用于分离铀（VI）和钚（IV）而无需还原钚（IV）的碳酰胺制造技术

本发明专利技术涉及碳酰胺作为萃取剂用于从由乏核燃料溶解在硝酸中所产生的水性溶液中通过液‑液萃取完全或部分分离铀(VI)和钚(IV)而无需将钚(IV)还原成钚(III)的用途。本发明专利技术还涉及新的碳酰胺。用途是处理基于铀(尤其是铀氧化物‑UOX)或基于铀和钚(尤其是铀氧化物和钚氧化物的混合物‑MOX)的乏核燃料。

Carbonamide used to separate uranium (VI) and plutonium (IV) without reduction of plutonium (IV)

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分离铀(VI)和钚(IV)而无需还原钚(IV)的碳酰胺
本专利技术涉及乏核燃料处理领域。更具体地说，本专利技术涉及碳酰胺(即脲的衍生物)作为萃取剂用于从由乏核燃料溶解在硝酸中所产生的水性溶液中通过液-液萃取完全或部分分离铀(VI)和钚(IV)而无需将钚(IV)还原成钚(III)的用途。本专利技术还涉及具有极其有利的萃取剂性能的新的碳酰胺。本专利技术尤其应用于处理基于铀(尤其是铀氧化物—UOX)或基于铀和钚(尤其是铀氧化物和钚氧化物的混合物—MOX)的乏核燃料。
技术介绍
用于全世界现有的所有乏核燃料处理厂(法国LaHague、日本Rokkasho、英国Sellafield等)的PUREX方法使用磷酸三正丁酯(或TBP)作为萃取剂，通过液-液萃取从由这些燃料溶解在硝酸中所产生的水性溶液中回收铀(VI)和钚(IV)。在这种方法中，使用TBP在脂肪族稀释剂(氢化四丙烯(或TPH)、正十二烷或煤油)中的30％(v/v)溶液。这种有机溶液在相关领域通常被称为“溶剂”。使用PUREX方法回收铀和钚以多个循环进行：第一铀(VI)和钚(IV)纯化循环(称为“1CUPu”)，用于针对镅、锔和裂变产物净化这些元素，在第一循环中将铀(VI)和钚(IV)分成两股水性流；第二铀(VI)纯化(称为“2CU”)，用于完成该元素的净化，以满足ASTM标准关于铀成品所规定的规格；和第二循环和在某些工厂的情况中的第三钚(IV)纯化循环(分别称为“2CPu”和“3CPu”)，用于完成该元素的净化过程，以达到ASTM标准关于钚成品所规定的规格，并在转化为PuO2氧化物之前将其浓缩。PUREX方法的性能令人满意，自使用该方法的工厂的试运行以来获得的反馈是积极的。然而，TBP的使用有其局限性，这不利于用这种萃取剂满足未来乏核燃料处理厂的简单性、紧凑设计和增强的安全性等目标的可能性。主要的限制源于这样一个事实，即将铀和钚分成两股水性流需要将钚(IV)还原成钚(III)(因为使用TBP，铀(VI)和钚(IV)之间的分离系数是不够的，不管用于进行这种分离的水性溶液的酸性如何)，因此需要使用大量的还原剂和抗氮剂，这些还原剂和抗氮剂通过降解产生不稳定和反应性的物质，并因此在安全性方面受到限制。因此，提供适于从由乏核燃料溶解在硝酸中所产生的水性溶液中定量地共萃取铀和钚，然后对这两种元素进行完全或部分分离，而不必将钚(IV)还原成钚(III)的萃取剂需要进行很多工作。因此，已经提出使用对称的N,N-二烷基酰胺，例如在PCT国际申请WO2017/017207中的N,N-二(2-乙基己基)-3,3-二甲基丁酰胺(或DEHDMBA)，见下文参考文件[1]，以及使用“不对称的”N,N-二烷基酰胺，例如PCT国际申请WO2017/017193中的N-甲基-N-辛基-2-乙基己酰胺(或MOEHA),见下文参考文件[2]。在这两种情况下，N,N-二烷基酰胺表现出非常有利的性能。此外，文献中还公开了三项关于碳酰胺萃取硝酸水性溶液中铀(VI)和钚(IV)的研究。