RU2727140C1 - Irradiated nuclear fuel extraction processing method - Google Patents
Irradiated nuclear fuel extraction processing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727140C1 RU2727140C1 RU2020103836A RU2020103836A RU2727140C1 RU 2727140 C1 RU2727140 C1 RU 2727140C1 RU 2020103836 A RU2020103836 A RU 2020103836A RU 2020103836 A RU2020103836 A RU 2020103836A RU 2727140 C1 RU2727140 C1 RU 2727140C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plutonium
- uranium
- extract
- extraction
- technetium
- Prior art date
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title abstract description 4
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title 1
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 78
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 21
- GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N technetium atom Chemical group [Tc] GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052713 technetium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052781 Neptunium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N neptunium atom Chemical compound [Np] LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N plutonium uranium Chemical compound [U].[Pu] WJWSFWHDKPKKES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J tetrasodium;2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(carboxylatomethyl)amino]acetate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- IYQHAABWBDVIEE-UHFFFAOYSA-N [Pu+4] Chemical compound [Pu+4] IYQHAABWBDVIEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 10
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 4
- QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N N,N-bis{2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl}glycine Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(=O)O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XEVRDFDBXJMZFG-UHFFFAOYSA-N carbonyl dihydrazine Chemical compound NNC(=O)NN XEVRDFDBXJMZFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 229960003330 pentetic acid Drugs 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- POVXOWVFLAAVBH-UHFFFAOYSA-N n-formamidoformamide Chemical compound O=CNNC=O POVXOWVFLAAVBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 241001323321 Pluto Species 0.000 claims 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000010857 liquid radioactive waste Substances 0.000 abstract description 5
- ZLYXMBXMECZBSN-UHFFFAOYSA-N [Pu+3] Chemical compound [Pu+3] ZLYXMBXMECZBSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- SGCZUVPCFJDHNC-UHFFFAOYSA-N [Tc].[Pu] Chemical compound [Tc].[Pu] SGCZUVPCFJDHNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229940076400 plutonium Drugs 0.000 description 55
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 5
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 3
- PSPBAKLTRUOTFX-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Pu+4].[U+6].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2] Chemical compound [O-2].[Pu+4].[U+6].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2] PSPBAKLTRUOTFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N tributyl phosphate Chemical compound CCCCOP(=O)(OCCCC)OCCCC STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NBSLIVIAZBZBFZ-UHFFFAOYSA-N [Np+4] Chemical compound [Np+4] NBSLIVIAZBZBFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N plutonium(iv) oxide Chemical class [O-2].[O-2].[Pu+4] FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/42—Reprocessing of irradiated fuel
- G21C19/44—Reprocessing of irradiated fuel of irradiated solid fuel
- G21C19/46—Aqueous processes, e.g. by using organic extraction means, including the regeneration of these means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ), конкретно - к экстракционной технологии переработки растворов, полученных при растворении ОЯТ и прошедших стадию осветления.The invention relates to a technology for processing irradiated nuclear fuel (SNF), specifically - to an extraction technology for processing solutions obtained by dissolving spent nuclear fuel and passed the clarification stage.
Общепринятой является экстракционная переработка таких растворов с использованием трибутилфосфата (ТБФ) в виде 30% по объему раствора в углеводородном разбавителе (УВР).Extraction processing of such solutions using tributyl phosphate (TBP) in the form of a 30% by volume solution in a hydrocarbon diluent (HCR) is generally accepted.
