一种PUREX稀流程铀中去钚、镎的方法

技术领域

本发明涉及乏燃料后处理技术领域，具体涉及一种PUREX稀流程铀中去钚、镎的方法。

背景技术

在乏燃料后处理领域，目前唯一实现大规模商业应用的流程为PUREX(PlutoniumUranium Reduction Extraction)流程，该流程主要包含铀钚共去污循环、铀纯化循环和钚纯化循环。对于铀纯化循环，其任务是对来自共去污分离循环的含铀水溶液(1CU料液)进一步进行净化处理，以降低铀产品的放射性活度。铀产品的杂质元素中，β、γ活度较高的裂片元素如钌(Ru)等，由于半衰期短、在萃取剂中分配系数小等因素，通过萃取、洗涤过程就能得到较好的净化；而对于α活度较高的元素，主要是镎(Np)、钚(Pu)元素，由于其价态众多且不易控制，非常难以彻底净化。同时由于镎、钚元素的α放射性比活度高，铀产品中对镎、钚浓度要求非常苛刻：铀产品中来自钚的α活度浓度必须低于166.7Bq/gU(折算质量浓度约为1×10

对于铀纯化循环工艺，有两种流程：浓流程和稀流程，浓流程类似生产堆燃料后处理流程，先将来自共去污分离循环的含铀水溶液进行蒸发浓缩，再进行后续的萃取、洗涤、反萃等处理；稀流程是指对来自共去污分离循环的含铀水溶液不进行蒸发浓缩，只进行预处理及调酸后就进行萃取、洗涤、反萃等处理。相比于浓流程，稀流程工艺省去了中间蒸发器，简化了运行方式，避免了含铀水相在蒸发浓缩过程中可能产生的高放射性物质在蒸发器中沉积的风险。目前我国后处理设施所采用的铀纯化技术路线均为两循环流程，研究在一个铀纯化循环内将钚、镎同时除去的技术是十分有必要的

发明内容

本发明的目的是提供一种PUREX稀流程铀中去钚、镎的方法，实现一个铀纯化循环同时去除钚和镎，获得合格铀产品的目标。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种PUREX稀流程铀中去钚、镎的方法，包括以下步骤：

(1)料液预处理：接收来自共去污分离循环的含铀水溶液1CU，依次经调酸、加热、调价和调酸处理后得到2DF溶液；

(2)萃取洗涤：用洗涤剂2DS和萃取剂2DX对2DF溶液进行萃取洗涤，得到有机相2DU’和水相2DW；

(3)还原反萃：用还原反萃剂2DNS对有机相2DU’进行还原反萃，得到有机相2DU和水相2DNW；

(4)反萃：用反萃剂2EX对有机相2DU进行反萃，得到产品液2EU和水相2EW。

优选地，步骤(1)所述的料液预处理过程具体为：接收来自共去污分离循环的含铀水溶液1CU，用65％硝酸溶液调节溶液酸度至0.5～1mol/L，加热溶液温度至90～95℃，保温2～4h，溶液冷却至25～30℃后，加入羟胺溶液至浓度为0.1～0.15mol/L，最后加入65％硝酸溶液至溶液酸度为2mol/L。

