RU2793956C1 - Extraction method for processing uranium-containing solutions - Google Patents

Extraction method for processing uranium-containing solutions Download PDF

Info

Publication number
RU2793956C1
RU2793956C1 RU2022110970A RU2022110970A RU2793956C1 RU 2793956 C1 RU2793956 C1 RU 2793956C1 RU 2022110970 A RU2022110970 A RU 2022110970A RU 2022110970 A RU2022110970 A RU 2022110970A RU 2793956 C1 RU2793956 C1 RU 2793956C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
extraction
containing solutions
nitric acid
processing
Prior art date
Application number
RU2022110970A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Алексеенко
Владимир Иванович Волк
Владимир Николаевич Рубисов
Антон Сергеевич Дьяченко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК")
Application granted granted Critical
Publication of RU2793956C1 publication Critical patent/RU2793956C1/en

Links

Abstract

FIELD: extraction processing of uranium-containing solutions.
SUBSTANCE: invention can be used in the technology of processing irradiated nuclear fuel of nuclear power plants, as well as various uranium-containing solutions, including recycled materials. The processing method includes extraction of uranium from uranium-containing solutions with an organic solution of tributyl phosphate in an inert diluent, washing the extract with a nitric acid solution. Re-extraction of uranium is carried out with an aqueous solution of 1.0-2.5 mol/l of glycine and 0.03-0.07 mol/l of nitric acid.
EFFECT: invention allows to reduce losses of uranium with the circulating extraction solvent, to increase the technological stability of the process and the possibility of recycling mother liquors after precipitation of uranium from re-extracts.
2 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к экстракционной переработке урансодержащих растворов и может быть использовано в технологии переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций (преимущественно), а также различных урансодержащих растворов, в том числе оборотных материалов.The invention relates to the extraction processing of uranium-containing solutions and can be used in the technology of processing irradiated nuclear fuel of nuclear power plants (mainly), as well as various uranium-containing solutions, including recycled materials.

Во всех случаях экстракционный цикл переработки завершается операцией реэкстракции урана из органической фазы (раствор трибутилфосфата, ТБФ) в разбавителе) в водную фазу.In all cases, the extraction processing cycle is completed by the operation of re-extraction of uranium from the organic phase (solution of tributyl phosphate, TBP in a diluent) into the aqueous phase.

Реэкстракцию, как правило, осуществляют слабым (0,05-0,07 моль/л) раствором азотной кислоты при температуре ~ 60°С (Громов Б.В., Савельева В.И., Шевченко В.Б. Химическая технология облученного ядерного топлива. М. Энергоатомиздат, 1983, с. 351). Особенности изотермы распределения урана в указанных условиях не позволяют получить реэкстракты с содержанием урана более 100 г/л, что требует значительных энергозатрат на упаривание реэкстракта.Reextraction, as a rule, is carried out with a weak (0.05-0.07 mol / l) solution of nitric acid at a temperature of ~ 60 ° C (Gromov B.V., Savelyeva V.I., Shevchenko V.B. Chemical technology of irradiated nuclear fuel, M. Energoatomizdat, 1983, p. 351). Features of the uranium distribution isotherm under these conditions do not allow obtaining re-extracts with a uranium content of more than 100 g/l, which requires significant energy consumption for re-extract evaporation.

Существенно более высокие концентрации урана достигаются в процессах реэкстракции урана с применением реагентных реэкстрагентов. Наиболее концентрированные реэкстракты, более 300 г/л по урану, получены при использовании в качестве реэкстрагента растворов карбамида, 60-400 г/л, в определенных условиях, регламентирующих взаимосвязь таких параметров процесса реэкстракции как температура, содержание урана в экстракте, содержание азотной кислоты в экстракте, содержание карбамида в реэкстрагенте и соотношение потоков органической и водной фаз (Патент РФ №2 170 964 С1, опубл. 20.07.2001).Significantly higher concentrations of uranium are achieved in the processes of uranium stripping with the use of reagent stripping agents. The most concentrated re-extracts, more than 300 g/l for uranium, were obtained using 60-400 g/l urea solutions as a re-extractant, under certain conditions regulating the relationship of such parameters of the re-extraction process as temperature, uranium content in the extract, nitric acid content in extract, the content of carbamide in the re-extractant and the ratio of the flows of the organic and aqueous phases (RF Patent No. 2 170 964 C1, publ. 20.07.2001).