Переработка, как правило, реализуется в виде трех экстракционных циклов, каждый из которых имеет собственный контур оборотного экстрагента с узлом внутрицикловой регенерации. На первом цикле производится совместная экстракция и раздельная реэкстракция урана и плутония, далее уран и плутоний перерабатываются на собственных аффинажных циклах (см., например, А.А. Копырин, А.И. Карелин, В.А. Карелин. Технология производства и радиохимической переработки ядерного топлива. М., «Издательство Атомэнергоиздат», 2006 г)Processing, as a rule, is implemented in the form of three extraction cycles, each of which has its own circulating extractant circuit with an intracycle regeneration unit. In the first cycle, joint extraction and separate reextraction of uranium and plutonium is carried out, then uranium and plutonium are processed at their own refining cycles (see, for example, A.A. Kopyrin, A.I. Karelin, V.A.Karelin. Production technology and radiochemical reprocessing of nuclear fuel. M., "Publishing house Atomenergoizdat", 2006)
Недостатки такого способа:Disadvantages of this method:
- внутрицикловая регенерация экстрагента плутониевого аффинажного цикла является значимым источником солесодержащих ЖРО среднего уровня активности;- intracycle regeneration of the extractant of the plutonium refining cycle is a significant source of saline LRW of the average activity level;
- для исключения попадания плутония в карбонатно-щелочные регенераты требуется повышенный расход реэкстрагента, что приводит к разбавлению плутониевого реэкстракта.- to exclude the ingress of plutonium into the carbonate-alkaline regenerates, an increased consumption of the stripping agent is required, which leads to the dilution of the plutonium stripping.
Наиболее близким является способ переработки ОЯТ, известный как СОЕХ-процесс (П. Барон, Б. Динх, М. Массон, Ф. Дрэн, Ж.-Л. Эмен. Способ регенерации отработанного ядерного топлива и получения смешанного уран-плутониевого оксида. Патент РФ №2431896, МПК G21C 19/46, 2011 г). Способ предусматривает окислительную обработку плутониевого реэкстракта, получаемого при отделении плутония от урана, и последующую переработку реэкстракта по аффинажной схеме (повторную экстракцию плутония и части урана, промывку экстракта и реэкстракцию плутония и части урана). Для проведения перечисленных операций используют оборотный экстрагент головного уран-плутониевого цикла.The closest is the method of reprocessing spent nuclear fuel, known as the SOEX-process (P. Baron, B. Dingch, M. Masson, F. Drain, J.-L. Emen. A method of regenerating spent nuclear fuel and producing mixed uranium-plutonium oxide. Patent RF No. 2431896, IPC
Таким образом, экстракционный аффинаж плутония функционирует в режиме субцикла, т.е. цикла без собственного контура экстрагента. Органический поток после операции повторной реэкстракции плутония присоединяют к уран-плутониевому экстракту перед первой реэкстракцией плутония. Такое решение снимает требование к полноте повторной реэкстракции, что существенно упрощает проведение этой операции.Thus, the extraction refining of plutonium operates in the subcycle mode, i.e. cycle without its own extractant circuit. The organic stream after the plutonium re-stripping operation is added to the uranium-plutonium extract before the first plutonium stripping. This solution removes the requirement for completeness of repeated stripping, which greatly simplifies this operation.
В описании изобретения к патенту приведены варианты, незначительно отличающиеся от вышеописанного (иные реагенты-восстановители, варианты формирования потоков), но везде сохраняется последовательность операций переноса плутония из головного цикла в собственный субцикл и вывод плутония из процесса экстракционной переработки в виде реэкстракта субцикла.In the description of the invention to the patent, options are given that slightly differ from the above (other reducing reagents, options for the formation of streams), but everywhere the sequence of operations for transferring plutonium from the head cycle to its own subcycle and removing plutonium from the extraction processing process in the form of a reextract subcycle is preserved.
По технической сущности этот способ наиболее близок к заявляемому способу и выбран в качестве прототипа.In technical essence, this method is the closest to the claimed method and is chosen as a prototype.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1. Низкое содержание плутония (4,2 г/л) в потоке, подаваемом на повторную экстракцию, и, как следствие, большой поток рафината повторной экстракции 2,59 м3/тТМ (тТМ - тонна тяжелых металлов, U + Pu), требующий утилизации.1. Low content of plutonium (4.2 g / l) in the stream supplied for re-extraction, and, as a consequence, a large flow of re-extraction raffinate 2.59 m 3 / tТМ (tТМ - ton of heavy metals, U + Pu), requiring disposal.
2. Низкое соотношение потоков органической (О) и водной (В) фаз на повторной экстракции плутония, O:B = 1:4,35. При таком соотношении возможны потери плутония с рафинатом при незначительных отклонениях процесса экстракции от регламентного режима.2. Low ratio of flows of organic (O) and aqueous (B) phases on repeated extraction of plutonium, O: B = 1: 4.35. With such a ratio, losses of plutonium with raffinate are possible with slight deviations of the extraction process from the routine mode.