优选地，步骤(2)所述的洗涤剂2DS为含羟胺酸溶液，萃取剂2DX为TBP/OK。

进一步优选地，步骤(2)所述的洗涤剂2DS采用0.2～0.3mol/L羟胺和0.3～0.5mol/LHNO

优选地，步骤(2)所述的萃取洗涤过程，流比范围控制在2DF:2DX:2DS＝1:0.5～0.6:0.085～0.1，萃取级数为8～10级，洗涤级数为6～8级。

优选地，步骤(3)所述的还原反萃剂2DNS为0.3～0.5mol/L的羟胺和0.3mol/L的硝酸。

优选地，步骤(3)所述的还原反萃剂过程中，温度为45～50℃。

优选地，步骤(3)所述的还原反萃剂过程中，流比范围控制在2DU’:2DNS＝1:0.3～0.35，还原反萃级数为4～6级。

优选地，步骤(4)所述的反萃剂2EX为0.01～0.07mol/L的硝酸。

优选地，步骤(4)所述的反萃过程中，反萃温度为55～60℃，流比范围控制在2DU:2EX＝1:1.1～1.2，反萃级数为8～10级。

在本发明主要针对料液预处理、还原反萃等流程的工艺条件进行试验，分别探究了羟胺浓度、TBP浓度、调价和调酸顺序、萃取前酸度、调价温度和时长等不同工艺条件对铀中去除钚、镎效果的影响，通过对试验结果分析总结，得出最佳工艺技术路线如下：主要包含料液预处理、萃取洗涤、还原反萃、反萃等过程。在料液预处理阶段，通过控制料液温度、酸度实现对镎价态的调整：大部分为Np(V)，小部分为Np(VI)，待溶液冷却至室温后加入羟胺溶液，将Np(VI)调节至Np(V)，Pu(IV)调节至Pu(III)，然后调节酸度以满足后续萃取要求。在还原反萃阶段，通过加入羟胺溶液并加热，加强除钚效果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明提供了一种稀流程铀纯化工艺技术路线，实现一个铀纯化循环同时去除钚和镎，获得合格铀产品的目标；

2.相较于浓流程的铀纯化循环工艺，本发明工艺运行简单，省去了中间蒸发器及其维修运行成本，避免了1CU料液在蒸发浓缩过程中可能出现的有机相降解、界面污物增加以及高放射性物质沉积的风险；

3.相较于两个循环的铀纯化工艺技术路线，本发明实现了一个铀纯化循环同时对钚和镎的净化，由于减少了一个铀纯化循环，因此该循环所用的萃取设备、料液转运设备、仪控设备等的设备成本、运行成本、维护成本都将省去，还减小了因设备故障而导致生产线临时停车的风险；

4.本发明由于减少了一个萃取、反萃循环，因此萃残液的体积减小了约50％，大大减小了中放蒸发器的压力。

附图说明

图1为本发明方法的工艺技术路线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种PUREX稀流程铀中去钚、镎的方法，工艺技术路线如图1所示，具体步骤如下：

(1)料液预处理

接收来自共去污分离循环的含铀水溶液1CU，对1CU料液进行预处理得到2DF溶液，使得2DF溶液中大部分Np以Np(V)状态存在，大部分Pu以Pu(III)状态存在，然后进入萃取流程。本流程具体操作及工艺参数控制如下：调节溶液酸度至0.5～1mol/L，加热溶液温度至90～95℃，保温2～4h，因加热而挥发的溶液蒸汽在调料装置上方的冷凝回流装置处冷凝并回流至调料槽，本步骤目的是通过控制酸度和温度将溶液中Np(IV)调节至大部分Np(V)和小部分Np(VI)。溶液冷却至25～30℃后，加入羟胺溶液至浓度为0.1～0.15mol/L，本步骤目的是将小部分Np(VI)还原至Np(V)，将Pu(IV)还原至Pu(III)。最后加入65％硝酸溶液至溶液酸度为2mol/L，以保证在后续萃取过程中，U(VI)有一个较高的分配系数。

(2)萃取洗涤

对2DF溶液进行萃取洗涤，使得铀从水相进入有机相，萃取时通过控制溶液酸度和流比来控制萃取后有机相中铀的饱和度，使其维持在70％左右的水平，这样既可以保证铀的一个收率，又可以保证铀对其他核素的净化效果。洗涤剂(2DS)采用含羟胺酸溶液，通过将萃取进入有机相中的Np(VI)和Pu(IV)还原返回水相，提高铀中除钚、镎的效果。本流程具体操作及工艺参数控制如下：萃取剂采用30％TBP/OK，洗涤剂采用0.2～0.3mol/L羟胺和0.3～0.5mol/LHNO

(3)还原反萃

在萃取流程中由于有机相中钚的含量较低，且溶液处于常温状态，还原反萃速率较低，因此增加还原反萃流程，强化对有机相2DU’中钚的净化。本流程具体操作及工艺参数控制如下：还原反萃温度控制在45～50℃，还原反萃剂2DNS为0.3～0.5mol/L的羟胺和0.3mol/L的硝酸，流比范围控制在2DU’:2DNS＝1:0.3～0.35，还原反萃级数为4～6级。

(4)反萃

通过控制反萃剂酸度将有机相中的铀反萃进入水相，以便后续的蒸发浓缩和脱硝。本流程具体操作及工艺参数控制如下：反萃温度控制在55～60℃，反萃剂2EX为0.01～0.07mol/L的硝酸，流比范围控制在2DU/2EX＝1:1.1～1.2，反萃级数为8～10级。

实施例2

在最佳工艺条件下，开展完整铀纯化流程的单级试验，具体工艺条件参数如表1所示。根据试验结果显示，最终产品液2EU中每克铀的α活度为23.5Bq/gU，其中由镎贡献14Bq/gU，钚贡献9.5Bq/gU，满足铀产品中α活度浓度≤250Bq/gU的指标要求。

表1试验条件参数

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。