По поставленной задаче и технической сущности этот способ наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.According to the task and the technical nature of this method is closest to the claimed and selected as a prototype.

Анализ способа-прототипа выявил ряд его существенных недостатков.Analysis of the prototype method revealed a number of significant drawbacks.

1. Даже при проведении процесса реэкстракции в регламентных параметрах остаточное содержание урана в оборотном экстрагенте составляет в среднем 20 мг/л. На операции содовой регенерации происходит концентрирование урана в 10-12 раз, что создает проблемы при утилизации регенерата.1. Even when the re-extraction process is carried out in the prescribed parameters, the residual content of uranium in the circulating extractant is on average 20 mg/l. At the soda regeneration operation, uranium is concentrated by 10-12 times, which creates problems in the disposal of the regenerate.

2. Незначительные отклонения от регламентных параметров, неизбежные в реальных производственных условиях, приводят (цитируем описание изобретения к патенту) «… к резкому увеличению содержания урана в оборотном экстрагенте, уменьшению содержания урана в реэкстрактах, увеличению содержания урана в карбонатных промывных растворах, что может привести к образованию в них осадков карбонатных соединений урана».2. Minor deviations from the regulatory parameters, inevitable in real production conditions, lead (we quote the description of the invention to the patent) “... to a sharp increase in the uranium content in the circulating extractant, a decrease in the uranium content in re-extracts, an increase in the uranium content in carbonate washing solutions, which can lead to to the formation of precipitates of uranium carbonate compounds in them.

3. При осаждении полиуранатов аммония из карбамидных реэкстрактов, а это единственный вариант их переработки (Патент РФ №2 114 469 С1, опубл. 27.06.1998), образуется маточный раствор с общим солесодержанием (карбамид + нитрат аммония) до 500 г/л. Технология утилизации такого продукта отсутствует.3. During the precipitation of ammonium polyuranates from urea re-extracts, and this is the only option for their processing (RF Patent No. 2 114 469 C1, publ. 06/27/1998), a mother liquor is formed with a total salt content (carbamide + ammonium nitrate) up to 500 g/l. There is no technology for the disposal of such a product.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение потерь урана с оборотным экстрагентом, повышение технологической устойчивости процесса и возможность утилизации маточных растворов после осаждения урана из реэкстрактов.The technical result of the invention is to reduce the loss of uranium with the circulating extractant, increase the technological stability of the process and the possibility of recycling mother liquors after precipitation of uranium from re-extracts.

Результат достигается в способе переработки урансодержащих растворов, включающем экстракцию урана, промывку экстракта и реэкстракцию урана, при этом реэкстракцию осуществляют водным раствором аминокислоты (глицина).The result is achieved in the method of processing uranium-containing solutions, including the extraction of uranium, the washing of the extract and the re-extraction of uranium, while the re-extraction is carried out with an aqueous solution of an amino acid (glycine).

Реэкстрагирующий раствор содержит 1,0-2,5 моль/л глицина в зависимости от требуемой степени концентрирования урана.The stripping solution contains 1.0-2.5 mol/l of glycine, depending on the required degree of uranium concentration.

Дополнительно реэкстрагирующий раствор содержит 0,03-0,07 моль/л азотной кислоты.Additionally stripping solution contains 0.03-0.07 mol/l nitric acid.

Реэкстракцию проводят при температуре 25-60°С.Stripping is carried out at a temperature of 25-60°C.

Эффективность применения водных растворов глицина, NH2CH2COOH в качестве реэкстрагентов урана из трибутилфосфатных экстрактов определяется комплексообразованием уранила с карбоксильной группой и связыванием образующейся азотной кислоты аминогруппой молекулы глицина.The efficiency of using aqueous solutions of glycine, NH 2 CH 2 COOH as uranium stripping agents from tributyl phosphate extracts is determined by the complexation of uranyl with the carboxyl group and the binding of the resulting nitric acid by the amino group of the glycine molecule.