Задача: разработка способа переработки ОЯТ, обеспечивающего переработку на аффинажном переделе концентрированных растворов плутония в режиме с повышенным относительным расходом потока экстрагента.Objective: development of a method for SNF reprocessing, which ensures reprocessing of concentrated plutonium solutions at the refinery in a mode with an increased relative flow rate of the extractant flow.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение объема жидких радиоактивных отходов (ЖРО), генерируемых технологическим процессом, и повышение технологической устойчивости процесса.The technical result of the proposed invention is to reduce the volume of liquid radioactive waste (LRW) generated by the technological process, and to increase the technological stability of the process.
Указанный результат достигается в способе экстракционной переработки ОЯТ, согласно которому уран, плутоний и сопутствующие нептуний, технеций и цирконий экстрагируют из азотнокислого раствора, промывают экстракт, реэкстрагируют плутоний с частью урана, отмывают урановый экстракт от остатков плутония, нептуния и технеция, корректируют реэкстракт плутония по содержанию азотной кислоты и окисляют плутоний (III) до плутония (IV), повторно экстрагируют плутоний с частью урана, промывают экстракт повторной экстракции и повторно реэкстрагируют плутоний, при этом первую реэкстракцию плутония с частью урана осуществляют обработкой экстракта водным потоком, содержащим восстановители для плутония (IV) и технеция (VII) при высоком соотношении органического (О) и водного (В) потоков вплоть до O:В = 35, доочистку уранового экстракта проводят слабокислым раствором комплексона, преимущественно диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПА), отработанный раствор комплексона направляют на промывку уран-плутониевого экстракта, к реэкстракту плутония-технеция добавляют концентрированную азотную кислоту до содержания не менее 3 моль/л, после чего реэкстракт пропускают через колонну каталитического окисления с углеродным катализатором, прошедший окислительную обработку реэкстракт направляют на аффинажный блок, где осуществляют операции экстракции урана и плутония, промывки экстракта, восстановительной экстракции плутония и, при необходимости, промывки реэкстракта оборотным экстрагентом, далее реэкстракт плутония с частью урана выводят из процесса, а органический поток, покидающий аффинажный блок и содержащий избыточный уран и незначительное количество плутония, направляют в головной экстрактор в зону интенсивного массообмена.This result is achieved in the method of SNF extraction reprocessing, according to which uranium, plutonium and accompanying neptunium, technetium and zirconium are extracted from a nitric acid solution, the extract is washed, plutonium is reextracted with a part of uranium, the uranium extract is washed from plutonium residues, neptunium and technetium are reextracted, plutonium is corrected content of nitric acid and oxidize plutonium (III) to plutonium (IV), re-extract plutonium with a part of uranium, wash the extract of repeated extraction and re-extract plutonium, while the first re-extraction of plutonium with a part of uranium is carried out by processing the extract with an aqueous stream containing reducing agents for plutonium ( IV) and technetium (VII) with a high ratio of organic (O) and water (B) streams up to O: B = 35, the uranium extract is purified with a weakly acidic complexone solution, mainly diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), the spent complexone solution is sent to uranium washing -plu tonium extract, concentrated nitric acid is added to the plutonium-technetium reextract to a content of at least 3 mol / l, after which the reextract is passed through a catalytic oxidation column with a carbon catalyst, the reextract, which has undergone oxidative treatment, is sent to the refining unit, where the operations of uranium and plutonium extraction are carried out, washing the extract, reducing extraction of plutonium and, if necessary, washing the re-extract with a circulating extractant, then the plutonium re-extract with a part of uranium is removed from the process, and the organic flow leaving the refining unit and containing excess uranium and a small amount of plutonium is sent to the head extractor in the zone of intensive mass exchange ...
