[發明專利]一種從放射性乏燃料中回收钚的方法

有效

• 申請號: 201710119081.0
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106893878B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 左臣;鄭衛芳;晏太紅
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: C22B60/04
• 分類號: C22B60/04;C22B3/38;C22B7/00
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本發明屬于核材料處理技術領域，涉及一種從放射性乏燃料中回收钚的方法。所述的方法依次包括如下步驟，萃?。簩⑺龅姆派湫苑θ剂系乃芤褐械乃膬r钚用含磷酸三丁酯的有機溶劑進行萃?。贿€原劑還原钚：在有機相中加入含二甲基羥胺的有機溶劑以將四價钚還原為三價钚；反萃?。涸谟袡C相中加入稀酸水溶液以將钚反萃至水相進行回收。利用本發明的從放射性乏燃料中回收钚的方法，可較HAN反萃取明顯提高從放射性乏燃料中回收钚的效率，同時可避免U(IV)還原萃取帶來的問題。

技術領域

本發明屬于核材料處理技術領域，涉及一種從放射性乏燃料中回收钚的方法。

背景技術

工業規模的放射性乏燃料后處理已有七十多年的歷史，有17個國家從事后處理，其中英、法、俄、印、日等國已先后建成并運行商用后處理廠，具有豐富的運行經驗。我國于上世紀70年代開始動力堆后處理技術研究，進入新世紀以來，隨著我國核電的進一步發展，我國后處理技術發展正逐步駛入快車道，完成了動力堆后處理中試廠調試，規劃了商用后處理廠項目。

在放射性乏燃料后處理流程方面，到目前為止，從復雜性、安全性、廢物管理等方面綜合考慮，Purex(Plutonium Uranium Reduction Extraction)流程依然是核燃料后處理最為成熟的流程技術。Purex流程以磷酸三丁酯(TBP)為萃取劑、烷烴(例如煤油，正十二烷)為稀釋劑，根據不同元素在有機溶劑與硝酸體系中萃取性能的差異，進行元素分離，以純化回收U、Pu等元素。

在Purex流程中，為達到钚(Pu)回收、純化、濃縮的目的，需使用反萃取劑將钚反萃取到水相，钚反萃取效果直接影響Pu回收率、鈾(U)產品質量等關鍵的流程工藝指標。由于Purex流程的強放射性場，有機溶劑受到輻照后生成與Pu(IV)配位很強的輻解產物，使Pu難以被完全反萃??；而由于被輻解產物配位而未被反萃取的Pu在后續溶劑回收的堿洗過程中將進入含鹽的中放廢液，并在其中發生聚合、積累和沉淀，其中的Pu難以回收，同時含Pu的中放廢液處置成本也會增加。

法國UP3廠在進行動力堆放射性乏燃料后處理時，以羥胺(HAN)為反萃取劑的Pu純化循環中存在有機相Pu不能被完全反萃取的現象；印度在進行快堆乏燃料后處理時，以硝酸共反萃取U、Pu的過程也存在有機相Pu不能被完全反萃取的現象。法國和印度的科研人員均認為反萃取過程中有機相Pu不能被完全反萃取是由TBP的輻解產物磷酸二丁酯(HDBP)造成的，其他的報導也認為，HDBP是造成Purex流程中Pu不能被完全反萃取的主要因素之一。日本東海村后處理廠對MOX-B燃料進行后處理時，測量了钚三循環中幾個特定工藝點中HDBP的含量，在3A的洗滌段有機相中HDBP為45mg/L，在3B的反萃取段有機相中HDBP為100mg/L。因此，盡管在Purex流程中實現Pu的完全反萃取十分重要，但是根據國外后處理廠運行經驗，有機溶劑輻解產物對钚反萃取帶來的負面影響是客觀存在的。

對于我國放射性乏燃料后處理技術的發展，HDBP對钚反萃取的影響同樣帶來很現實的問題：

1、以年處理量為1000噸輕水堆乏燃料的后處理廠為例，按現有Purex流程钚純化循環工藝計算，钚反萃取工藝中流出有機相钚濃度達到2-10g/L以上，一年處理的乏燃料中損失到流出有機相、最后進入堿洗中放廢液的钚量將達十幾千克以上；同時，堿洗中放廢液中钚量的增加也會使廢物處置成本增加。如能將流出有機相钚濃度降低至10^-4g/L量級，則這部分钚幾乎可以完全回收。

2、隨著核電經濟性的提高，核電站燃料燃耗加深，燃耗加深不僅會造成Purex流程中總放射性的增強，而且還將造成Pu生成量的增加，并且Pu元素中α比活度大的同位素所占的百分比也隨之增加；而α射線的放射性能量可以全部被溶劑吸收，多種因素共同加劇了溶劑的輻解，輻解產物對钚反萃取的影響將更加嚴重。

U(IV)和HAN是钚回收中最常用的還原劑，對于含HDBP的TBP有機相，相對于HAN反萃取難以達到高Pu回收效率，U(IV)作還原劑時對Pu具有較好的反萃取效果，但還存在如下缺點：