Ввод в реэкстрагирующий раствор малых количеств азотной кислоты препятствует появлению в оборотном экстрагенте урана, связанного с дибутилфосфорной кислотой, присутствующей в незначительных количествах в реальных растворах ТБФ.The introduction of small amounts of nitric acid into the stripping solution prevents the appearance of uranium associated with dibutylphosphoric acid, which is present in small amounts in real TBP solutions, in the recycled extractant.

Из глицинсодержащего реэкстракта осаждают пероксид урана или (при добавлении плутония) пероксид урана-плутония, глицин в маточном растворе разлагают до остаточного содержания не более 10 мг/л, что позволяет утилизировать маточный раствор в штатном режиме переработки жидкого радиоактивного отхода среднего уровня активности (Патент РФ №2 638 543 С1, опубл. 14.12.2017).Uranium peroxide or (with the addition of plutonium) uranium-plutonium peroxide is precipitated from the glycine-containing re-extract, glycine in the mother liquor is decomposed to a residual content of not more than 10 mg/l, which makes it possible to dispose of the mother liquor in the normal mode of processing liquid radioactive waste of an average level of activity (RF Patent No. 2 638 543 C1, published on 12/14/2017).

Предлагаемый способ был проверен на установке из 10 малогабаритных смесительно-отстойных экстракторов с пульсационным перемешиванием и транспортировкой потоков. Входные потоки (экстракт и реэкстрагент) при необходимости перед входом на установку подогревались в теплообменниках.The proposed method was tested on an installation of 10 small-sized mixing and settling extractors with pulsating mixing and flow transportation. The input streams (extract and re-extractant), if necessary, were heated in heat exchangers before entering the plant.

Для всех экспериментов был использован 30% раствор в изопаре М и приготовлен экстракт с содержанием урана 90 г/л и азотной кислоты 8 г/л. Экстракт содержал 10 мг/л дибутилфосфорной кислоты.For all experiments, a 30% solution in isopar M was used and an extract was prepared containing 90 g/L of uranium and 8 g/L of nitric acid. The extract contained 10 mg/l dibutylphosphoric acid.

В предварительных экспериментах было установлено, что стационарный режим в блоке при выбранных расходах потоков устанавливается за ~ 4 часа.In preliminary experiments, it was found that the stationary mode in the block at the selected flow rates is established in ~ 4 hours.

Пример 1. Состав реэкстрагирующего раствора: глицин 1,5 моль/л, азотная кислота 3,2 г/л, расход 69 мл/ч. Расход экстракта 200 мл/час.Example 1 Composition of the stripping solution: glycine 1.5 mol/l, nitric acid 3.2 g/l, flow rate 69 ml/h. Extract consumption 200 ml/h.

Стационарный режим блока контролировался по постоянству состава реэкстракта.The stationary mode of the block was controlled by the constancy of the reextract composition.

В табл. 1 приведены данные по содержанию урана и азотной кислоты в равновесных фазах на ступенях блока. Вход экстракта - в ступень 1, вход реэкстрагента - в ступень 10.In table. 1 shows data on the content of uranium and nitric acid in the equilibrium phases at the steps of the block. The extract input is in step 1, the re-extractant input is in step 10.

Figure 00000001
Figure 00000001

Расход реэкстракта превышал расход реэкстрагента на 9,3%, расход оборотного экстрагента был ниже расхода экстракта на 9%. Эти изменения связаны с массопереносом урана в водную фазу.The consumption of the re-extract exceeded the consumption of the re-extractant by 9.3%, the consumption of the circulating extractant was lower than the consumption of the extract by 9%. These changes are associated with the mass transfer of uranium into the aqueous phase.

Пример 2. Состав реэкстрагирующего раствора: глицин 2,5 моль/л, азотная кислота 3,2 г/л, расход 54 мл/ч. Остальные условия эксперимента без изменений.Example 2 Composition of the stripping solution: glycine 2.5 mol/l, nitric acid 3.2 g/l, flow rate 54 ml/h. The rest of the experimental conditions are unchanged.