На фиг. 1 представлена принципиальная схема экстракционной переработки ОЯТ по предлагаемому способу (операции реэкстракции урана и регенерации экстрагента опущены). Поток питания поступает в ступень 17 головного экстракционного блока 1. Оборотный экстрагент может поступать в блок 1 как одним потоком (ступень 8), так и двумя (ступени 8 и 15), двухпоточный ввод реализуется при требовании повышения очистки экстракта от примесей (патент РФ №2 593 831, опубл. 10.08.216, Бюл. №22).FIG. 1 shows a schematic diagram of SNF extraction processing according to the proposed method (operations of uranium re-extraction and extractant regeneration are omitted). The feed flow enters
В качестве головного экстрактора может быть использована экстракционная колонна с расположением входных штуцеров и протяженностью различных зон массообмена аналогичной блоку дискретных экстракторов.An extraction column with the location of the inlet nozzles and the length of various mass transfer zones similar to the block of discrete extractors can be used as the head extractor.
Выходящий из блока 1 экстракт поступает на массообменный сепаратор 2, где производится очистка экстракта от эмульсионного уноса и первичная очистка от продуктов деления. Частично промытый экстракт поступает на блок промывки 3, где производится очистка экстракта от циркония и преобладающей части нептуния. Отработанный промывной раствор либо отмывают от урана и плутония оборотным экстрагентом (вариантно), либо перерабатывают на головном блоке совместно с потоком питания.The
Следующей операцией является концентрирующая реэкстракция плутония и технеция, проводимая с использованием массообменного сепаратора 4. Отношение потоков органической (О) и водной (В) фаз на этой операции, O:В = 25-35, что недоступно для иных массообменных аппаратов, применяемых в экстракционной технологии (В.И. Волк, С.Н. Веселов, А.А. Жеребцов, В.Н. Рубисов. Радиохимия, 2010, т. 52 №5 с. 428-432). Реэкстрагент содержит сбалансированную смесь восстановителей, карбогидразида (КГ) (N2H3)2CO и диформилгидразина (ДФГ) N2H2(COH)2, первый из которых имеет высокие кинетические показатели по восстановлению Pu(IV)→Pu(III), второй по восстановлению Tc(VII)→Tc(IV).The next operation is the concentrating stripping of plutonium and technetium, carried out using a mass transfer separator 4. The ratio of the flows of the organic (O) and aqueous (B) phases in this operation, O: B = 25-35, which is not available for other mass transfer apparatus used in the extraction technologies (V. I. Volk, S. N. Veselov, A. A. Zherebtsov, V. N. Rubisov. Radiochemistry, 2010, vol. 52 No. 5 pp. 428-432). The stripping agent contains a balanced mixture of reducing agents, carbohydrazide (CG) (N 2 H 3 ) 2 CO and diformylhydrazine (DPG) N 2 H 2 (COH) 2 , the first of which has high kinetic parameters for the reduction of Pu (IV) → Pu (III) , the second in terms of reduction Tc (VII) → Tc (IV).
Возможно включение в состав каждого из реэкстрагентов аминокислоты, глицина (ГЛ) H2NCH2COOH, присутствие которой снижает эффективную концентрацию азотной кислоты за счет связывания с аминогруппой, что повышает эффективность работы восстановителей.It is possible to include in the composition of each of the stripping agents an amino acid, glycine (GL) H 2 NCH 2 COOH, the presence of which reduces the effective concentration of nitric acid due to binding to the amino group, which increases the efficiency of the reducing agents.
