專利名稱：用冠狀化合物由輻射核燃料后處理的初始階段的鈾和钚中分離钚的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從存在于后處理輻照核燃料的初始階段中所得水溶液中的钚與鈾和裂變產(chǎn)物分離的方法。
更具體地說，本發(fā)明涉及一種方法，其中通過使用含有至少一種冠狀化合物的有機溶劑，由鈾及裂變產(chǎn)物中分離钚。
幾年來，為實施輻照核燃料后處理的最廣泛使用的工藝是將核燃料溶解于硝酸溶液中，然后將所得硝酸水溶液與一種有機溶劑接觸，以從該溶液中萃取鈾和钚，并將它們與大部分裂變產(chǎn)物分離，再將鈾和钚反萃入水相，并用一種有機溶劑分離存在于水相中的鈾和钚。最常使用的有機溶劑是磷酸三丁酯。
盡管這種溶劑能得到極為滿意的結(jié)果，但它有一個缺點，不足以耐受輻照，因為通過輻降作用，它會降解為某些產(chǎn)物，如磷酸二丁酯，這將對萃取產(chǎn)生不利影響。此外，當用這種溶劑由钚中分離鈾時，必需首先進行還原钚的步驟，以使钚保持在水溶液中，而由磷酸三丁酯提取鈾(Ⅳ)。這就需要另增步驟，并且需引入還原劑及穩(wěn)定劑，這些對下面的處理過程都會產(chǎn)生不利的影響。
對于其它可以采用的溶劑也進行了大量的試驗，以便克服這些缺點。
在這些可以采用的溶劑中，選擇冠狀化合物是最合適，因為它們與钚具有比磷酸三丁酯更好的親和性，它們可以由钚中分離鈾而無需還原钚，而且，它們在經(jīng)受輻照時，比磷酸三丁脂具有更高的耐力。在120千拉德/小時劑量下，輻照140小時后，該化合物仍保持不變。
本發(fā)明的目的在于提供一種方法，使用冠狀化合物將钚由鈾及裂變產(chǎn)物(PF)中分離，該化合物可以獲得更好的钚萃取效果。而且能有利地使用常規(guī)設備，例如在輻照核燃料后處理工廠中常用的那些設備。
根據(jù)本發(fā)明，該方法可以將钚由存在于水溶液A0中的鈾及裂片產(chǎn)物中分離，該水溶液A0是在輻照核燃料元件的后處理中得到的，并且實際上含有全部由這些元件所產(chǎn)生的钚，該方法包括以下連續(xù)步驟1)將這種水溶液A0與一種含有至少一種冠狀化合物的有機溶液O0接觸，而得到一種含有鈾及钚的有機溶液O1，和一種含有裂變產(chǎn)物的水溶液A1，2)將有機溶液O1與一種由水或硝酸水溶液組成的水溶液A4接觸，而將萃取在該有機溶液O1中的鈾反萃出來，而得到一種含有鈾的水溶液A5，和一種含有钚的有機溶液O3，3)將有機溶液O3與一種親水性酸的水溶液A6接觸，而回收存在于有機溶液O3中的钚。
上面所述的方法，通過簡單的萃取，接著洗滌和反萃，可以將U/Pu/PF分離，而沒有任何變價循環(huán)，并且提高了選擇性。此外，該方法無需對現(xiàn)存的技術作太大的改變。
事實上，用這種新型有機溶液，可以保留大部分目前用于輻照核燃料后處理中的設備，而僅作很小的修改。
在本發(fā)明方法的第一階段中，通過將含有鈾、钚及裂變產(chǎn)物的水溶液A0與含有冠狀化合物的有機溶液接觸，將鈾和钚萃入有機溶液，而將裂變產(chǎn)物的大部分留在水溶液中。
一般說來，該水溶液A0是濃度為0.8～5摩爾/升，例如4.5摩爾/升的一種硝酸溶液。
在第二階段，用水或用硝酸溶液反萃鈾，而僅將钚留在有機溶液中。
在這第二階段，可以使用濃度低于3摩爾/升的硝酸溶液，例如，HNO3濃度為1摩爾/升的水溶液。
在最后階段，使用一種可以與Pu形成強絡合物的親水性酸的水溶液而反萃钚。
可以使用的親水性酸是H2SO4、H3PO4，HCl，和HF。
對于這反萃钚的階段來說，最好選用含有0.05～2摩爾/升硫酸的水溶液。
再者，在進行這步驟時，對要反萃的Pu量來說，最好選用過量硫酸根離子，例如，可以使SO2-4濃度與Pu濃度之比高于或等于12。例如，可以使用0.5摩爾/升H2SO4的水溶液。
