一種采用甲醛肟為反萃試劑的钚純化循環(huán)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于核燃料后處理領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有采用無鹽還原試劑的Purex流程钚純化循環(huán)钚濃縮水平較低、安全性較差等問題，本發(fā)明提供了一種采用甲醛肟為反萃試劑的钚純化循環(huán)工藝。該工藝包括：2BX的甲醛肟濃度為0.5?0.7mol/L，2BF的硝酸濃度為0.15?0.3mol/L，2BS的硝酸濃度為0.1?0.5mol/L，流比2BF:2BX＝3?5:1，反萃級數(shù)≥10級，補(bǔ)萃級數(shù)3?5級。本發(fā)明的钚純化循環(huán)工藝可實(shí)現(xiàn)反萃過程钚濃縮5倍以上，所得钚產(chǎn)品液的钚濃度最高可達(dá)60g/L，取得了較高的钚收率和良好的鈾去除效果，工藝條件范圍內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定性良好，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】
一種采用甲醛肟為反萃試劑的钚純化循環(huán)工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于核燃料后處理領(lǐng)域，特別涉及一種采用甲醛肟為反萃試劑的钚純化循環(huán)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]Purex流程是目前后處理廠主要采用的流程，該流程包括共去污循環(huán)、鈾純化循環(huán)和钚純化循環(huán)。其中，钚純化循環(huán)的目的是通過萃取和反萃工藝對由共去污循環(huán)得到的粗钚產(chǎn)品進(jìn)行純化和濃縮，最終得到合格的钚產(chǎn)品，參見附圖1。
[0003]為保證整個后處理流程的钚收率，通常要求钚純化循環(huán)的钚收率必須達(dá)到99.9%。由于钚純化循環(huán)具有有機(jī)相钚濃度較大(10g/L以上)的特點(diǎn)，因此在钚的反萃濃縮過程中，隨著反萃濃縮倍數(shù)的提高，實(shí)現(xiàn)99.9%收率的難度呈幾何級數(shù)增大，形成钚純化循環(huán)過程的難點(diǎn)。
[0004]在钚純化循環(huán)中，無鹽還原試劑的采用可以降低后處理過程的放射性廢物體積，簡化Purex流程工藝，提高后處理的經(jīng)濟(jì)效益，因此無鹽還原試劑的研發(fā)是Purex流程的主要研究內(nèi)容之一。目前，常用于钚純化循環(huán)的無鹽還原試劑主要有兩組，分別為:I.羥胺-肼體系，2.二甲基羥胺-肼體系。
[0005]羥胺(NH2OH)具有相當(dāng)強(qiáng)的還原性，所以在無鹽還原試劑的研究中受到廣泛的關(guān)注。Barney研究了輕胺在HNO3溶液中還原Pu(IV)的反應(yīng)，從反應(yīng)速率方程可以看出，反應(yīng)受酸度影響較大，隨著酸度增大，反應(yīng)速度顯著減慢，因此羥胺在低酸、高溫條件下對Pu(IV)的還原效果較好。羥胺作為還原劑的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠被完全分解為氮?dú)狻⒀趸认鄬Π踩臍怏w，但是羥胺還原Pu(IV)的速率相對較慢，需要很長時間才能反應(yīng)完全。與此同時，以羥胺-肼作為钚還原反萃試劑實(shí)現(xiàn)钚收率達(dá)到99.9%的一般工藝條件為2BF: 2BX: 2BS= 2:1:0.3,12級反萃，2級補(bǔ)萃，其中反萃濃縮倍數(shù)最大不能超過2.3，補(bǔ)萃級數(shù)不能超過3級，否則钚收率不能達(dá)到99.9%,造成钚的濃縮水平較低，2BP钚濃度不高。
[0006]而對于二甲基輕胺，Koltunov等人研究了N ,N-二甲基輕胺對Pu(IV)、Np (VI)的還原行為，結(jié)果顯示，其能夠?qū)u(IV)快速還原成Pu(III)。中國原子能科學(xué)研究院張先業(yè)等以無鹽還原試劑N，N-二甲基羥胺-單甲基肼為基礎(chǔ)開發(fā)的先進(jìn)二循環(huán)流+程已經(jīng)完成關(guān)鍵工藝段的熱試驗(yàn)，其優(yōu)點(diǎn)是可以獲得比羥胺-肼體系更高的反萃倍數(shù)。然而，二甲基羥胺和單甲基肼本身就不十分穩(wěn)定，安全性較差；同時，反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物會在硝酸钚溶液中發(fā)生聚合，因此具有很大的危險性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有采用無鹽還原試劑的Purex流程钚純化循環(huán)钚濃縮水平較低、安全性較差等問題，兼顧钚濃縮效果和工藝安全性，本發(fā)明提供了一種采用甲醛肟為反萃試劑的杯純化循環(huán)工藝。該工藝包括:
