30% ТБФ, и, во-вторых, повышает пожаро- и взрывоопасность технологического процесса переработки рафината.
Недостатком так же является следующее. Для получения высаливателя для выделения ТПЭ и РЗЭ в способе предлагается растворять в кубовом растворе от упаривания рафината дополнительные реагенты - металлы, сплавы, оксиды или карбонаты металлов (из ряда железо, медь, цинк, кальций, магний), что приводит к увеличению объема образующихся ВАО и, соответственно, в конечном итоге к увеличению объема остеклованных отходов для захоронения.
Задачей данного изобретения является сокращение объемов отходов 1 и 2 классов опасности, что отвечает минимизации РАО как ключевому принципу обращения с отходами ядерно-топливного цикла атомной отрасли за счет фракционирования высокоактивного слабокислого рафината 1-го экстракционного цикла с целью извлечения ТПЭ и РЗЭ.
Кроме того, снижение затрат на переработку ОЯТ и последующее захоронение удаляемых отходов за счет использования нитрата железа как высаливателя, которое может быть получено при выделении из раствора нержавеющей стали - утилизируемого конструкционного материала отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС).
Поставленная задача решается способом экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных элементов (ТПЭ и РЗЭ) из рафината головного цикла модифицированного Пурекс-процесса переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), включающем выделение фракции ТПЭ и РЗЭ с их отделением от цезий-стронциевой фракции, промывку полученного экстракта азотнокислым раствором и реэкстракцию ТПЭ и РЗЭ, в полученный после выделения урана, плутония, нептуния, циркония и/или технеция из раствора ОЯТ рафинат с концентрацией азотной кислоты от ОД до 1,5 моль/дм3 вводят ионы железа(Ш) для достижения концентрации по нитрату железа(Ш) 2,0-2,3 моль/дм3, полученный раствор обрабатывают раствором 28-32 об. % три-н-бутилфосфата (ТБФ) в инертном изопарафиновом разбавителе с переводом ТПЭ и РЗЭ в экстракт, последний промывают азотнокислым раствором с концентрациями азотной кислоты и нитрата железа, соответствующими их концентрациям в исходном рафинате для очистки фракции ТПЭ и РЗЭ от возможных примесей элементов цезий-стронциевой фракции, реэкстракцию ТПЭ и РЗЭ осуществляют при обработке экстракта раствором подкисленной воды с концентрацией азотной кислоты 0,02-0,05 моль/дм3.
Предпочтительно ионы железа(III) вводить в рафинат в виде его нитратной соли или концентрированного азотнокислого раствора железа(III).
Целесообразно ионы железа(III) получать после переработки фрагментов отработавших тепловыделяющих сборок из нержавеющей стали путем кислотного растворения этих фрагментов и отделения железа от других металлов из состава нержавеющей стали.
Таким образом, очевидно, что для эффективного и количественного выделения фракции ТПЭ и РЗЭ целесообразно применять экстракционные процессы. При этом также очевидно, что применение систематически изученного и общепринятого для Пурекс-процесса ТБФ в качестве единого экстрагента для решения задачи выделения ТПЭ и РЗЭ из слабокислого раствора - рафината 1-го экстракционного цикла переработки ОЯТ представляется значительно более перспективным, так как позволит значительно упростить интеграцию процессов экстракционного цикла и фракционирования рафината, что в свою очередь позволит минимизировать наработку вторичных органических РАО, а также снизить экономические затраты.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
В раствор - рафинат 1-го экстракционного цикла модифицированного Пурекс-процесса с концентрацией азотной кислоты от 0,1 до 1,5 моль/дм3, полученный после выделения урана, плутония, нептуния, циркония и/или технеция из раствора ОЯТ, вводят ионы железа(Ш) в виде его нитратной соли или концентрированного азотнокислого раствора железа для достижения концентрации до 2,0-2,3 моль/дм3 нитрата железа как высаливателя ТПЭ и РЗЭ. Полученный раствор обрабатывают раствором 30 об. % ТБФ в инертном изопарафиновом разбавителе с переводом ТПЭ и РЗЭ в экстракт с целью их отделения от цезий-стронциевой фракции рафината. Полученный экстракт промывают азотнокислым раствором, содержащим высаливатель, с концентрацией азотной кислоты, соответствующей ее концентрации для очистки фракции ТПЭ и РЗЭ от возможных примесей цезиево-стронциевой фракции. Реэкстракцию ТПЭ и РЗЭ осуществляют при обработке экстракта раствором с концентрацией азотной кислоты 0,05 моль/дм3.
Пример 1.