在反萃钚以后，可以將在這步驟后所得的有機溶液O4進行純化處理，以便將它回流到萃取钚的第一階段中。
這種處理，可以包括用一種硫酸水溶液進行洗滌，該溶液中的硫酸濃度要超過在反萃Pu的步驟中所用的濃度，例如，3摩爾/升H2SO4的溶液。
根據(jù)用于實施反萃Pu步驟，以及當該溶液O3中含有一種氯化稀釋劑時可以使用的第一種方案，在反萃鈾以后的有機溶液O3中的回收钚的最后步驟，可以通過將該溶液與水或一種低酸性水溶液接觸而實施的。
在這種情況下，反萃鈾的步驟是用硝酸水溶液來實施的。
根據(jù)實施反萃Pu步驟的第二種方案，存在于有機溶液O3中的钚是通過用一種溶劑稀釋該溶液O3，將稀釋的溶液與一種由水或一種低酸性水溶液組成的水溶液A6接觸而回收的。
根據(jù)實施反萃Pu步驟的第三種方案，可以通過將溶液O3與一種還原劑，如硝酸羥胺的水溶液接觸而回收存在于有機溶液O3中的钚。
在本發(fā)明的方法中，可以采用所有類型的冠狀化合物，例如在由E.Weber發(fā)表的，題為“Crown Compounds-Properties and Practice”的34～82頁中所述的那些冠狀化合物，也可以使用滿足下列化學式的冠狀化合物
其中，n為0或1～4之間的整數(shù)。
這些冠狀化合物的實例，可以是化學式(Ⅰ)中的n＝1(DCH18C6)或n＝2(DCH24C8)的化合物，也可以是化學式(Ⅱ)中的n＝1(DB18C6)或n＝2的化合物。
也可以使用滿足下列化學式的冠狀化合物
其中n＝0，1或2。
最好選用冠狀化合物DCH18C6，該化合物是一種滿足化學式(Ⅰ)的n＝1的化合物，可以是其異構(gòu)體的混合物，也可以是其對萃取钚具有較好系數(shù)的順-順-順異構(gòu)體，也可以是其能獲得更高钚濃度有機溶液的順-反-順異構(gòu)體。
事實上，滿足上述化學式(Ⅰ)的冠狀化合物，已知的是稱雙環(huán)己基并-18-冠-6(DCH18C6)，具有以下結(jié)構(gòu)的5種非對映異構(gòu)體
化學式(Ⅰ)的冠狀化合物，可以通過二苯并-18-冠-6的催化氫化而制得，在這種情況下，獲得一種異構(gòu)體混合物，它主要含有順-順-順和順-反-順異構(gòu)體。
用常規(guī)的方法，如由R.M.Izatt等人在J.Amer.Chem.Soc.，93，1619(1971)和在Inorganic Chemistry，14，3132(1975)以及由C.J. Pedersen在Organic Syntheses，52，66中所述的方法，可以從這混合物中分離順-順-順異構(gòu)體。也可以用包括下列步驟的方法分離順-順-順和順-反-順異構(gòu)體a)將含有順-順-順和順-反-順異構(gòu)體的冠狀化合物異構(gòu)體的混合物溶解在一種有機溶劑中。
b)在a)步得到的溶液中加入硝酸鈾酰，其加入量足以使除順-順-順異構(gòu)體以外的所有冠狀化合物異構(gòu)體以與硝酸鈾酰絡合物的形式沉淀。
c)分離所形成的沉淀。
d)回收留在該溶液中的純的順-順-順異構(gòu)體，e)由c)步分離得到的沉淀中回收順-反-順異構(gòu)體。
與順-反-順異構(gòu)體及異構(gòu)體混合物相比，順-順-順異構(gòu)體在有機稀釋劑中是具更高的溶解度，這使它可用于有機稀釋劑如十二烷和庚烷中或以更高濃度用于如芐腈、二氯乙烷、氯仿和三氯乙烯這樣的有機稀釋劑中。
順-順-順異構(gòu)體與庚烷及十二烷是如此完全地可混溶，而順-反-順異構(gòu)體在庚烷或十二烷中的溶解度僅為10%。
