一种采用羟胺乙酸为反萃试剂的钚纯化循环工艺

摘要

本发明属于核燃料后处理领域。为解决现有采用无盐还原试剂的Purex流程钚纯化循环钚浓缩水平较低、安全性较差等问题，本发明提供了一种采用羟胺乙酸为反萃试剂的钚纯化循环工艺。该工艺包括：2BX的羟胺乙酸浓度为0.5?0.8mol/L，2BF的硝酸钚浓度为8?15g/L；2BS的硝酸浓度为0?0.5mol/L；浓缩倍数为3?6倍；反萃级数≥9级，补萃级数3?5级。本发明的钚纯化循环工艺可实现反萃过程钚浓缩5倍以上，所得钚产品液的钚浓度最高可达70g/L，取得了较高的钚收率和良好的铀去除效果；工艺条件范围内运行稳定性良好；具有较好的经济性。

说明书

技术领域

本发明属于核燃料后处理领域，特别涉及一种采用羟胺乙酸为反萃试剂的钚纯化 循环工艺。

背景技术

Purex流程是目前后处理厂主要采用的流程，该流程包括共去污循环、铀纯化循环 和钚纯化循环。其中，钚纯化循环的目的是通过萃取和反萃工艺对由共去污循环得到的粗 钚产品进行纯化和浓缩，最终得到合格的钚产品，参见附图1。

为保证整个后处理流程的钚收率，通常要求钚纯化循环的钚收率必须达到 99.9％。由于钚纯化循环具有有机相钚浓度较大(10g/L以上)的特点，因此在钚的反萃浓缩 过程中，随着反萃浓缩倍数的提高，实现99.9％收率的难度呈几何级数增大，形成钚纯化循 环过程的难点。

在钚纯化循环中，无盐还原试剂的采用可以降低后处理过程的放射性废物体积， 简化Purex流程工艺，提高后处理的经济效益，因此无盐还原试剂的研发是Purex流程的主 要研究内容之一。目前，常用于钚纯化循环的无盐还原试剂主要有两组，分别为：1.羟胺-肼 体系，2.二甲基羟胺-肼体系。

羟胺(NH₂OH)具有相当强的还原性，所以在无盐还原试剂的研究中受到广泛的关 注。Barney研究了羟胺在HNO₃溶液中还原Pu(IV)的反应，从反应速率方程可以看出，反应受 酸度影响较大，随着酸度增大，反应速度显著减慢，因此羟胺在低酸、高温条件下对Pu(IV) 的还原效果较好。羟胺作为还原剂的主要优点是能够被完全分解为氮气、氧化二氮等相对 安全的气体，但是羟胺还原Pu(IV)的速率相对较慢，需要很长时间才能反应完全。与此同 时，以羟胺-肼作为钚还原反萃试剂实现钚收率达到99.9％的一般工艺条件为2BF:2BX:2BS ＝2:1:0.3，12级反萃，2级补萃，其中反萃浓缩倍数最大不能超过2.3，补萃级数不能超过3 级，否则钚收率不能达到99.9％，造成钚的浓缩水平较低，2BP钚浓度不高。

而对于二甲基羟胺，Koltunov等人研究了N,N-二甲基羟胺对Pu(IV)、Np(VI)的还 原行为，结果显示，其能够将Pu(IV)快速还原成Pu(III)。中国原子能科学研究院张先业等 以无盐还原试剂N,N-二甲基羟胺-单甲基肼为基础开发的先进二循环流+程已经完成关键 工艺段的热试验，其优点是可以获得比羟胺-肼体系更高的反萃倍数。然而，二甲基羟胺和 单甲基肼本身就不十分稳定，安全性较差；同时，反应后的反应产物会在硝酸钚溶液中发生 聚合，因此具有很大的危险性。以二甲基羟胺和单甲基肼作为钚还原反萃试剂实现钚收率 达到99.9％的一般工艺条件为2BF:2BX:2BS＝3.5:1:0.3，10级反萃，3级补萃，其中反萃浓 缩倍数最大不能超过4.0，补萃级数不能超过3级，否则钚收率不能达到99.9％。

发明内容

为解决现有采用无盐还原试剂的Purex流程钚纯化循环钚浓缩水平较低、安全性 较差等问题，兼顾钚浓缩效果和工艺安全性，本发明提供了一种采用羟胺乙酸为反萃试剂 的钚纯化循环工艺。该工艺包括：

(一)2BX的羟胺乙酸浓度为0.5-0.8mol/L，硝酸浓度为0.3-0.7mol/L；

(二)2BF的硝酸钚浓度为8-15g/L；

(三)2BS的硝酸浓度为0-0.5mol/L；

(四)浓缩倍数为3-6倍；

(五)反萃级数≥9级，补萃级数3-5级。

所述2BX的羟胺乙酸浓度优选为0.7mol/L。

所述浓缩倍数优选为5倍。

本工艺采用羟胺乙酸作为无盐还原试剂，实现了钚产品的纯化浓缩。本工艺的重 点在于工艺条件的选择，由于涉及的工艺参数较多，并且现有文献中也没有给出有关工艺 条件的选择方向，在此情况下，考虑到钚纯化循环工艺操作的高放射性和高毒性，因此本发 明的钚纯化循环工艺在工艺条件的选择上克服了大量的困难，最终才确定了适宜的工艺条 件范围。

本发明的钚纯化循环工艺可实现反萃过程钚浓缩5倍以上，所得钚产品液的钚浓 度最高可达70g/L，取得了较高的钚收率和良好的铀去除效果；工艺条件范围内运行稳定性 良好；反萃过程中无须同时添加支持还原剂，减少了试剂的使用量，提高了经济性，对后续 钚沉淀工艺无影响。

附图说明

图1Purex流程钚纯化循环工艺简图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1

将本发明的钚纯化循环工艺应用于Purex流程的钚产品纯化浓缩，采用如下工艺 条件：

(一)2BX的羟胺乙酸浓度为0.6mol/L，硝酸浓度为0.6mol/L；

(二)2BF的硝酸钚浓度为12g/L；

(三)2BS的硝酸浓度为0.3mol/L；

(四)浓缩倍数为5.5倍；

(五)反萃级数12级，补萃级数4级。

所得钚产品液的钚浓度为71.4g/L，有机相中残留钚浓度约为0.4mg/L，钚收率大 于99.99％。

实施例2

将本发明的钚纯化循环工艺应用于Purex流程的钚产品纯化浓缩，采用如下工艺 条件：

(一)2BX的羟胺乙酸浓度为0.8mol/L，硝酸浓度为0.4mol/L；

(二)2BF的硝酸钚浓度为9g/L；

(三)2BS的硝酸浓度为0.1mol/L；

(四)浓缩倍数为6倍；

(五)反萃级数10级，补萃级数5级。

所得钚产品液的钚浓度为60.8g/L，有机相中残留钚浓度约为0.3mg/L，钚收率大 于99.99％。