改进的钚雷克斯法及其应用制造技术

本发明专利技术涉及构成对钚雷克斯法改进的方法，该方法可以使铀在单一纯化循环中与其它锕系元素（钚、镎、钍、……）得到分离。本方法连续地包括：ａ）通过采用溶剂相以及洗涤所述溶剂相，对铀（Ⅵ）、钚（Ⅳ）和其它锕系元素（Ⅳ）或（Ⅵ）与硝酸水溶液进行共萃取；ｂ）通过使用硝酸水溶液，从溶剂相反萃取氧化态（Ⅲ）的钚；ｃ）通过使用硝酸水溶液，从溶剂相反萃取氧化态（Ⅵ）的铀；ｄ）浓缩步骤ｃ）得到的有关铀（Ⅵ）的硝酸水溶液；其特征在于，将步骤ｄ）中获得的某些浓缩铀（Ⅵ）水溶液用于在步骤ｂ）中或在步骤ｂ）和ｃ）之间从溶剂相反萃取一种或多种锕系元素（Ⅳ）。应用：基于ＵＯ↓［２］、（Ｕ，Ｐｕ）Ｏ↓［２］或（Ｕ，Ｔｈ）Ｏ↓［２］混合氧化物废核燃料的后处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及已知命名为钚雷克斯(PUREX)法的用于废核燃料的后处理方法的改进。具体而言，根据本专利技术特定的方法使铀在单一纯化循环中从其它锕系元素(钚、 镎、钍.......)里获得分离成为可能。和钚雷克斯方法一样，此方法可以用于基于氧化铀、铀和钚的混合氧化物或铀和 钍的混合氧化物的废核燃料的后处理。
技术介绍
目前所有用于废核燃料后处理的工业装置采用钚雷克斯法(PlutoniumUranium Refining by Extraction)，以便回收这些燃料中存在的铀和钚。该方法是通过采用液_液萃取的多个纯化循环来进行的。第一纯化循环的目的基本上是使铀和钚相对于裂变产物的净化，以及将这两种元 素分成两股分离流。作为废核燃料后处理的现代装置所用的该循环，如法国C0GEMA、英国Thorp或日 本Rokkasho的UP3和UP2-800装置，以图解形式示于图1中。操作从包含铀和钚的水溶液中的共萃取开始，前者为氧化态(VI)，后者为氧化态 (IV)，该水溶液由废核燃料溶于硝酸(溶解液)而获得。该共萃取通过由萃取剂组成的与 水不混溶的溶剂进行，在此情形下适用的是磷酸三正丁酯(以下简称为TBP)以30体积％ 的浓度溶于有机稀释剂即氢化四聚丙烯(以下简称为TPH)中。此后接下来是采用一种或多种硝酸水溶液的一次或多次溶剂相的洗涤，以完成铀 和钚相对于裂变产物的净化。这套共萃取和洗涤操作在图1中标记为“萃取-洗涤”方框。从这些操作得到的水相(萃余液)包含裂变产物(FP)，并将其从循环中除去，而负 载铀(VI)和钚(IV)的溶剂相则送至分离这两种元素的区域。该分离包括 反萃取存在于溶剂相中的大部分钚的操作，其在图1中标记为“钚反萃取”方 框； 完成钚的反萃取的操作，其在图1中标记为“钚隔离”方框。这两个操作通过还原钚(IV)至不易被TBP萃取的氧化态(III)，使其进入硝酸水 溶液而铀仍留在溶剂相中来进行。钚的还原是借助于硝酸亚铀和抗亚硝酸剂(anti-nitrous agent)(或文献中的 “亚硝酸清除剂”)进行的，抗亚硝酸剂的作用是分解硝酸以稳定硝酸亚铀和钚(III)。在此 事例中适用的抗亚硝酸剂是硝酸饼(NH)，即所称的胼。用新鲜溶剂洗涤分离得到的水相，目的是从该水相萃取在其反萃取期间伴随钚的 铀部分。该洗涤在图1中标记为“铀洗涤”方框。就此部分而言，将分离得到的溶剂相送至通过采用低酸度的硝酸水溶液反萃取铀 (VI)的区域。该反萃取在图1中标记为“铀反萃取”方框。在图1所示的第一纯化循环中，存在于溶解液中的镎主要以镎(VI)的形式与铀和 钚同时被萃取。在钚的还原反萃取过程中，镎(VI)被硝酸亚铀还原成镎(IV)，虽然比氧化 态(VI)的可萃取性小，但此价态仍是可由TBP萃取的。具体而言，如Germain等人在J. Inorg. Chem.，1970，第32卷245-253页报道和 在图2中所举例说明的，其描述了镎(IV)的分配系数在硝酸水溶液相和由TBP以30体 积％浓度溶于TPH中组成的溶剂相之间的变化，作为溶剂相铀(VI)含量的函数和对于在 0.5M-3.5M范围内的硝酸摩尔浓度，镎(IV)的分配系数随着水相的酸度增加而增大，并随 溶剂相中铀(VI)含量的减少而减小。因此，考虑到在到其中进行了铀/钚分离的抽提器中占主要趋势的流量S/A(代表 溶剂/水溶液)的高比率和溶剂相的低铀(VI)含量，所以在这些抽提器中镎(IV)随铀留 在溶剂相。同样，S/A流量比X与“铀洗涤”中酸度的结合通常会增加镎(IV)随铀留在溶 剂相中的趋势。在铀的反萃取过程中，镎(IV)的分配系数低于铀(VI)的分配系数，因而镎 如同铀一样被有效地反萃取。因此，在钚雷克斯法的第一纯化循环过程中，镎基本上定量地伴随着铀。