與鈾和順-反-順異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物所形成的絡合物相比，鈾與順-順-順異構(gòu)體之間所形成的絡合物更易溶于有機稀釋劑中。因此，可以使用較高濃度的順-順-順異構(gòu)體，當將含有钚的鈾鹽濃溶液與順-順-順異構(gòu)體的濃溶液相接觸時，不會有沉淀產(chǎn)生。
舉例來說，下面表中列出了順-順-順異構(gòu)體在有機稀釋劑中的最大濃度以及硝酸鈾酰在1N HNO3中的最大濃度，在20℃，3小時后，在液/液兩相混合物中沒有形成任何沉淀。
在相同條件下，DCH18C6順-反-順異構(gòu)體和DCH18C6異構(gòu)體混合物在不到5%(P/V)的極低鈾濃度下就會產(chǎn)生大量的結(jié)晶狀鈾絡合物的沉淀。
因此選用順-順-順異構(gòu)體是有利的。以外，當采用順-順-順異構(gòu)體時，钚(Ⅳ)的萃取常數(shù)要比用順-反-順異構(gòu)體或異構(gòu)體混合物所得的高2到3倍。另一方面，對于順-順-順異構(gòu)體、順-反-順異構(gòu)體以及異構(gòu)體混合物來說，鈾及裂變產(chǎn)物的萃取常數(shù)則大致相同。因此，可以看到，對钚來說，分流比及萃取選擇性要大得多，可以使钚的純化更為完全和快速。
另一方面，順-反-順钚異構(gòu)體絡合物在有機稀釋劑中的溶解度比順-順-順钚異構(gòu)體絡合物的高得多。因此，用順-反-順異構(gòu)體時，就可以使用更高的有機相/水相體積比，而獲得較好的Pu萃取效果，其結(jié)果相似于用工業(yè)用異構(gòu)體混合物所得的結(jié)果。
此外，當所得的原始水溶液是來自u/Pu/裂變產(chǎn)物的第一分離循環(huán)，則該溶液中的鈾量比由燃料溶解階段所得的溶液中的鈾量為低，可以優(yōu)選使用DCH18C6的順-反-順的異構(gòu)體，以便在操作結(jié)束時得到钚濃度更高的有機溶液。
一般來說，有機溶液O0包含一種有機稀釋劑，它可以選自氯化的溶劑，如CHCl3、CH2Cl2CCl3CH3，CHCl2CHCl2，ClCH2CH2Cl和二氯苯，醚，脂族化合物和芳香族，如庚烷、十二烷、苯和烷基苯、硝基苯和芐腈。
優(yōu)選使用的是芐腈或二氯乙烷。
有機溶液O0中的冠狀化合物的濃度可以在一個寬范圍內(nèi)變化，尤其是它取決于所用的有機稀釋劑和異構(gòu)體。
事實上，該濃度必需是隨著冠狀化合物或冠狀化合物/u和/或Pu絡合物的結(jié)晶而產(chǎn)生一種均勻的有機溶液。
一般說來，所用的有機溶液O0的冠狀化合物濃度范圍是0.5～40%(以重量/體積計)之間。
為了得到良好的裂變產(chǎn)物的去污，最好應避免使用很高濃度的冠狀化合物，因為用DCH18C6可觀察到，當DCH18C6濃度降低時，萃取的Pu/萃取的裂變產(chǎn)物之比就增加。
舉例來說，用DCH18C6順-反-順異構(gòu)體時，可以使用濃度為10%重量/體積的冠狀化合物。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個優(yōu)選方案，至少要附加一個洗滌有機溶液O1的步驟，該洗滌段是在用水溶液A4反萃鈾的第二步之前，用水溶液A2進行的。這樣就可以除去在第一步中所萃取的任何痕量裂變產(chǎn)物。
該洗滌段可以用硝酸溶液，最好是濃度為2摩爾/升到5摩爾/升的硝酸溶液進行。事實上高的HNO3濃度對于反萃裂變產(chǎn)物是有利的，例如可以使用4.5NHNO3的溶液。
本發(fā)明的方法通常是在大氣壓和室溫條件下進行，使用常用的、可以將有機溶液與水溶液接觸的那些設備。
因此，可以采用那些能經(jīng)受兩種水相及有機相混合然后能使它們分離的設備，如混合澄清槽和同流或逆流交換柱，如脈沖柱。