这些包括由E.K.Dukes和T.H.Sidall用N,N,N’,N’-四-正丁基脲进行的研究，该研究在JournalofInorganicandNuclearChemistry，1966,28(10),2307-2312中报道，见下文参考文件[3]；由G.M.Chumakova等人进行的研究也是用N,N,N’,N’-四-正丁基脲进行的，该研究在Radiokhimiya1980,22(2),213-217中报道，见下文参考文件[4]；以及最近由B.G.Vats等人用N,N-二乙基-N’,N’-二异丁基脲(或DEDiBU)和N,N-二乙基-N’,N’-二-正辛基脲(或DEDOU)进行的研究，该研究在DaltonTransactions2016,45(25),10319-10325中报道，见下文参考文件[5]。这些研究证明了四烷基化碳酰胺作为铀(VI)和钚(IV)的萃取剂的潜力。然而，这些研究都没有表明使用这类化合物从由乏核燃料溶解所产生的水性溶液中共萃取铀(VI)和钚(IV)，然后完全或部分分离铀(VI)和钚(IV)，而不必将钚(IV)还原为钚(III)的可能性。然而，在他们的研究范围内，专利技术人实际上观察到某些碳酰胺具有以下萃取剂性质：在强酸性的水性相存在下，例如由乏核燃料溶解在硝酸中所产生的水性溶液所表现出的强酸性，它们产生适于能够定量地共萃取该水性相中的铀(VI)和钚(IV)的这两种元素的分配系数，以及在中等酸性的水性相存在下，它们产生适于能够分离铀(VI)和钚(IV)的U(VI)/Pu(IV)分离系数，而无需将钚(IV)还原成钚(III)，这种分离可以是完全分离，也可以是部分分离，视需要而定。本专利技术基于这些观察结果。
技术实现思路
首先，本专利技术涉及通式(I)的碳酰胺作为萃取剂用于从由乏核燃料溶解在硝酸中所产生的水性溶液A1中完全或部分分离铀(VI)和钚(IV)而无需将钚(IV)还原成钚(III)的用途：其中：R1、R2和R3，相同或不同，表示含有1至12个碳原子的直链或支链烷基、含有3至12个碳原子的环烷基或含有4至13个碳原子的环烷基烷基；R4表示氢原子、含有1至12个碳原子的直链或支链烷基、含有3至12个碳原子的环烷基或含有4至13个碳原子的环烷基烷基。该用途包括：a)从水性溶液中共萃取铀(VI)和钚(IV)，该共萃取包括在萃取器中使水性溶液A1与含有在有机稀释剂中的碳酰胺的有机溶液S1接触至少一次，然后将水性溶液和有机溶液分离；b)从在a)中所产生的有机溶液中反萃取钚(IV)和一部分铀(VI)，该反萃取包括在萃取器中使有机溶液S1与含有0.1mol/L至0.5mol/L硝酸的水性溶液A2接触至少一次，然后将有机溶液和水性溶液分离；和c)萃取在b)中所产生的水性溶液中存在的全部或部分铀(VI)组分，该萃取包括在萃取器中使所述水性溶液与含有在有机稀释剂中的碳酰胺的有机溶液S2接触至少一次，然后将水性溶液和有机溶液分离；由此获得一种含有钚(IV)而不含铀(VI)或含有钚(IV)和铀(VI)的混合物的水性溶液和含有铀(VI)而不含钚(IV)的有机溶液。在上文和下文中，表述“包括从……至……”，“范围从……至……”和“在……和……之间”是等效的，并且表示边界包括在内。“含有1至12个碳原子的直链或支链烷基”应理解为含有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个碳原子的任何直链或支链烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、异戊基、正己基、异己基、正庚基、异庚基、正辛基、异辛基、正壬基、异壬基、正癸基、异癸基、正十一烷基、正十二烷基、2-甲基丁基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、2-甲基己基、3-甲基己基、2-甲基庚基、2-甲基辛基、2-乙基己基、1,5-二甲基己基、2,4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.通式(I)的碳酰胺作为萃取剂用于从由乏核燃料溶解在硝酸中所产生的水性溶液A1中完全或部分分离铀(VI)和钚(IV)而无需将钚(IV)还原成钚(III)的用途：/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170629 FR 17560571.通式(I)的碳酰胺作为萃取剂用于从由乏核燃料溶解在硝酸中所产生的水性溶液A1中完全或部分分离铀(VI)和钚(IV)而无需将钚(IV)还原成钚(III)的用途：