В предварительных экспериментах были определены концентрации реагентов, превышение которых уже не приводило к заметному росту операционного выхода плутония и технеция в реэкстракт. Он составил 99,5-99,9% для технеция и 93-97% для плутония, при этом 99% плутония в органическом потоке, выходящем из сепаратора 4, представлено плутонием (III), что связано с высоким отношением потоков O:В. Это обстоятельство позволяет легко отмыть урановый экстракт от остатков плутония и нептуния (от технеция экстракт отмывается уже на сепараторе 4) слабокислым раствором комплексообразователя, ДТПА, на блоке 5.In preliminary experiments, the concentrations of the reagents were determined, the excess of which no longer led to a noticeable increase in the operational yield of plutonium and technetium in the re-extract. It was 99.5-99.9% for technetium and 93-97% for plutonium, while 99% of the plutonium in the organic stream leaving separator 4 is plutonium (III), which is associated with a high ratio of O: B fluxes. This circumstance makes it possible to easily wash the uranium extract from the remains of plutonium and neptunium (from the technetium, the extract is washed off already at separator 4) with a weakly acidic solution of a complexing agent, DTPA, at
На блоке 3 происходит переокисление плутония (III), поступающего с отработанным промывным раствором из ступени 42 блока 5 в ступень 41 блока 3. Кроме окисления азотной кислотой, плутоний (III) окисляется нептунием (IV), поступающим с экстрактом на ступень 25 блока 3. В результате нептуний локализуется в рафинате блока 3, при этом потери плутония с рафинатом менее 0,01% от поступающего.At
Таким образом, технологическая взаимосвязь промывного блока 3, сепаратора 4 и промывного блока 5 обеспечивает следующие показатели:Thus, the technological interconnection of the
- блок 3 выполняет задачу очистки экстракта урана, плутония и технеция от циркония и, в связке с блоком 5, обеспечивает практически полный сброс нептуния в рафинат;-
- сепаратор 4 выполняет задачу получения концентрированного реэкстракта плутония с количественным выходом технеция в плутониевый поток;- separator 4 performs the task of obtaining a concentrated plutonium reextract with a quantitative yield of technetium into the plutonium stream;
- блок 5 решает задачу очистки экстракта урана от плутония и нептуния, при этом рафинат блока исключен из объемов ЖРО.-
Урановый экстракт, выходящий из блока 5, очищен от плутония, нептуния и технеция. И, в зависимости от достигнутой очистки от продуктов деления, направляется либо на дополнительную промывку с последующей реэкстракцией урана, либо сразу на реэкстракцию урана (на фиг. 1 не показаны).The uranium
Первый реэкстракт плутония-технеция (поток 84) подкисляется концентрированной азотной кислотой (поток 88) до содержания кислоты 3,25±0,25 моль/л и поступает на колонну каталитического окисления (ККО) 6, где происходит разрушение избытка восстановителей и окисление Pu(III) до Pu(IV) и Tc(IV) до Tc(VII), после чего направляется в ступень 57 аффинажного блока 7. На блоке 7 реализуются операции экстракции (ступени 49-57), двух разнокислотных промывок (ступени 58-64) и повторной реэкстракции плутония (ступени 68-70 в варианте отмывки реэкстракта от урана и ступени 65-70 в варианте получения уран-плутониевого реэкстракта).The first plutonium-technetium re-extract (stream 84) is acidified with concentrated nitric acid (stream 88) to an acid content of 3.25 ± 0.25 mol / L and enters the catalytic oxidation column (CCO) 6, where the excess of reducing agents is destroyed and Pu ( III) to Pu (IV) and Tc (IV) to Tc (VII), after which it is sent to
Пример 1. Было выполнено математическое моделирование процесса в соответствии со схемой, представленной на фиг. 1. Результаты моделирования сведены в таблицу 1.Example 1. A mathematical simulation of the process was performed in accordance with the scheme shown in FIG. 1. The simulation results are summarized in Table 1.
Представленный на фиг. 2 и в табл. 1 режим работы демонстрирует получение на переделе блок 3 - массообменный сепаратор 4 - блок 5 уранового экстракта, свободного от нептуния и проблемных продуктов деления - циркония и технеция.Shown in FIG. 2 and in table. 1 operating mode demonstrates the production of block 3 - mass transfer separator 4 -
В рассмотренном режиме конечным продуктом плутониевой ветви схемы является второй реэкстракт плутония, практически несодержащий урана. Такой вариант предусмотрен для раздельного получения оксидов урана и плутония с последующим их смешением при производстве различных видов уран-плутониевого топлива.In the considered regime, the final product of the plutonium branch of the scheme is the second plutonium re-extract, which is practically uranium-free. This option is provided for the separate production of uranium and plutonium oxides with their subsequent mixing in the production of various types of uranium-plutonium fuel.