含有鈾、钚及裂變產(chǎn)物的起始水溶液A0是輻照燃料后處理最初階段所得的一種溶液，該溶液通常是硝酸溶液，例如，在溶解燃料時所得的硝酸溶液，或在第一鈾分離段后所得的硝酸溶液，這種溶液的硝酸含量可以在0.8～5摩爾/升之間變化。為了有利于钚萃取，最好將該溶液的硝酸濃度調(diào)到至少4摩爾/升，例如4.5摩爾/升。
舉例來說，由輻照燃料元件溶解中所得的溶液可以含有約1克/升钚，200～400克/升鈾，600～1100GBg/升裂變產(chǎn)物和0.8～5摩爾/升硝酸。
舉例來說，在由裂變產(chǎn)物分離鈾/钚的第一循環(huán)后所得的溶液，可以含有0.9～2.3克/升的钚，約1克/升鈾，0.7～1.5GBg/升裂變產(chǎn)物和1～5摩爾/升HNO3。
當起始水溶液來自由裂變產(chǎn)物分離鈾和钚的第一循環(huán)時，它含有的钚可以是呈Pu(Ⅲ)形式，這種钚不被冠狀化合物萃取。這種情況下，要進行一個予備階段以將Pu(Ⅲ)氧化為Pu(Ⅳ)，該階段可以用亞硝蒸汽來完成，相當于以下的反應Pu3+NO2→Pu4++NO-2通常，本發(fā)明的方法是通過連續(xù)地使水溶液和有機溶液在合適的裝置中循環(huán)而實現(xiàn)的。
在每一個階段中，最好通過使兩種溶液逆流循環(huán)而將水溶液(A0、A2、A4或A6)與相應的有機溶液(O0、O2、O4或O6)接觸，在洗滌段后所得的水溶液A3與要處理的水溶液A0一起再循環(huán)。
再者，將在鈾反萃段得到的水溶液A5再循環(huán)，以便將它用于用水溶液A2的洗滌段。
連續(xù)運行時，根據(jù)起始水溶液中的钚濃度以及在钚反萃前在有機溶液中所得的必要钚濃度，來選擇水溶液和有機溶液的流出比，其流出比也可以不同，這取決于它是否與钚萃取第一段、鈾反萃段、裂變產(chǎn)物洗滌段或钚反萃段有關。
通常，在第一個Pu萃取段中，水溶液(A)的流出率/有機溶液(O)的流出率之比是在0.5～15范圍內(nèi)。
但是，為了提高钚萃取的選擇性，最好使用高的A/O流出率比，如12。
考慮到為除去裂變產(chǎn)物，對有機溶劑洗滌段的流出率比可以比Pu萃取段小些，舉例來說，可以采用A/O流出率比在2～4之間。
對鈾反萃段，也可以使用比第一Pu萃取段更小的A/O流出率比，例如，A/O的流出率比為2。
當反萃钚的最后段是用H2SO4進行時，則對該段可以使用稍低的A/O流出率比，以便回收具有較高钚濃度的水溶液。例如，可以采用A/O流出率比為1。
通過閱讀下面的描述，參考附圖及限制性的說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更為明顯。


圖1是說明本發(fā)明方法的示意圖，圖2示意性地表示連續(xù)使用本發(fā)明采用的DCH18C6的順-反-順異構(gòu)體方法的設置圖。
下面實施例1說明了，在輻照核燃料處理時，第一鈾/钚分離循環(huán)后所得水溶液的處理方法。
實施例 1本實施例參照圖1，該圖示意性地說明了四個連續(xù)段鈾和钚的萃取段，除裂變產(chǎn)物的洗滌段，鈾反萃段及钚的反萃段。
圖中實線代表有機溶液，而破折線代表各種水溶液。
在鈾和钚的萃取第一段中，將水溶液A0，如含有鈾、钚和裂變產(chǎn)物(PF)的一種硝酸水溶液與有機溶液O0接觸，該有機溶液O0，例如是由含有25%(重量/體積)工業(yè)用DCH18C6的芐腈組成，該DCH18C6是異構(gòu)體的混合物。在該萃取段結(jié)束時，可以得到一種主要含有裂變產(chǎn)物的水溶液A1，和萃取了鈾和钚的有機溶液O1。用4N硝酸水溶液A2洗滌溶液O1，而得到水溶液A3，然后，將沒有裂變產(chǎn)物的有機溶液O2引入鈾反萃段，將它與由水組成的溶液A4接觸，可以獲得一種含有鈾的水溶液A5和一種不再有任何鈾的有機溶液O3。將有機溶液O3導入钚反萃段，在這里，它與0.5M硫酸溶液A6接觸，可以得到含有钚的水溶液A7和有機溶液O4，該有機溶液O4可以再循環(huán)到鈾和钚的萃取段中。