Данные по содержанию урана и азотной кислоты в равновесных фазах на ступенях блока приведены в табл. 2.Data on the content of uranium and nitric acid in the equilibrium phases at the steps of the block are given in Table. 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Пример 3. Состав реэкстрагирующего раствора такой же, как в примере 1, расход 54,8 мл/ч. Состав и расход экстракта те же, что и в примерах 1 и 2.Example 3. The composition of the stripping solution is the same as in example 1, the flow rate is 54.8 ml/h. The composition and consumption of the extract are the same as in examples 1 and 2.

Входные потоки (экстракт и реэкстрагент) перед подачей в блок подогревались до 50°С.The input streams (extract and re-extractant) were heated to 50°C before being fed into the block.

Данные по содержанию урана и азотной кислоты в равновесных фазах на ступенях блока приведены в табл. 3.Data on the content of uranium and nitric acid in the equilibrium phases at the steps of the block are given in Table. 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

Пример 4. Состав реэкстрагирующего раствора такой же, как в примере 2, расход 40,4 мл/ч. Температура рабочей среды -50°С.Example 4. The composition of the stripping solution is the same as in example 2, the flow rate is 40.4 ml/h. The temperature of the working environment is -50°C.

Состав и расход экстракта без изменений.The composition and consumption of the extract are unchanged.

Данные по содержанию урана и азотной кислоты в равновесных фазах на ступенях блока приведены в табл. 4.Data on the content of uranium and nitric acid in the equilibrium phases at the steps of the block are given in Table. 4.

Figure 00000004
Figure 00000004

Из реэкстракта (пример 4) был осажден пероксид урана, маточный раствор был откорректирован по составу, после чего направлен на операцию разрушения глицина с использованием цирконий-платинового катализатора (см. ссылку 4). Остаточное содержание глицина составило 8,5 мг/л.Uranium peroxide was precipitated from the re-extract (Example 4), the mother liquor was corrected in composition, and then sent to the operation of the destruction of glycine using a zirconium-platinum catalyst (see reference 4). The residual content of glycine was 8.5 mg/L.

Сопоставление технологических показателей способа-прототипа и предлагаемого способа демонстрирует существенные преимущества предлагаемого способа:Comparison of technological indicators of the prototype method and the proposed method demonstrates the significant advantages of the proposed method:

- содержание урана в оборотном экстрагенте в предлагаемом способе в ~ 20 раз ниже, что снимает проблему переработки содовых регенератов;- the content of uranium in the circulating extractant in the proposed method is ~ 20 times lower, which eliminates the problem of processing soda regenerates;

- в процессе реэкстракции по предлагаемому способу в блоке реэкстракции формируется безурановая зона, что существенно повышает технологическую устойчивость процесса (сдвиг уранового фронта при флуктуациях расходов потоков и возврат безурановой зоны к стационарному состоянию при стабилизации процесса);- in the process of re-extraction according to the proposed method, a uranium-free zone is formed in the re-extraction unit, which significantly increases the technological stability of the process (shift of the uranium front with fluctuations in flow rates and return of the uranium-free zone to a stationary state when the process stabilizes);

- При осадительной переработке реэкстрактов урана, полученных по предлагаемому способу, маточные растворы утилизируются в штатном режиме переработки жидких радиоактивных отходов среднего уровня активности.- During the precipitation processing of uranium re-extracts obtained by the proposed method, the mother liquors are disposed of in the normal mode of processing liquid radioactive waste of an average level of activity.

