[發明專利]一種以二肟亞酰胺為還原反萃劑的钚純化濃縮方法

有效

• 申請號: 201610118401.6
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105734310B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 鮮亮;田國新;曹智
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: C22B60/02
• 分類號: C22B60/02;C22B60/04;C22B3/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于核燃料后處理專業，具體涉及一種以二肟亞酰胺為還原反萃劑的钚純化濃縮方法。

背景技術

現行的核燃料后處理流程是以TBP為主要萃取劑的PUREX流程，其核心是用30％TBP/煤油溶液為有機相從乏燃料的硝酸溶解液中選擇性地萃取六價鈾(U(VI))和四價钚(Pu(IV))，然后再用還原反萃劑將有機相中的Pu(IV)還原到Pu(III)，將其從有機相中反萃到水相而實現與鈾的分離。通常采用溶劑萃取法進行钚分離純化濃縮時钚濃度較高，钚釋放大量α射線容易被溶劑和萃取劑吸收，因此對萃取劑產生較為嚴重的輻照損傷，產生的輻解產物對钚的純化及钚的反萃效果將產生不利影響，這也是多次長時間的兩相混合-分相的溶劑萃取分離過程的一個難題。由于混合澄清槽是利用重力作用自然將兩相分離，分相時間較長，使得混合澄清槽單級停留時間通常在1分鐘以上，輻解損傷嚴重。而離心萃取器可在短時間內利用離心完成兩相混合-分相，使離心萃取器單級停留時間達秒級，因此在進行钚的分離純化濃縮過程時，可以用離心萃取器代替傳統的混合澄清槽為萃取設備，可以大大縮短停留時間降低溶劑輻解程度，解決由此產生的三相及钚在有機相中的滯留問題。

目前后處理廠通常使用Fe(II)或U(IV)作為水相還原反萃劑還原Pu(IV)到Pu(III)。然而，使用Fe(II)或U(IV)作為還原反萃劑有明顯的缺點，Fe(II)會增加廢物的量，U(IV)增加流程中鈾的總負載而降低流程的處理量。此外，像Fe(II)或U(IV)這種強還原反萃劑會將部分Np(V)和Np(VI)還原成Np(IV)，不利于U中Np的凈化。過去二十年間，后處理科技工作者在開發新的無鹽有機試劑用于PUREX流程钚分離方面做了很多工作。研究的水相還原反萃劑有羥胺及其衍生物、乙異羥肟酸、乙醛肟、羥基脲、雙羥基脲用于還原Pu(IV)。但是這些有機還原反萃劑在還原反萃過程中有機相和水相體積比多為1:1，造成處理的放射性廢液負擔較重。

發明內容

(一)發明目的

根據現有技術所存在的問題，本發明提供了一種單級兩相接觸時間短、放射性廢液產生量小且溶劑輻解損傷小的钚純化濃縮方法。

(二)技術方案

為了解決現有技術所存在的問題，本發明提供的技術方案如下：

一種以二肟亞酰胺為還原反萃劑的钚純化濃縮方法，該方法包括以下步驟：

(1)萃取

將硝酸溶液中的Pu(Ⅳ)和U(VI)萃取進入有機相30％TBP-煤油溶液中，使鈾钚與其他組分分離；

(2)反萃

以二肟亞酰胺作為還原反萃劑，將含有二肟亞酰胺的硝酸溶液作為水相將有機相中的Pu(Ⅳ)快速還原至Pu(Ⅲ)并進入水相，從而得到钚的純化濃縮，其中有機相與水相的體積比為10:1～1:1。

步驟(2)中二肟亞酰胺為戊二肟亞酰胺、3-氧雜-戊二肟亞酰胺或3-氮雜-戊二肟亞酰胺、丁二肟亞酰胺。

優選地，步驟(2)中二肟亞酰胺為戊二肟亞酰胺。

優選地，步驟(2)中水相中還原反萃劑的濃度為0.1-0.4mol/L，硝酸濃度為0.1-1mol/L。

優選地，步驟(2)中有機相與水相體積比為10:1。

優選地，步驟(1)和步驟(2)中萃取和反萃均是在離心萃取器中進行的，單級兩相接觸時間為5～10s。

優選地，步驟(1)和步驟(2)中萃取和反萃均是在離心萃取器中進行的，單級兩相接觸時間為10s。

(三)有益效果

本發明提供的钚純化濃縮方法，以二肟亞酰胺作為還原反萃劑，該還原反萃劑的還原反萃速率非常快，钚反萃收率在數秒內即可滿足要求，并且多次試驗驗證钚反萃收率在10～120s時增加不到1％，因此兩相接觸時間短，溶劑輻解損傷小。以戊二肟亞酰胺為例，其分子式為：

其還原反萃的機理是戊二肟亞酰胺是作為三齒配位同Pu(IV)生成親水絡合物Pu(IV)(HA)₃⁺，該絡合物分子式如下：

同時，為了與該還原反萃劑相適應，本申請使用了分相時間短的離心萃取器，并且本申請控制單級兩相接觸時間為5～10s，最大限度地降低輻解效應。

另外，需要解釋的是在其他條件不變的情況下，使用常用的還原劑如甲醛肟、羥胺等，有機相與水相體積比一般為1：1～2:1才能滿足钚收率要求，但是使用二肟亞酰胺尤其是戊二肟亞酰胺，有機相與水相比在10：1的情況下也能滿足后處理流程對钚收率的要求。