將在輻照核燃料后處理第一循環(huán)后所產(chǎn)生的水溶液，以這種方式處理，它具有下列組成980毫克/升 鈾，1319毫克/升 钚，1.27毫克/升 裂變產(chǎn)物，4摩爾/升 H+離子。
按照上述方法處理該溶液，并在每一段中1體積水溶液與2體積第二種有機溶液接觸10分鐘，所得的結(jié)果列于表1中。
由這些結(jié)果可以看出，在第一段中，萃取了85%的鈾、99.6%的钚和31%的裂變產(chǎn)物，第一洗滌段可以反萃存在于初始溶液A0中的20%裂變產(chǎn)物、34.3%的鈾和僅0.64%的钚。用水反萃有機溶液，可以由溶液A3回收48.2%的鈾，其中只含5%的钚和4.9%的裂變產(chǎn)物，用0.5摩爾/升硫酸反萃可以由A4回收94%的起始钚，其中只含2.5%的鈾和5.6%的起始裂變產(chǎn)物。
因此，本發(fā)明方法只需要一次萃取、一次洗滌和兩次連續(xù)反萃就可以得到一種裂變產(chǎn)物高度富集(69%)的溶液A1、鈾高度富集(48%)的溶液A5和含有大部分钚(94%)的溶液A7。
實施例 2本實施例表明，使用在氯仿中濃度高達0.134摩爾/升的DCH18C6的順-順-順異構(gòu)體，由硝酸水溶液中萃取钚，該溶液也是由輻照核燃料后處理的第一循環(huán)中得到的，它含有906毫克/升的鈾(Ⅵ)，1360毫克/升的钚(Ⅳ)，5摩爾/升的HNO3，和18.1.107mBg/升(4.88毫居/升)的裂變產(chǎn)物在這種情況下，為了進行第一萃取段，將15毫升水溶液與30毫升有機萃取溶劑接觸，并攪拌10分鐘，然后，用傾析法分離兩相，分別測量其中的鈾、钚和裂變產(chǎn)物含量，計算出兩相之間的鈾、钚和裂變產(chǎn)物的分流系數(shù)Dm，分流系數(shù)Dm相當于有機溶劑中的元素濃度與水溶液中同一元素的濃度之比。
所得結(jié)果列于表2中。
表2中也列出了钚和鈾的萃取常數(shù)Kex，它是由獲得的數(shù)據(jù)計算出來的。
由表2可以看出，钚的分流系數(shù)和萃取常數(shù)比鈾的高得多。
實施例 3和4采用與實施例2相同的操作方法處理相同的水溶液，但在例3中，用0.134摩爾/升的DCH18C6的順-反-順異構(gòu)體的氯仿溶液作為有機萃取溶劑，而在例4中采用0.134摩爾/升的工業(yè)用DCH18C6異構(gòu)體混合物的氯仿溶液作為有機萃取溶劑。
用這些有機溶劑所得的結(jié)果示于表2中。
由這表中可以看到，用順-順-順異構(gòu)體，可以取得比用順-反-順異構(gòu)體或用異構(gòu)體混合物更好的結(jié)果。
實施例 5在本實施例中，有機溶劑是由含有0.134摩爾/升DCH18C6順-順-順異構(gòu)體的二氯乙烷構(gòu)成，使用該有機溶劑由存在于水溶液中的钚分離鈾，該水溶液是由輻照核燃料后處理工廠所產(chǎn)生的，該水溶液是在鈾/钚/裂變產(chǎn)物萃取分離段的第一階段后得到的。
在本實施例中，如圖1所示，首先，將2體積(2V)的有機萃取溶劑O0(DCH18C6的順-順-順異構(gòu)體的C2H4Cl2溶液)與1體積(1V)的要處理的水溶液A0接觸，而實施第一次萃取段，這樣，得到幾乎不含任何钚、鈾而有大部分裂變產(chǎn)物的第一種水溶液A1和含有幾乎所有钚、鈾而沒有任何裂變產(chǎn)物的有機溶液O1，然后，將該有機溶液O1用2倍體積的3N硝酸溶液洗滌兩次，經(jīng)過洗滌，得到第三種水溶液A3，它含有鈾、但很少含有钚和裂變產(chǎn)物，和第二種有機溶液O2，它含有钚、鈾但幾乎沒有任何裂變產(chǎn)物。