Claims (2)

1. Способ переработки урансодержащих растворов, включающих экстракцию урана, промывку экстракта и реэкстракцию урана, отличающийся тем, что реэкстракцию урана осуществляют водным раствором 1,0-2,5 моль/л глицина и 0,03-0,07 моль/л азотной кислоты.1. Method for processing uranium-containing solutions, including extraction of uranium, washing of the extract and stripping of uranium, characterized in that stripping of uranium is carried out with an aqueous solution of 1.0-2.5 mol/l of glycine and 0.03-0.07 mol/l of nitric acid . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс реэкстракции проводят при температуре 25-60°С.2. The method according to p. 1, characterized in that the stripping process is carried out at a temperature of 25-60°C.
RU2022110970A 2022-04-20 Extraction method for processing uranium-containing solutions RU2793956C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793956C1 true RU2793956C1 (en) 2023-04-11

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2249267C2 (en) * 2003-04-09 2005-03-27 Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Method for recovering irradiated nuclear fuel (alternatives)
WO2006072729A1 (en) * 2004-12-29 2006-07-13 Compagnie Generale Des Matieres Nucleaires Improvement of the purex method and uses thereof
RU2382425C1 (en) * 2008-09-09 2010-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Metod of processing spent nuclear fuel
RU2431896C2 (en) * 2006-05-24 2011-10-20 Коммиссариат А Л`Энержи Атомик Regeneration method of spent nuclear fuel and obtaining of mixed uranium-plutonium oxide
RU2727140C1 (en) * 2020-01-28 2020-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") Irradiated nuclear fuel extraction processing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2249267C2 (en) * 2003-04-09 2005-03-27 Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Method for recovering irradiated nuclear fuel (alternatives)
WO2006072729A1 (en) * 2004-12-29 2006-07-13 Compagnie Generale Des Matieres Nucleaires Improvement of the purex method and uses thereof
RU2431896C2 (en) * 2006-05-24 2011-10-20 Коммиссариат А Л`Энержи Атомик Regeneration method of spent nuclear fuel and obtaining of mixed uranium-plutonium oxide
RU2382425C1 (en) * 2008-09-09 2010-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Metod of processing spent nuclear fuel
RU2727140C1 (en) * 2020-01-28 2020-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") Irradiated nuclear fuel extraction processing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2431896C2 (en) Regeneration method of spent nuclear fuel and obtaining of mixed uranium-plutonium oxide
Birkett et al. Recent developments in the Purex process for nuclear fuel reprocessing: Complexant based stripping for uranium/plutonium separation
RU2558332C2 (en) Method of treating spent nuclear fuel without need for reductive re-extraction of plutonium
US8354085B1 (en) Actinide and lanthanide separation process (ALSEP)
RU2793956C1 (en) Extraction method for processing uranium-containing solutions
CN1039321A (en) The method of electrolytic reduction-extraction neptunium recovery from radioactive liquid waste
US3276850A (en) Method of selectively reducing plutonium values
RU2514947C2 (en) Method for re-extraction of plutonium from organic solution of tributyl phosphate
US3954654A (en) Treatment of irradiated nuclear fuel
CN116246812A (en) Method for retaining plutonium in dirty solvent in neutral complexing agent eluting post-treatment process
Govindan et al. Partitioning of uranium and plutonium by acetohydroxamic acid
RU2410774C2 (en) Method for re-extracting plutonium from organic tributyl phosphate solution
RU2354728C2 (en) Method of extraction reprocessing of restored uranium
Inoue et al. Recovery of Mo, V, Ni and Co from spent hydrodesulphurization catalysts
Lloyd An Anion Exchange Process for Americium–Curium Recovery from Plutonium Process Waste
Bugrov et al. Development and pilot testing of new Flow diagrams for plutonium purification at the RT-1 plant
Flanary et al. Chemical development of the 25-TBP process
US3450639A (en) Process for the separation of molybdenum from fission product containing solutions
US3046087A (en) Solvent extraction process for separating uranium and plutonium from aqueous acidic solutions of neutron irradiated uranium
RU2114469C1 (en) Method of extraction processing of uranium-containing solutions
CA1263811A (en) Recovery of uranium from solutions
RU2384902C1 (en) Method of purifying uranium oxides from impurities
RU2253159C2 (en) Method for separating valuable components from impurities in solid-phase product of radioactive materials
RU2170964C1 (en) Method for extractive recovery of uranium- containing solutions
Ramanujam et al. Separation and Purification of uranium product from thorium in Thorex process by precipitation technique