При получении совместного оксида урана-плутония с содержанием плутония на уровне 50-60% от суммы металлов (т.н. мастер-продукт, получение которого предусматривает и способ-прототип путем сложных и продолжительных манипуляций со вторым плутониевым реэкстрактом) возможно получение совместного уран-плутониевого реэкстракта с требуемым соотношением урана и плутония при некоторой корректировке режима работы блока 7.When obtaining a joint uranium-plutonium oxide with a plutonium content at the level of 50-60% of the total metals (the so-called master product, the production of which also includes the prototype method by complex and prolonged manipulations with the second plutonium reextract), it is possible to obtain a joint uranium plutonium reextract with the required ratio of uranium and plutonium with some adjustment of the operating mode of
Пример 2. Было выполнено математическое моделирование работы аффинажного блока 7 в режиме получения уран-плутониевого реэкстракта (фиг. 2). Исключена подача оборотного экстрагента 94, отмывающего уран из потока реэкстракта 95. В зону восстановительной реэкстракции дополнительно подают глицин (потоки 98 и 99) в качестве стабилизатора процесса. Операции экстракции и промывки экстракта - аналогично представленным на фиг. 1 и в табл. 1.Example 2. Mathematical modeling of the operation of the
Результаты моделирования представлены в табл. 2.The simulation results are presented in table. 2.
Как следует из данных табл. 3, незначительные изменения режима второй реэкстракции плутония позволяют получать в плутониевой ветви схемы уран-плутониевый реэкстракт, уже соответствующий мастер-продукту (50,4% плутония в варианте 1 и 57,8% в варианте 2), что выгодно отличает предлагаемый способ от способа-прототипа.As follows from the data table. 3, insignificant changes in the mode of the second plutonium strip extraction make it possible to obtain in the plutonium branch of the scheme a uranium-plutonium strip extract already corresponding to the master product (50.4% plutonium in
Сопоставляемые показатели предлагаемого способа и способа-прототипа сведены в табл. 3.Comparable indicators of the proposed method and the prototype method are summarized in table. 3.
Из данных табл. 3 следует, что в предлагаемом способе удельные объемы потоков, требующих последующей утилизации (потоки 95 и 96), существенно меньше, чем в способе-прототипе.From the data table. 3 it follows that in the proposed method the specific volumes of flows requiring subsequent disposal (flows 95 and 96) are significantly less than in the prototype method.
Важное значение имеет то, что в предлагаемом способе удельный объем высококонцентрированного первого реэкстракта плутония в 4 раза меньше, чем в способе-прототипе. Это обстоятельство имеет то следствие, что операция повторной экстракции плутония в предлагаемом способе проводится при соотношении потоков фаз O:В = 1:1,43, а в способе-прототипе при O:В = 1:4,35, т.е. в предлагаемом способе в каждой ступени величина коэффициента экстракции в три раза превышает аналогичный показатель способа-прототипа, что значительно повышает технологическую устойчивость процесса в предлагаемом способе.It is important that in the proposed method, the specific volume of the highly concentrated first reextract of plutonium is 4 times less than in the prototype method. This circumstance has the consequence that the operation of the repeated extraction of plutonium in the proposed method is carried out at a ratio of flows of phases O: B = 1: 1.43, and in the prototype method at O: B = 1: 4.35, i.e. in the proposed method in each stage the value of the extraction coefficient is three times higher than that of the prototype method, which significantly increases the technological stability of the process in the proposed method.