在洗滌后，將有機溶液O2與兩倍其體積的水接觸而用水反萃鈾。因而得到含有極少量鈾及裂變產(chǎn)物但有大量钚的第3種有機溶液O3，以及含有鈾，但幾乎不含钚和裂變產(chǎn)物的水溶液A5。
將一種具有示于表3組成的水溶液A0，用一種含有0.134摩爾/升的DCH18C6順-順-順異構(gòu)體的二氯乙烷CH2ClCH2Cl的有機溶液O處理，所用的體積比如上所述。由此得到的結(jié)果示于表3中，分別以有機溶劑O2和O3以及水溶液A5中的鈾、钚及裂變產(chǎn)物含量表示。
由這表中的結(jié)果，可以看出，钚被定量地萃取，因為在有機溶劑O2中獲得99.8%的初始钚，用硝酸洗滌，可以除去裂變產(chǎn)物。當用水洗滌時，也就是進行反萃，鈾(Ⅵ)實際上完全被反萃而钚(Ⅳ)則留在有機溶劑中。
由此，可以將钚由裂變產(chǎn)物和鈾中分離，而無需任何變價態(tài)循環(huán)，可以通過在一種親水性酸的水溶液中或在一種還原劑，如硝酸羥胺的水溶液中反萃而回收在有機溶液O3中的钚。
實施例 6和對比例1在這兩個實例中，采用與例5相同的操作方法處理與例5相同的水溶液，但在實施例6中使用25%(P/V)的DCH18C6異構(gòu)體混合物的氯仿溶液作為有機溶劑，而在對比例1中則采用25%磷酸三丁酯(TBP)的十二烷溶液作為有機溶劑。
在這些條件下得到的結(jié)果列于表3。
由這些結(jié)果可以看出，采用DCH18C6順-順-順異構(gòu)體是有利的。
事實上，采用TBP可以萃取大部分(92.5%)钚，但無論用酸洗或水洗都不能使鈾/钚分離，因此，在水相A5中的最終回收百分率是十分小的(52%)。
采用DCH18C6異構(gòu)體混合物的氯仿溶液，可以使钚萃取更完全(98.4%)，但經(jīng)過幾次硝酸洗滌都不能使鈾/钚分離，而且在用水萃取時，全部钚(98%)和鈾(61%)都會再出現(xiàn)在水相A5中。
另一方面，采用DCH18C6順-順-順異構(gòu)體的二氯乙烷溶液，可以完全萃取钚(99.8%)，而且，硝酸洗滌和水洗滌都可使鈾/钚分離并有明顯的去污。因此，在水相A5中回收钚而沒有任何鈾，也無需使用任何價態(tài)變化循環(huán)。
實施例 7到9
在這些實施例中，通過用含有下列0.67摩爾/升的DCH18C6的有機溶液O0作為有機溶液，將所得結(jié)果進行比較順-順-順異構(gòu)體(實施例7)順-反-順異構(gòu)體(實施例8)，工業(yè)用異構(gòu)體混合物(實施例9)在這些實施例中，根據(jù)實施本發(fā)明方法的第一方案，參考附圖1而進行用有機溶液O萃取u和Pu的第一段，接著，用1N硝酸溶液(A4)的鈾反萃段，最后是用水(A6)的钚反萃段。
在這些各段中，體積比A/O為萃取時為0.5，反萃鈾時為1，反萃钚時為2。
關于由第一u/Pu/裂變產(chǎn)物分離循環(huán)所得水溶液A0的結(jié)果列于表4。
與目前所用方法相比，本發(fā)明方法可以更加有效、快速地由鈾及裂變產(chǎn)物中分離钚。再者，它無需任何價態(tài)變化就可以進行鈾/钚分離。
此外，本發(fā)明所用的冠狀化合物比磷酸三丁酯更耐輻照。
事實上，含有钚(Ⅳ)、鈾(Ⅵ)和裂變產(chǎn)物的DCH18C6溶液，其放射性相當于80mGy/小時，它已保存8個月，其總能量相當于611KJ/摩爾，輻射量為80.5KJ/摩爾，并不會引起DCH18C6溶液變壞，這就是說，DCH18C6可以經(jīng)受至少5000次高放射性溶液的萃取。
圖2示意性地表示對水溶液連續(xù)使用本發(fā)明方法的裝置，該水溶液是使用例如磷酸三丁酯的第一u/Pu/裂變產(chǎn)物分離循環(huán)中所得到的。
本圖采用與圖1相同的代號來表示導入或流出該裝置的水溶液和有機溶液，它們的體積在括號中給定。