Исследовали экстракцию неодима как имитатора химического поведения ТПЭ и РЗЭ в рафинате 1-го экстракционного цикла из азотнокислых растворов с содержанием неодима 0,029 моль/дм3 раствором 30% ТБФ в разбавителе Изопар М в течение 5 мин при отношении объемов органической и водной фаз (ОФ и ВФ) равном 1:1, в зависимости от содержания азотной кислоты и нитрата железа как высаливателя (в таблица 1 представлено влияние концентрации HNO3 и содержания высаливателя в растворе на экстракцию Nd и HNO3 раствором 30% ТБФ в Изопаре М. Соотношение ОФ:ВФ=1:1; время экстракции 5 мин). Установлено, что извлечение неодима не менее 98% от его исходного содержания из растворов, содержащих 0,6 или 1,5 моль/дм3 азотной кислоты, достигается при содержании нитрата железа в растворе 2 моль/дм3. При этом в этих условиях в ОФ также переходит 25-33% азотной кислоты.
Пример 2.
Изучали экстракцию Am, Cm, Nd, Eu и Cs из модельного раствора -имитатора рафината 1-го экстракционного цикла, содержащего ТПЭ, РЗЭ и Cs, а также нитрат железа и HNO3, в условиях, обеспечивающих оптимальное извлечение фракции ТПЭ и РЗЭ на примере Nd (см. пример 1). Из результатов, представленных в таблице 2 (Соотношение ОФ:ВФ=1:1; время экстракции 5 мин), следует, что при концентрации в исходном растворе нитрата железа и азотной кислоты 2,0 и 1,0 моль/дм3 соответственно Am, Cm, Nd и Eu при 5 мин экстракции раствором 30% ТБФ в Изопаре М практически количественно переходят в ОФ и отделяются от Cs, который остается в рафинате с кислотностью 0,7 моль/дм3.
Пример 3.
При исследовании процесса реэкстрации ТПЭ и РЗЭ использовали полученный в примере 2 экстракт объемом 1 мл и установили, что ТПЭ и РЗЭ могут быть извлечены более чем на 99% от их исходного содержания в экстракте при реэкстракции раствором 0,05 моль/дм3 HNO3 при отношении ВФ к ОФ=3:1 в течение 5 мин. При этом количество остающихся в ОФ элементов не превышает 1% от их исходного содержания в экстракте. Кислотность в получаемом реэкстракте низкая и близка к 0,1 моль/дм3, что, при необходимости, позволит использовать раствор для окисления Am(III) персульфат-ионами до Am(VI) с последующим его экстракционным отделением от Cm и РЗЭ с целью трансмутации америция в реакторах на быстрых нейтронах. В таблице 3 представлено содержание ТПЭ и РЗЭ в исходном экстракте, в ОФ после реэкстракции раствором 0,05 моль/дм3 HNO3 и полученном реэкстракте. Соотношение ВФ:ОФ=3:1; время реэкстракции 5 мин.
Результатом применения данного способа является сокращение объемов удаляемых РАО, подлежащих захоронению, и, соответственно, затрат на их захоронение: РАО 1 класса (после соответствующей выдержки для снижения тепловыделения) - не менее 2 раз; РАО 2 класса - не менее 10 раз.
Способ экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных
элементов
Способ экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных
элементов
Способ экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных
элементов
Claims (3)
1. Способ экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных элементов (ТПЭ и РЗЭ) из рафината головного цикла модифицированного Пурекс-процесса переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), включающий выделение фракции ТПЭ и РЗЭ с их отделением от цезий-стронциевой фракции, промывку полученного экстракта азотнокислым раствором и реэкстракцию ТПЭ и РЗЭ, отличающийся тем, что в полученный после выделения урана, плутония, нептуния, циркония и/или технеция из раствора ОЯТ рафинат с концентрацией азотной кислоты от 0,1 до 1,5 моль/дм3 вводят ионы железа(III) для достижения концентрации по нитрату железа(III) 2,0-2,3 моль/дм3, полученный раствор обрабатывают раствором 28-32 об. % три-н-бутилфосфата (ТБФ) в инертном изопарафиновом разбавителе с переводом ТПЭ и РЗЭ в экстракт, последний промывают азотнокислым раствором с концентрациями азотной кислоты и нитрата железа, соответствующими их концентрациям в исходном рафинате, с целью очистки фракции ТПЭ и РЗЭ от возможных примесей элементов цезий-стронциевой фракции, реэкстракцию ТПЭ и РЗЭ осуществляют при обработке экстракта раствором подкисленной воды с концентрацией азотной кислоты 0,02-0,05 моль/дм3.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ионы железа(III) вводят в рафинат в виде его нитратной соли или концентрированного азотнокислого раствора железа(III).