在上述用于废核燃料后处理的装置中，浓缩操作后(在图1中标记为“铀浓缩”方 框)，为了从镎中分离铀，对从铀反萃取得到的流出物水溶液进行称为“第二铀循环”的纯化 铀的循环。在产生用于废核燃料后处理的新装置的范围中，希望的是能够简化钚雷克斯法， 以便能够同时减少这些设备的投资、运行和维护费用，并且由此不会降低此方法在后处理 收率、质量和可靠性方面的表现。现在的经验显示，在所述后处理前废燃料已冷却至少十年情况下，第一纯化循环 后铀相对于包括钌的裂变产物的净化已经是充分的。因此，在此情况下，“第二铀循环”仅由 于分离铀与镎的需要就已被证明是合理的。因此，本专利技术人为其自身设立了改进用于废核燃料后处理的现代化装置中所采用 的钚雷克斯法的目的，以便能够在单一的纯化循环中使铀不仅与钚分离，而且还与镎分离， 以及因此而避免对已经冷却了十年或更久的待后处理的核燃料进行“第二铀循环”的需要。本专利技术人还进一步为自己设立了以下目的在无需使用强大的镎螯合剂的情况 下，应可以得到铀与镎的分离，此螯合剂无疑可将镎带入不同于铀的水溶液流体中，但螯合 剂自身或经由其分解的产物将易于在含水流出液中构成不需要的产物，这必然会导致需要 对这些流出液进行另外的特殊处理的操作。
技术实现思路
该目的和其它目的通过用于废核燃料后处理的方法得以实现，该方法连续地包 括a)使通过将所述燃料溶解于硝酸而获得的硝酸水溶液中存在的铀、钚和其它锕系 元素与裂变产物分离，该分离包括使用包含至少一种在有机稀释剂中的萃取剂的与水不混 溶的溶剂相，从所述水溶液中共萃取铀(VI)、钚(IV)和其它锕系元素(IV)或(VI)，然后用5硝酸水溶液洗涤溶剂相；b)将铀和钚分成两股分离流，该分离包括使用含有能够还原钚(IV)至氧化态 (III)的还原剂的硝酸水溶液，从溶剂相反萃取钚(III)；c)使用硝酸水溶液从溶剂相反萃取铀(VI)；d)浓缩步骤C)中得到的有关铀(VI)的硝酸水溶液；其特征在于将步骤d)中获得的某些浓缩铀(VI)水溶液用于在步骤b)中或在步 骤b)和c)之间从溶剂相反萃取以氧化态(IV)存在于该溶剂相中的一种或多种锕系元素。因此，根据本专利技术的方法不同于钚雷克斯的第一纯化循环，作为用于废核燃料后 处理的现代化装置中采用的方法，其基本在于使用由位于铀反萃取下游的浓缩操作得到的 某些浓缩铀(VI)的水溶液流体，以便用该反萃取上游的铀(VI)浓缩溶剂相，以至其达到饱 和，并因此而充分降低该溶剂相中以氧化态(IV)存在的锕系元素的分配系数，从而促使它 们进入水相。由此，其使得能够从溶剂相反萃取锕系元素(IV)，并因此在铀按其顺序而被反萃 取前将锕系元素(IV)与铀(VI)相分离。通过根据本专利技术的方法，易于反萃取的锕系元素(IV)主要是在铀/钚分离过程中 从氧化态(VI)还原到氧化态(IV)的镎、从溶解燃料而获得的硝酸水溶液中以氧化态(IV) 萃取的钍、和/或在分离过程中仍是氧化态(IV)的很少量的钚。如上所述，一种或多种锕系元素(IV)从水相的反萃取首先可以在本专利技术方法的 步骤b)中进行，也就是说在铀/钚分离过程中进行，在此情况下该锕系元素或这些锕系元 素与钚(III)同时被反萃取，并因而进入钚流。在这种情况下，铀/钚分离包括在分离的反应器中进行的两个子步骤，即i)称为“钚反萃取”的第一子步骤，其包括从溶剂相反萃取大部分钚(III)，以及ii)称为“钚隔离”的第二子步骤，其包括完成从溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于后处理废核燃料的方法，其连续地包括：ａ）使通过将所述燃料溶解于硝酸而获得的硝酸水溶液中存在的铀、钚和其它锕系元素与裂变产物分离，该分离包括使用包含至少一种在有机稀释剂中的萃取剂的与水不混溶的溶剂相，从所述水溶液中共萃取铀（Ⅵ）、钚（Ⅳ）和其它锕系元素（Ⅳ）或（Ⅵ），然后用硝酸水溶液洗涤所述溶剂相；ｂ）将铀和钚分成两股分离流，该分离包括使用含有能够还原钚（Ⅳ）至氧化态（Ⅲ）的还原剂的硝酸水溶液，从所述溶剂相反萃取钚（Ⅲ）；ｃ）使用硝酸水溶液从所述溶剂相反萃取铀（Ⅵ）；ｄ）浓缩步骤ｃ）中得到的有关铀（Ⅵ）的硝酸水溶液；其特征在于：将步骤ｄ）中获得的某些经浓缩的铀（Ⅵ）水溶液用于在步骤ｂ）中或在步骤ｂ）和ｃ）之间从所述溶剂相反萃取以氧化态（Ⅳ）存在于该溶剂相中的一种或多种锕系元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J莫林，
申请(专利权)人：通用核材料公司，
类型：发明
国别省市：FR[]