在該裝置中，包括幾個階段，其中溶液是逆流循環(huán)，即钚萃取段，包括5個分級，用HNO3的洗滌段包括9個分級，鈾反萃段，包括3個分級，钚反萃段，包括5個分級。
通過使用一種由10%(P/V)DCH18C6順-反-順異構(gòu)體的芐腈所組成的有機溶液O0、一種用于洗滌裂變產(chǎn)物的水溶液A2，它由2體積7.2MHNO3和2體積來自A4的1MHNO3組成，一種用于反萃u的溶液A4，它由1MHNO3組成，一種用于反萃Pu的溶液A6，它由0.5MH2SO4組成，就可以在裝置的出口得到一種含有99.96%初始鈾和低于0.003%初始Pu的水溶液A1和一種含有99.997%以上的初始Pu和低于0.03%初始u的水溶液A7。
例如在用3摩爾/升H2SO4洗滌而進行適當純化處理后，有機機溶劑O4可再循環(huán)到萃取段中。
圖11.u+Pu萃取2.PCH18C6+芐腈3.洗滌(PF去污)4.u反萃5.Pu反萃圖21.第一循環(huán)后所得的溶液2.在C6H5CN中的10%順-反-順DCH18C63.Pu萃取4.PF洗滌5.u反萃6.溶劑純化7.Pu反萃
權(quán)利要求
1.將钚(Ⅳ)由水溶液Ao中的鈾及裂變產(chǎn)物分離的方法，該水溶液Ao是在輻照核燃料元件后處理中得到的，并含有幾乎全部由這些元件所產(chǎn)生的钚，其中該方法包括下列連續(xù)步驟1)將該水溶液Ao與一種至少含有一種冠狀化合物的有機溶液Oo接觸，而得到含有鈾及钚的有機溶液O1和含有裂變產(chǎn)物的水溶液A1。2)將溶液O1與由水或硝酸水溶液組成的水溶液A4接觸，而從有機溶液O1中反萃已萃取的鈾，而得到一種含有鈾的水溶液A5和一種含有钚的有機溶液O3，3)將有機溶液O3與一種親水性酸的水溶液A6接觸，而回收存在于有機溶液O3中的钚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中親水性酸為H2SO4、H3PO4、HCl或HF。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中溶液A0是一種含有0.05～2摩爾/升硫酸的水溶液。
4.由存在于水溶液A0的鈾和裂變產(chǎn)物中分離钚(Ⅳ)的方法，該水溶液A0是由輻照核燃料元件后處理中得到的，并含有幾乎全部由這些元件產(chǎn)生的钚，其中，該方法包括下列連續(xù)步驟1)將水溶液A0與包括至少一種冠狀化合物和一種氯化稀釋劑的有機溶液O0接觸，而得到一種含有鈾和钚的有機溶液O1和一種含有裂變產(chǎn)物的水溶液A1，2)將有機溶液O1與一種由硝酸水溶液組成的水溶液A4接觸而從該有機溶液中反萃已萃取的鈾，結(jié)果得到一種含有鈾的水溶液A5和一種含有钚的有機溶液O3，3)將所得的稀釋溶液O3與一種由水或低酸性水溶液所組成的水溶液A6接觸而回收存在于有機溶液O3中的钚。
5.由存在于水溶液A0的鈾和裂變產(chǎn)物中分離钚(Ⅳ)的方法，該水溶液A0是由輻照核燃料元件后處理時得到的，并含有幾乎全部由這些元件產(chǎn)生的钚，其中，該方法包括下列連續(xù)步驟1)將該水溶液A0與含有至少一種冠狀化合物的有機溶液O0接觸，而得到一種含有鈾和钚的有機溶液O1和一種含有裂變產(chǎn)物的水溶液A1，2)將有機溶液O1與一種由水或硝酸水溶液組成的水溶液A4接觸，而從該有機溶液O1中反萃已萃取的鈾，結(jié)果得到一種含鈾的水溶液A5和一種含有钚的有機溶液O3，3)用一種溶劑稀釋有機溶液O3并將稀釋后的溶液與一種由水或低酸性水溶液組成的水溶液A6接觸面回收存在于該有機溶液O3中的钚。