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ионы железа(III) получают после переработки фрагментов отработавших тепловыделяющих сборок из нержавеющей стали путем кислотного растворения этих фрагментов и отделения железа от других металлов из состава нержавеющей стали.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2774155C1 true RU2774155C1 (ru) | 2022-06-15 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2628879A1 (fr) * | 1988-03-18 | 1989-09-22 | Wiederaufarbeitung Von Kernbre | Procede et dispositif pour l'extraction d'uranium, de plutonium ainsi que de produits de fission |
| RU2249266C2 (ru) * | 2003-01-04 | 2005-03-27 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Способ экстракционной переработки высокоактивного рафината пурекс-процесса для отработанного ядерного топлива аэс |
| JP2006069846A (ja) * | 2004-09-02 | 2006-03-16 | Japan Atom Energy Res Inst | 有機溶媒中のＡｍ（ＩＩＩ），Ｐｕ（ＩＶ）をＮ，Ｎ−ジプロピルジグリコールアミド酸（ＰＤＧＡＡ）化合物を溶解した０．１Ｍ以上の濃度の硝酸溶液を用いて逆抽出する方法 |
| RU2355057C1 (ru) * | 2007-09-13 | 2009-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Способ экстракционной переработки высокоактивных отходов (вао) с фракционированием радионуклидов |
| RU2474895C1 (ru) * | 2011-10-18 | 2013-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Способ экстракционной переработки высокоактивных отходов с фракционированием радионуклидов |
| RU2709826C1 (ru) * | 2019-02-18 | 2019-12-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ переработки высокоактивных отходов с фракционированием радионуклидов |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2628879A1 (fr) * | 1988-03-18 | 1989-09-22 | Wiederaufarbeitung Von Kernbre | Procede et dispositif pour l'extraction d'uranium, de plutonium ainsi que de produits de fission |
| RU2249266C2 (ru) * | 2003-01-04 | 2005-03-27 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Способ экстракционной переработки высокоактивного рафината пурекс-процесса для отработанного ядерного топлива аэс |
| JP2006069846A (ja) * | 2004-09-02 | 2006-03-16 | Japan Atom Energy Res Inst | 有機溶媒中のＡｍ（ＩＩＩ），Ｐｕ（ＩＶ）をＮ，Ｎ−ジプロピルジグリコールアミド酸（ＰＤＧＡＡ）化合物を溶解した０．１Ｍ以上の濃度の硝酸溶液を用いて逆抽出する方法 |
| RU2355057C1 (ru) * | 2007-09-13 | 2009-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Способ экстракционной переработки высокоактивных отходов (вао) с фракционированием радионуклидов |
| RU2474895C1 (ru) * | 2011-10-18 | 2013-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Способ экстракционной переработки высокоактивных отходов с фракционированием радионуклидов |
| RU2709826C1 (ru) * | 2019-02-18 | 2019-12-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ переработки высокоактивных отходов с фракционированием радионуклидов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2431896C2 (ru) | Способ регенерации отработанного ядерного топлива и получения смешанного уран-плутониевого оксида | |
| Birkett et al. | Recent developments in the Purex process for nuclear fuel reprocessing: Complexant based stripping for uranium/plutonium separation | |
| RU2558332C9 (ru) | Способ переработки отработанного ядерного топлива, не требующий восстановительной реэкстракции плутония | |
| Stepanov et al. | Reprocessing of spent nuclear fuel in carbonate media: Problems, achievements, and prospects | |
| Natarajan | Reprocessing of spent fast reactor nuclear fuels | |
| RU2774155C1 (ru) | Способ экстракционного выделения трансплутониевых и редкоземельных элементов | |
| US3949049A (en) | Method of stripping plutonium from tributyl phosphate solution which contains dibutyl phosphate-plutonium stable complexes | |
| Liljenzin et al. | Reducing the long-term hazard of reactor waste through actinide removal and destruction in nuclear reactors | |
| Nakahara et al. | Separation of actinide elements by solvent extraction using centrifugal contactors in the NEXT process | |
| Kulyako et al. | Separation of Am and Cm by extraction from weakly acidic nitrate solutions with tributyl phosphate in isoparaffin diluent | |
| Kolupaev et al. | Used mixed oxide fuel reprocessing at RT-1 plant | |
| RU2709826C1 (ru) | Способ переработки высокоактивных отходов с фракционированием радионуклидов | |
| RU2080666C1 (ru) | Способ обработки высокоактивных азотнокислых рафинатов от регенерации топлива аэс | |
| Jenkins | Solvent extraction chemistry in the atomic energy industry—a review | |
| Bond et al. | Methods for removal of actinides from high-level wastes | |
| US2767044A (en) | Plutonium recovery process | |
| US3580705A (en) | Selective stripping of plutonium from organic extracts | |
| US3836625A (en) | Reprocessing of spent nuclear fuel | |
| RU2574036C1 (ru) | Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс | |
| Mukhachev et al. | Purification of rare earth elements from thorium, uranium, and radioactive isotopes | |
| RU2012075C1 (ru) | Способ переработки облученного топлива аэс | |
| Kuznetsov et al. | A rapid method for radium regeneration from its sulfate | |
| Shishkin et al. | On the possibility of extractive fractionation of REEs and TPUs from weakly acid raffinate produced of irradiated fuel elements with a mixture of ChCD and D2EHPA in polar solvent | |
| RU2686076C1 (ru) | Способ очистки экстракта актинидов первого экстракционного цикла purex-процесса от технеция | |
| US3346345A (en) | Extraction of plutonium and neptunium from aqueous solutions |