Таким образом, сопоставление показателей способа-прототипа и предлагаемого способа достаточно полно демонстрирует преимущества предлагаемого способа.Thus, a comparison of the indicators of the prototype method and the proposed method fully demonstrates the advantages of the proposed method.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020103836A RU2727140C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Irradiated nuclear fuel extraction processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020103836A RU2727140C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Irradiated nuclear fuel extraction processing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2727140C1 true RU2727140C1 (en) | 2020-07-21 |
Family
ID=71741062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020103836A RU2727140C1 (en) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Irradiated nuclear fuel extraction processing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2727140C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751019C1 (en) * | 2020-11-16 | 2021-07-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design |
| RU2793956C1 (en) * | 2022-04-20 | 2023-04-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Extraction method for processing uranium-containing solutions |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2069903C1 (en) * | 1993-03-23 | 1996-11-27 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Method for recovering irradiated nuclear fuel |
| RU2107959C1 (en) * | 1996-07-19 | 1998-03-27 | Производственное объединение "МАЯК" | Method for cleaning uranium from plutonium |
| DE602005006623D1 (en) * | 2004-12-29 | 2008-06-19 | Cogema | IMPROVEMENT OF THE PUREX PROCESS AND USES THEREOF |
| RU2431896C2 (en) * | 2006-05-24 | 2011-10-20 | Коммиссариат А Л`Энержи Атомик | Regeneration method of spent nuclear fuel and obtaining of mixed uranium-plutonium oxide |
-
2020
- 2020-01-28 RU RU2020103836A patent/RU2727140C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2069903C1 (en) * | 1993-03-23 | 1996-11-27 | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" | Method for recovering irradiated nuclear fuel |
| RU2107959C1 (en) * | 1996-07-19 | 1998-03-27 | Производственное объединение "МАЯК" | Method for cleaning uranium from plutonium |
| DE602005006623D1 (en) * | 2004-12-29 | 2008-06-19 | Cogema | IMPROVEMENT OF THE PUREX PROCESS AND USES THEREOF |
| RU2431896C2 (en) * | 2006-05-24 | 2011-10-20 | Коммиссариат А Л`Энержи Атомик | Regeneration method of spent nuclear fuel and obtaining of mixed uranium-plutonium oxide |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751019C1 (en) * | 2020-11-16 | 2021-07-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design |
| RU2793956C1 (en) * | 2022-04-20 | 2023-04-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Extraction method for processing uranium-containing solutions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2400841C2 (en) | Improved purex method and use thereof | |
| KR101900112B1 (en) | Method for treating spent nuclear fuel not requiring a plutonium reductive back-extraction operation | |
| JP5802660B2 (en) | Improved treatment of spent nuclear fuel | |
| CN107851470B (en) | Method for treating aqueous nitric acid solution produced by dissolving spent nuclear fuel | |
| RU2352006C2 (en) | Method of uranium separation ( vi ) from actinoids ( iv ) and-or ( vi ) and its use | |
| RU2542868C2 (en) | Method of purifying uranium from natural uranium concentrate | |
| CN1130733C (en) | Nuclear fuel reprocessing | |
| RU2012075C1 (en) | Method of processing of irradiated fuel of atomic power plants | |
| RU2727140C1 (en) | Irradiated nuclear fuel extraction processing method | |
| KR20090029819A (en) | Separation of chemical elements from uranium (VI) using an aqueous phase containing nitrogen in the uranium extraction cycle | |
| JPS63198897A (en) | Method particularly used for reprocessing irradiated nuclear fuel in order to separate technetium existing in organic solvent together with one kind or more of other metal such as zirconium and uranium or plutonium | |
| RU2132578C1 (en) | Method of processing irradiated nuclear fuel on nuclear power plants | |
| JPH0453277B2 (en) | ||
| RU2765790C1 (en) | Method for separation of neptunium and plutonium in nitric acid solutions (variants) | |
| CN114574698B (en) | A method for purifying uranium after spent fuel reprocessing | |
| JPH0217902A (en) | Extraction of solvent and solvent extraction/reactor | |
| RU2574036C1 (en) | Method of extraction processing of npp spent nuclear fuel | |
| RU2623943C1 (en) | Extraction mixture for the recovery of tpe and ree from high-active rafinat of npp snf processing and the method of its use (versions) | |
| RU2184083C2 (en) | Method of purifying uranium(vi) from technetium(vii) | |
| RU2454740C1 (en) | Method for neptunium removal during separation of long-living radionuclides | |
| JP3310765B2 (en) | High-level waste liquid treatment method in reprocessing facility | |
| RU2066489C1 (en) | Method of reducing separation of neptunium and plutonium | |
| RU2642851C2 (en) | Method of extraction and separation of plutonium and neptunium | |
| RU2253159C2 (en) | Method for separating valuable components from impurities in solid-phase product of radioactive materials | |
| JP3658041B2 (en) | Method for purifying and concentrating plutonium |