6.由存在于水溶液A0的鈾和裂變產(chǎn)物中分離钚(Ⅳ)的方法，該水溶液A0是由輻照核燃料元件后處理中得到的，并含有幾乎全部由這些元件產(chǎn)生的钚，其中，該方法包括下列連續(xù)步驟1)將該水溶液A0與含有至少一種冠狀化合物的有機溶液O0接觸，而得到一種含有鈾和钚的有機溶液O1和一種含有裂變產(chǎn)物的水溶液A1，2)將有機溶液O1與一種由水或硝酸水溶液組成的水溶液A4接觸，而從該有機溶液O1中反萃已萃取的鈾，結(jié)果得到一種含鈾的水溶液A5和一種含有钚的有機溶液O3，3)將該有機溶液O3與一種還原劑的水溶液A6接觸，而回收存在于該有機溶液O3中的钚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求的方法，其中，在鈾反萃中所用的水溶液是一種濃度低于3摩爾/升的硝酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求的方法，其中冠狀化合物要滿足下列化學式
其中，n＝0或為1～4之間的一個整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中冠狀化合物滿足n＝1的化學式(Ⅰ)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中冠狀化合物是n＝1的化學式(Ⅰ)的冠狀化合物的順-順-順式異構(gòu)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中冠狀化合物是n＝1的化學式(Ⅰ)的冠狀化合物的順-反-順式異構(gòu)體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-3和5-11中任一權(quán)利要求的方法，其中有機溶液O0含有一種由芐腈組成的稀釋劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～12中任一權(quán)利要求的方法，其中有機溶液O的冠狀化合物濃度為0.5～40%(重量/體積)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1～13中任一權(quán)利要求的方法，其中，在用水溶液A4反萃鈾的第二步之前，還至少要進行另一步驟，用一種硝酸水溶液A2洗滌有機溶液O1。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中洗滌溶液A2是2～5N硝酸溶液。
16.根據(jù)權(quán)利要求1～15中任一權(quán)利要求的方法，其中有機溶液和水溶液的接觸是在交換柱中進行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中操作是連續(xù)進行的，在該方法的每個階段中，通過使兩種溶液逆流循環(huán)，而將水溶液(A0、A2、A4或A6)與相應的有機溶液(O0、O2、O4或O6)接觸，而且在洗滌段后所得的水溶液A3與要處理的水溶液A0一起再循環(huán)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中將在鈾反萃段后得到的水溶液再次循環(huán)，以便將它與水溶液A2一起用于洗滌段。
全文摘要
本發(fā)明涉及用冠狀化合物從鈾及裂變產(chǎn)物中分離Pu的方法。根據(jù)本方法，將含有Pu、u和裂變產(chǎn)物的水溶液A
文檔編號C22B3/26GK1055619SQ9011040
公開日1991年10月23日 申請日期1990年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月15日
發(fā)明者杰克·富斯, 馬克·勒邁爾, 阿倫·蓋伊, 文森特·居永, 魯?shù)婪颉ばっ窢? 蒂埃里·穆塔德, 皮埃爾·杜特雷路易尼, 亨利·勒魯瓦 申請人:核燃料公司