[0008](一) 2BX 的甲醛肟濃度為 0.5-0.7mol/L，硝酸濃度為 0.3-0.5mol/L ；
[0009](二)2BF的硝酸钚濃度為8-15g/L，硝酸濃度為0.15-0.3mol/L，鈾濃度為0.5_5g/L；
[0010](三)2BS的硝酸濃度為 0.1-0.5mol/L;
[0011](四)流比2BF:2BX= 3-5:1;
[0012](五)反萃級數(shù)彡10級，補(bǔ)萃級數(shù)3-5級。
[0013]所述2BX的甲醛肟濃度優(yōu)選為0.6mol/L。
[0014]所述流比優(yōu)選為2BF:2BX = 4。
[0015]本工藝采用甲醛肟作為無鹽還原試劑，實(shí)現(xiàn)了钚產(chǎn)品的純化濃縮。本工藝的重點(diǎn)在于工藝條件的選擇，由于涉及的工藝參數(shù)較多，并且現(xiàn)有文獻(xiàn)中也沒有給出有關(guān)工藝條件的選擇方向，在此情況下，考慮到钚純化循環(huán)工藝操作的高放射性和高毒性，因此本發(fā)明的钚純化循環(huán)工藝在工藝條件的選擇上克服了大量的困難，最終才確定了適宜的工藝條件范圍。
[0016]本發(fā)明的钚純化循環(huán)工藝可實(shí)現(xiàn)反萃過程钚濃縮5倍以上，所得钚產(chǎn)品液的钚濃度最高可達(dá)60g/L，取得了較高的钚收率和良好的鈾去除效果;工藝條件范圍內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定性良好;反萃過程中無須同時添加支持還原劑，減少了試劑的使用量，提高了經(jīng)濟(jì)性，對后續(xù)杯沉淀工藝無影響。
【附圖說明】
[0017]圖1Purex流程杯純化循環(huán)工藝簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]將本發(fā)明的钚純化循環(huán)工藝應(yīng)用于Purex流程的钚產(chǎn)品純化濃縮，采用如下工藝條件:
[0021 ](一) 2BX的甲醛肟濃度為0.6mol/L，硝酸濃度為0.4mol/L;
[0022](二) 2BF的硝酸钚濃度為12g/L，硝酸濃度為0.2mol/L，鈾濃度為0.76g/L;
[0023](三)2BS的硝酸濃度為0.2mOl/L;
[0024](四)流比2BF:2BX= 5:1;
[0025](五)反萃級數(shù)11級，補(bǔ)萃級數(shù)5級。
[0026]所得钚產(chǎn)品液的钚濃度為60.3g/L，有機(jī)相中殘留钚濃度約為0.4mg/L，钚收率大于99.99%，钚中除鈾的分離系數(shù)SFU/Pu>104。
[0027]實(shí)施例2
[0028]將本發(fā)明的钚純化循環(huán)工藝應(yīng)用于Purex流程的钚產(chǎn)品純化濃縮，采用如下工藝條件:
[0029](一 )2BX的甲醛肟濃度為0.5mol/L，硝酸濃度為0.5mol/L;
[0030](二)2BF的硝酸钚濃度為15g/L，硝酸濃度為0.15mol/L，鈾濃度為1.86g/L;
[0031](三)2BS的硝酸濃度為0.3mol/L;
[0032](四)流比2BF:2BX= 3:1;
[0033](五)反萃級數(shù)12級，補(bǔ)萃級數(shù)3級。
[0034]所得钚產(chǎn)品液的钚濃度為54.8g/L，有機(jī)相中殘留钚濃度約為0.5mg/L，钚收率大于99.99%，钚中除鈾的分離系數(shù)SFU/Pu>3000。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用甲醛肟為反萃試劑的钚純化循環(huán)工藝，其特征在于該工藝包括: (一)2BX的甲醛肟濃度為0.5-0.7mol/L，硝酸濃度為0.3-0.5mol/L; (二 )2BF的硝酸钚濃度為8-15g/L，硝酸濃度為0.15-0.3mol/L，鈾濃度為0.5-5g/L; (三)2BS的硝酸濃度為0.1-0.5mol/L； (四)流比28卩:28乂= 3-5:1; (五)反萃級數(shù)彡10級，補(bǔ)萃級數(shù)3-5級。2.如權(quán)利要求1所述的采用甲醛肟為反萃試劑的钚純化循環(huán)工藝，其特征在于:所述2BX的甲醛西濃度為0.6mol/L。3.如權(quán)利要求1所述的采用甲醛肟為反萃試劑的钚純化循環(huán)工藝，其特征在于:所述流比為 2BF:2BX = 4。
【文檔編號】G21F9/12GK105913887SQ201610232040
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】肖松濤, 劉協(xié)春, 羅方祥, 李麗, 楊賀, 蘭天
【申請人】中國原子能科學(xué)研究院