[發明專利]離子液體中溶解UO2、PuO2或乏燃料的方法

無效

• 申請號: 200810089970.8
• 申請日: 2008-04-14
• 公開（公告）號: CN101252027A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 何輝;張秋月;黃小紅
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G21F9/28
• 分類號: G21F9/28;G21C19/42
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于乏燃料后處理技術領域，具體涉及一種將UO₂、PuO₂或者乏燃料溶解在離子液體之中以備回收的方法。

背景技術

乏燃料后處理是實現核燃料閉合循環的關鍵環節。由于燃耗深、冷卻期短、钚含量高的乏燃料(尤其是快堆乏燃料)的處理技術具有潛在應用前景，干法后處理技術成為了研究的熱點。各主要核能國家均投入大量人力物力開展干法后處理技術的研究，并將主要精力集中在熔鹽體系電解的干法后處理流程開發上。

熔鹽電解后處理技術是使用熔融鹽作為介質溶解乏燃料。由于這些熔融鹽一般是在高溫下變成液體的鹽，這樣熔鹽電解后處理技術存在一些技術上的缺陷：由于操作溫度高，對過程設備腐蝕問題嚴重，因而對設備提出了非?？量痰囊?；同時，由于高溫條件下放射性核素的蒸汽壓增加，操作過程中防護要求嚴格，流程需要在惰性氣氛保護下的密閉設備中才能完成。

近些年來，人們研究發現了一些在室溫條件下熔融的鹽或者鹽的混合物，被稱為“離子液體”。離子液體的主要特征是室溫下蒸汽壓為零、溶劑化能力高、液相區大(例如高達300℃)、導電能力高和電化學窗口寬，使得它能夠作為獨特溶劑開展電化學研究。例如，在離子液體體系中，能夠電解制備許多不能在水溶液中存在、化學性質活潑的金屬。

離子液體在室溫下就是熔融鹽，如果用離子液體來替代在高溫化學流程中的堿金屬氯化物作為介質，通過電解精煉的方法來回收鈾、钚以及其它有價值元素，那么熔融鹽電解后處理流程在室溫條件下也能進行，這將對高溫熔鹽電解流程做出重大改進。

在現有技術中，李汝雄在《綠色溶劑一離子液體的合成與應用(2004)》一書中對離子液體的合成方法、性質以及在催化、有機合成和電化學等方面的應用情況進行了一般性描述。L.Heerman等在J.Electroanal.Chem，193，289(1985)中介紹了將UO₃溶解在氯化N-丁基吡啶鎓和三氯化鋁離子液體中的方法。Y.Ikeda等在2005?Fall?Meeting?of?the?Atomic?Energy?Society?of?Japan(2005)一文中，介紹了在氯化1-甲基-3-丁基-咪唑鎓和十氟丁基硫酸中通入氯氣溶解二氧化鈾的方法。專利CN97196972，8中介紹了將離子液體通過加入硝酸、硫酸或者[NO][BF₄]溶解UO₂的方法，并對電解沉積回收U進行了一般性描述。但該方法中引入了[BF₄^-]，給溶解體系引入了不希望存在的雜質，同時[NO][BF₄]溶解試劑的市場價格較高，不利于工業規模使用。

發明內容

本發明針對現有技術所存在的問題，提供一種經濟實用、不引入雜質的離子液體中溶解UO₂、PuO₂或乏燃料的方法。

一種離子液體中溶解UO₂、PuO₂或乏燃料的方法，是將UO₂、PuO₂或乏燃料溶解于含有強氧化劑的離子液體中，關鍵在于所述的強氧化劑是氣態或液態的N₂O₄或NO₂，或者是可反應生成N₂O₄或NO₂的物質。

本技術方案對所用的離子液體沒有任何限制，不僅包括吡啶鎓、咪唑鎓和其它可以組成離子液體的陽離子，以及Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-、PF₆^-、BF₄^-、N(CF₃SO₂)₂^-等其它陰離子構成已知的離子液體，而且包括未合成出來的其它類型的離子液體。

本技術方案所涉及的處理對象不僅包括金屬單質，而且包括其化合物，如金屬氧化物。金屬包括鈾(一般為UO₂、U₃O₈)、钚(一般為PuO₂)和釷(一般為ThO₂)以及常見的裂變產物元素；也包括用氧化性離子液體溶解燃料棒包殼的其它金屬，如鋯合金包殼材料和不銹鋼包殼材料。