其中：
R1、R2和R3，相同或不同，表示含有1至12个碳原子的直链或支链烷基、含有3至12个碳原子的环烷基或含有4至13个碳原子的环烷基烷基；
R4表示氢原子、含有1至12个碳原子的直链或支链烷基、含有3至12个碳原子的环烷基或含有4至13个碳原子的环烷基烷基；
所述用途包括：
a)从所述水性溶液A1中共萃取铀(VI)和钚(IV)，所述共萃取包括使所述水性溶液与含有在有机稀释剂中的所述碳酰胺的有机溶液S1接触至少一次，然后将所述水性溶液和有机溶液分离；
b)从在a)中所产生的有机溶液中反萃取钚(IV)和一部分铀(VI)，所述反萃取包括使所述有机溶液与含有0.1mol/L至0.5mol/L硝酸的水性溶液A2接触至少一次，然后将所述有机溶液和水性溶液分离；和
c)萃取在b)中所产生的水性溶液中存在的全部或部分铀(VI)组分，所述萃取包括使所述水性溶液与含有在有机稀释剂中的碳酰胺的有机溶液S2接触至少一次，然后将所述水性溶液和有机溶液分离；
由此获得一种含有钚(IV)而不含铀(VI)或含有钚(IV)和铀(VI)的混合物的水性溶液和含有铀(VI)而不含钚(IV)的有机溶液。


2.根据权利要求1所述的用途，其中，所述碳酰胺包含总数为17至25的碳原子。


3.根据权利要求1或2所述的用途，其中，R1、R2、R3和R4表示包含1至12个碳原子的直链或支链烷基。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的用途，其中：
R1和R2相同，R3和R4相同但与R1和R2不同；或者
R1和R4相同，R2和R3相同但与R1和R4不同；或者
R1、R2、R3和R4相同。


5.根据权利要求4所述的用途，其中，R1和R2相同，并且表示包含1至5个碳原子的直链或支链烷基，R3和R4相同，并且表示包含6至10个碳原子的直链或支链烷基，并且所述碳酰胺包含总数等于19、21或23的碳原子。


6.根据权利要求4所述的用途，其中，R1和R4相同，并且表示包含1至5个碳原子的直链或支链烷基，R2和R3相同，并且表示包含6至10个碳原子的直链或支链烷基，并且所述碳酰胺包含总数等于19、21或23的碳原子。


7.根据权利要求4所述的用途，其中，R1、R2、R3和R4相同，并且表示包含4至8个碳原子的直链或支链烷基。


8.根据权利要求1或2所述的用途，其中，R1、R2和R3表示包含1至12个碳原子的直链或支链烷基，并且R4表示氢原子。


9.根据权利要求8所述的用途，其中，R1和R2相同，并且优选地，R1、R2和R3相同。


10.根据权利要求9所述的用途，其中R1、R2和R3表...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞西尔·玛丽，克莱芒丝·贝格尔，纪尧姆·莫斯安德，埃米莉·鲁塞洛，欧根·安德烈亚迪斯，多米尼克·吉约蒙，曼努埃尔·米盖迪特奇安，克里斯蒂安·索雷尔，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，欧安诺循环，法国电力公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR