[go: up one dir, main page]

RU2574036C1 - Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс - Google Patents

Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс Download PDF

Info

Publication number
RU2574036C1
RU2574036C1 RU2014133253/07A RU2014133253A RU2574036C1 RU 2574036 C1 RU2574036 C1 RU 2574036C1 RU 2014133253/07 A RU2014133253/07 A RU 2014133253/07A RU 2014133253 A RU2014133253 A RU 2014133253A RU 2574036 C1 RU2574036 C1 RU 2574036C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
neptunium
extract
extraction
solution
reextract
Prior art date
Application number
RU2014133253/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Яковлевич Зильберман
Николай Дмитриевич Голецкий
Юрий Степанович Федоров
Александр Станиславович Кудинов
Егор Артурович Пузиков
Дмитрий Николаевич Кухарев
Андрей Александрович Наумов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" filed Critical Открытое акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина"
Priority to RU2014133253/07A priority Critical patent/RU2574036C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2574036C1 publication Critical patent/RU2574036C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу переработки отработавшего ядерного топлива атомных электростанций (АЭС) и имеет целью отделение (фракционирование) и локализацию долгоживущих радионуклидов для их последующего захоронения в виде устойчивых матриц. Заявленный способ включает экстракцию урана(+6), плутония(+4), нептуния(+6) и технеция(+7) из азотнокислого раствора разбавленным трибутилфосфатом и циркония в присутствии хрома(+6) с насыщением экстракта актинидами более 85%, а также селективную восстановительную реэкстракцию нептуния(+5) из экстракта с помощью раствора пероксосоединений при содержании азотной кислоты в реэкстракте 0,7-2,5 моль/л с промывкой реэкстракта оборотным экстрагентом. При этом вводимый на реэкстракцию экстракт актинидов разбавляют в протоке оборотным экстрагентом до содержания в нем актинидов 65-82% в экстракте после реэкстракции нептуния и циркония. Техническим результатом является возможность эффективного (более чем на 97%) проведения реэкстракции нептуния совместно с цирконием во втором блоке экстракционной схемы, без промывки экстракта в головном экстракторе при потерях плутония и урана с реэкстрактом нептуния не более 0,1%. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к области переработки отработавшего ядерного топлива атомных электростанций (ОЯТ АЭС) и имеет целью отделение (фракционирование) и локализацию долгоживущих радионуклидов для их последующего захоронения в виде устойчивых матриц. К числу таких актинидов относится нептуний, обычно экстрагируемый разбавленным трибутилфосфатом (ТБФ) в рамках первого цикла модифицированного Пурекс-процесса совместно с ураном и плутонием, а также технецием. Как правило, после этой операции следует кислотная промывка экстракта. Далее в различных схемах может быть реализована разная последовательность разделения компонентов. Так, на заводе UP-3 (Франция) проводят первоначально кислотную реэкстракцию технеция, а затем разделение урана и плутония восстановительным методом с использованием U(+4), при этом выбирают условия, когда нептуний выводится с экстрактом урана и далее с реэкстрактом последнего на второй урановый цикл, где нептуний выводят в рафинат [Bernard C., Miquel P., Viala М. «Advanced Purex process for the new reprocessing plants in France and Japan». Proc. 3d Int. Conf. RECOD′91, Sendai (Japan), AESJ&JAIF, 1991, v. 1, p. 83-86].
В другой разновидности этого способа [Зильберман Б.Я., Федоров Ю.С., Голецкий Н.Д. и др. Особенности технологии обращения с высоковыгоревшим ОЯТ ВВЭР-1000 и рециклирование ядерных материалов // Материалы конференции “Новые подходы в химической технологии минерального сырья. Применение экстракции и сорбции”. (Санкт Петербург), т. 2. КНЦ, Апатиты, 2013. С. 20-22] совместно с упомянутыми выше элементами экстрагируют также цирконий с использованием его соэкстракции с Cr(+6) [Патент RU №2454741, опубликован 27.06.2012, бюл. №18] без кислотной промывки экстракта, после чего реэкстрагируют совместно Zr и Tc кислотным раствором с повышенным расходом. Далее селективно реэкстрагируют плутоний аналогично способу [Bernard C, Miquel P., Viala М. «Advanced Purex process for the new reprocessing plants in France and Japan». Proc. 3d Int. Conf. RECOD′91, Sendai (Japan), AESJ&JAIF, 1991, v. 1, p. 83-86], после чего селективно реэкстрагируют нептуний с использованием ацетогидроксамовой кислоты (АГК) и, наконец, реэкстрагируют уран. Таким образом, схема становится одноцикличной, однако ее недостатком является большой объем реэкстракта Zr и Tc, что приводит в итоге к необходимости цементирования повышенного объема тритийсодержщего дистиллата.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ [Патент RU №2454740, опубликован 27.06.2012, бюл. №18], предусматривающий селективную реэкстракцию нептуния(+5) в рамках первого цикла модифицированного Пурекс-процесса, которую можно проводить как до, так и после реэкстракции технеция. Этот способ может рассматриваться как прототип. В проведении реэкстракции Np после выведения Zr и Tc не оказалось никаких проблем внутри самого цикла. Он был успешно проверен на стенде на реальном продукте [Zilberman B.Ya., Fedorov Yu. S., Mishin E.N et al. Superpurex as an optimized TBP-compatible process for long-lived radionuclide partitioning. Proc. Intern. Conf. Global′ 2003 (USA). 2003, p. 503-507]. Недостатком данного способа является повышенный объем тритийсодержащего рафината. Другим недостатком этого способа оказалась необходимость введения в схему дополнительного «барьерного» блока для обеспечения глубокой очистки реэкстракта урана от микроконцентраций плутония, роль которого в способе [Зильберман Б.Я., Федоров Ю.С., Голецкий Н.Д. и др. особенности технологии обращения с высоковыгоревшим Оят ВВЭР-1000 и рециклирование ядерных материалов // Материалы конференции “новые подходы в химической технологии минерального сырья, применение экстракции и сорбции”. (Санкт Петербург), т. 2. КНЦ, Апатиты, 2013. С. 20-22] играет блок реэкстракции нептуния.
В случае совместной экстракции U, Pu, Np, Zr и Tc в присутствии Cr(+6) в первом экстракционном блоке с отсутствующей промывкой экстракта самым компактным вариантом оказывается реэкстракция Np(+5) пероксосоединениями на втором блоке совместно с цирконием. Однако, как показали стендовые испытания, прямое совмещение операций не обеспечивает требуемого результата из-за высокой концентрации азотной кислоты в реэкстракте, обусловленной ее поступлением с экстрактом первого блока.
Задачей данного изобретения является разработка способа, позволяющего эффективно (более чем на 97%) проводить реэкстракцию нептуния совместно с цирконием во втором блоке экстракционной схемы, с отсутствующей промывкой экстракта в головном экстракторе при потерях плутония и урана с реэкстрактом нептуния не более 0,1%.
Для достижения указанного технического эффекта экстракцию урана(+6), плутония(+4), нептуния(+6), технеция(+7) и циркония проводят в присутствии хрома(+6) с насыщением экстракта актинидами более 85%, после чего проводят селективную восстановительную реэкстракцию нептуния(+5) раствором пероксосоединения при содержании азотной кислоты в реэкстракте 0,7-2,5 моль/л с промывкой реэкстракта оборотным экстрагентом, причем вводимый на реэкстракцию нептуния экстракт актинидов разбавляют в протоке оборотным экстрагентом до содержания в нем актинидов 65-82% на выходе из блока реэкстракции нептуния и циркония, а далее проводят раздельную или совместную реэкстракцию плутония и технеция и реэкстракцию урана.
Реэкстракцию нептуния проводят раствором перекиси водорода в присутствии ванадия как катализатора (образуется пероксованадиевая кислота), причем необходимое количество перекиси водорода вводят в две или три точки зоны реэкстракции, а содержание ванадия в реэкстракте нептуния составляет до 2 г/л при концентрации перекиси водорода 0,5-5 г/л (0,015-0,15 моль/л). Альтернативным катализатором может быть железо при его концентрации в реэкстракте до 1 г/л, а альтернативным реагентом для реэкстракции - эквимолярный раствор надуксусной кислоты (НУК).
Последующую реэкстракцию плутония и технеция проводят любым известным способом, например, реэкстракцию плутония проводят раствором ацетогидроксамовой кислоты (АГК), после чего проводят реэкстракцию технеция раствором АГК с гидразином в присутствии урана(+4).
Предлагаемое техническое решение поясняется фигурой, на которой представлена принципиальная технологическая схема переработки ОЯТ АЭС. На схеме представлены блоки экстракторов, а также потоки входящих и выходящих продуктов. Эффективность способа подтверждается примером.
Пример 1.
Способ осуществляется на стенде центробежных экстракторов в следующей последовательности. На экстракционную переработку поступает модельный раствор ОЯТ ВВЭР-1000 с выгоранием 50 ГВТ*сут/т U и выдержкой 5 лет. Экстракция U, Pu, Np и Tc проводится с помощью 30%-ного ТБФ в изопарафиновом разбавителе Изопар-М. Принципиальная аппаратурно-технологическая схема процесса приведена на фигуре, а составы технологических продуктов в таблице.
Исходный раствор (прод. 11) дозируется в 1-й блок экстракции U, Pu, Np, Тс и Zr, где контактирует в противотоке с оборотным экстрагентом (прод. 12). Также в блок дозируется слабокислый раствор перекиси водорода (прод. 15) для предотвращения осадкообразования соединений молибдена, а также раствор Cr(+6) (прод. 17) для повышения извлечения Zr и Np. Рафинат (прод. 13) выводится из экстрактора и собирается в аппарате-сборнике.
Выходящий из 1-го блока экстракт, содержащий U, Pu, Np, Тс и Zr (прод. 14) поступает в среднюю часть 2-го блока для реэкстракции Zr, Np и трития, где промывается раствором перекиси водорода (прод. 27) и слабокислым раствором пероксованадата аммония (прод. 25). Все вводимые в блок водные продукты содержат пероксосоединения. Совместно с экстрактом U, Np, Pu, Тс и Zr в блок вводится дополнительный поток оборотного экстрагента (прод. 26) для разбавления экстракта, а также подкисленный раствор перекиси водорода (прод. 20) для восстановления проэкстрагированного Cr(+6). Реэкстракт Zr, Np и трития (прод. 29) отмывается от U, Pu и Np промывным экстрагентом (прод.22), дозируемым в начало блока. Выходящий реэкстракт Zr, Np и трития (прод. 29) собирается в аппарате-сборнике.
Выходящий из 2-го блока экстракт U, Pu, Тс (прод. 24) поступает в среднюю часть блока реэкстракции Pu, где происходит реэкстракция Pu азотнокислым раствором АГК (прод. 35), дозируемым в конец блока. Реэкстракт Pu отмывается от U и Tc промывным экстрагентом (прод. 32), дозируемым в начало блока. Выходящий реэкстракт Pu (прод. 39) собирается в аппарате-сборнике.
Выходящий из 3-го блока экстракт U и Tc (прод. 34) поступает в среднюю часть 4-го блока для барьерной восстановительной промывки экстракта U, где происходит реэкстракция Tc, для чего в блок поступают подкисляющий раствор (прод. 40) в среднюю часть блока, реэкстрагент (прод. 47) - в конец второй трети блока, промывной раствор (прод. 45) - в конец блока. Все вводимые реагенты содержат U(+4), АГК и гидразин. Реэкстракт Tc (прод. 49) отмывается от U(+4, +6) промывным экстрагентом (прод. 42), дозируемым в начало блока. Выходящий хвостовой раствор (прод. 49) собирается в аппарате-сборнике.
Промытый экстракт U (прод. 44) поступает в начало 5-го блока на реэкстракцию U, где уран извлекается с помощью подкисленной воды (прод. 75). Реэкстракт урана (прод. 79) собирается в аппарате-сборнике. Отработанный экстрагент (прод. 76) самотеком отправляется в 6-й блок для карбонатной регенерации экстрагента.
В 6-м блоке происходит отмывка экстрагента от продуктов деградации последнего, а так же от радиоактивных примесей, для чего в блок дозируют карбонатный промывной раствор (прод. 85). Карбонатный хвостовой раствор (прод. 83) выводится в аппарат-сборник. Регенерированный экстрагент (прод. 86) выводится в аппарат-сборник, из которого возвращается в цикл в качестве прод. 12, прод. 22, прод. 26, прод. 32 и прод. 42.
Пример 2.
Процесс осуществляют аналогично Примеру 1, с тем отличием, что в составе продукта 25 вместо пероксованадата аммония используют перекись водорода в присутствии нитрата железа(+3) в качестве катализатора. Результат процесса полностью аналогичен примеру 1.
Техническая осуществимость способа подтверждается примерами, в которых представлены результаты испытаний процесса в целом на растворах полного состава, проведенных на стенде центробежных экстракторов. В результате непосредственно в ходе переработки растворов ОЯТ АЭС с высоким выгоранием могут быть получены реэкстракт урана и реэкстракт плутония с коэффициентом очистки от нептуния более 50 при потерях урана и плутония с реэкстрактом нептуния и циркония менее 0,1%, а нептуний выведен в реэкстракт Np и Zr на 98%, а цирконий выведен в реэкстракт Np и Zr практически полностью.
Figure 00000001

Claims (4)

1. Способ экстракционной переработки отработавшего ядерного топлива АЭС, включающий совместную экстракцию урана(+6), плутония(+4), нептуния(+6) и технеция(+7) из азотнокислого раствора разбавленным трибутилфосфатом, а также селективную восстановительную реэкстракцию нептуния из экстракта с помощью раствора пероксосоединений, в том числе в присутствии катализатора, отличающийся тем, что экстракцию урана(+6), плутония(+4), нептуния(+6), технеция(+7) и циркония проводят в присутствии хрома (+6) с насыщением экстракта актинидами более 85%, после чего проводят реэкстракцию нептуния(+5) при содержании азотной кислоты в реэкстракте 0,7-2,5 моль/л с промывкой реэкстракта оборотным экстрагентом, причем вводимый на реэкстракцию экстракт актинидов разбавляют в протоке оборотным экстрагентом до содержания в нем актинидов 65-82% после реэкстракции нептуния и циркония.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реэкстракцию нептуния проводят раствором перекиси водорода в присутствии ванадия как катализатора, причем раствор перекиси водорода вводят в две или три точки зоны реэкстракции при ее суммарной концентрации в реэкстракте 0,015-0,15 моль/л при содержании ванадия в реэкстракте до 2 г/л.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реэкстракцию нептуния проводят раствором перекиси водорода в присутствии железа как катализатора, причем раствор перекиси водорода вводят в две или три точки зоны реэкстракции при ее суммарной концентрации в реэкстракте 0,015-0,15 моль/л при содержании железа в реэкстракте до 1 г/л.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реэкстракцию нептуния проводят раствором надуксусной кислоты с ее содержанием в реэкстракте 0,015-0,15 моль/л.
RU2014133253/07A 2014-08-12 2014-08-12 Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс RU2574036C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014133253/07A RU2574036C1 (ru) 2014-08-12 2014-08-12 Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014133253/07A RU2574036C1 (ru) 2014-08-12 2014-08-12 Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2574036C1 true RU2574036C1 (ru) 2016-01-27

Family

ID=55237057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014133253/07A RU2574036C1 (ru) 2014-08-12 2014-08-12 Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2574036C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107130121A (zh) * 2017-05-09 2017-09-05 中国原子能科学研究院 一种核燃料Purex后处理流程中同时去除镎、钚的铀纯化方法
CN111485125A (zh) * 2020-03-25 2020-08-04 中国原子能科学研究院 一种从乏燃料后处理废液中回收锝的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004076375A2 (en) * 2003-02-26 2004-09-10 Ch2M Hill, Inc. Method of waste stabilization with dewatered chemically bonded phosphate ceramics
RU2451350C2 (ru) * 2009-07-17 2012-05-20 Солетанш Фрейсине Способ иммобилизации ядерных отходов
RU2454740C1 (ru) * 2010-12-23 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004076375A2 (en) * 2003-02-26 2004-09-10 Ch2M Hill, Inc. Method of waste stabilization with dewatered chemically bonded phosphate ceramics
RU2451350C2 (ru) * 2009-07-17 2012-05-20 Солетанш Фрейсине Способ иммобилизации ядерных отходов
RU2454740C1 (ru) * 2010-12-23 2012-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107130121A (zh) * 2017-05-09 2017-09-05 中国原子能科学研究院 一种核燃料Purex后处理流程中同时去除镎、钚的铀纯化方法
CN111485125A (zh) * 2020-03-25 2020-08-04 中国原子能科学研究院 一种从乏燃料后处理废液中回收锝的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107851470B (zh) 处理由溶解废核燃料产生的硝酸水溶液的方法
Christiansen et al. Advanced aqueous reprocessing in P&T strategies: process demonstrations on genuine fuels and targets
RU2558332C2 (ru) Способ переработки отработанного ядерного топлива, не требующий восстановительной реэкстракции плутония
RU2663882C1 (ru) Способ переработки отработанного ядерного топлива, включающий стадию очистки урана (vi) от по меньшей мере одного актинида (iv) путем получения комплекса данного актинида (iv)
RU2007129023A (ru) Усовершенствование способа purex и его применение
JP6559887B2 (ja) 液体放射性廃棄物からアメリシウムを分離して希土類元素から分離する方法
CN102473467A (zh) 用于处理废弃核燃料的改进方法
Chen et al. Nuclear fuel cycle-oriented actinides separation in China.
Malmbeck et al. EURO-GANEX, a Process for the Co-separation of TRU
RU2574036C1 (ru) Способ экстракционной переработки отработанного ядерного топлива аэс
CN85105352B (zh) 从放射性废液中分离锕系元素的方法
Vanel et al. Modeling and flowsheet design of an Am separation process using TODGA and H4TPAEN
Liljenzin et al. Reducing the long-term hazard of reactor waste through actinide removal and destruction in nuclear reactors
RU2454742C1 (ru) Способ переработки оят аэс
Zhaowu et al. Uranium/plutonium and uranium/neptunium separation by the Purex process using hydroxyurea
RU2454741C1 (ru) Способ переработки облученного ядерного топлива атомных электростанций
RU2454740C1 (ru) Способ выведения нептуния при фракционировании долгоживущих радионуклидов
RU2709826C1 (ru) Способ переработки высокоактивных отходов с фракционированием радионуклидов
JP3310765B2 (ja) 再処理施設の高レベル廃液処理方法
RU2706212C1 (ru) Способ селективного извлечения радионуклидов из радиоактивных азотнокислых растворов
RU2623943C1 (ru) Экстракционная смесь для извлечения тпэ и рзэ из высокоактивного рафината переработки оят аэс и способ её применения (варианты)
RU2727140C1 (ru) Способ экстракционной переработки облученного ядерного топлива
RU2726519C1 (ru) Экстракционная смесь для извлечения ТПЭ и РЗЭ из высокоактивного рафината переработки ОЯТ АЭС и способ ее применения
CN116246812A (zh) 一种中性络合剂洗脱后处理流程污溶剂中保留钚的方法
Tkachenko et al. Dynamic test of extraction process for americium partitioning from the PUREX raffinate