[发明专利]在铀的萃取循环中，由硝酸水相开始将化学元素与铀(Ⅵ)分离的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在铀的萃取循环中，由硝酸水相开始，将化学元素与铀(VI)非常有效地分离的方法，其中上述化学元素以低于铀(VI)的浓度存在于水相中，或甚至是作为一种痕量元素，并且对于在此萃取循环中使用的萃取剂来说，所述化学元素比铀(VI)更难被萃取。 

该化学元素尤其可以是四价锕系元素如镎或钍228(其是铀232的衰变产物)，但本发明的方法还可以适用于分离能够在铀的萃取循环中被从酸性水相中部分地与铀共萃取的任何其他化学元素，例如锆。 

根据本发明的方法可以特别应用于再处理辐照核燃料的操作，并且尤其应用于铀纯化循环，其称作PUREX流程的“第二铀循环”，或衍生自后者的任何其他方法，目的在于促进铀对于污染物(如镎)的去污(décontamination)，或目的在于回收(récupérer)作为痕量元素存在于浓缩的铀水流中的化学元素，该水流来自此方法的第一纯化循环，并且该化学元素和可能是有价值的(对于钍228，情况尤其是如此)，此外，两个目的并不相互排斥。 

背景技术

在对用过的核燃料进行再处理的现代工厂中，如法国的COGEMA UP3和UP2-800、英国的Thorp或日本的Rokkasho，对用过的核燃料进行再处理是基于PUREX流程并且包括若干个纯化循环。 

第一纯化循环的目的在于从裂变产物中共同分离铀和钚，然后将上述两种元素分配到两个流股中。 

因此，第一循环开始于包括从硝酸水相中共萃取铀和钚的操作，铀处于氧化态VI，而钚处于氧化态IV，其中该硝酸水相将用过的核燃料溶解于硝酸而获得的，因此称其为溶解液。 

利用与水不混溶的有机相进行共萃取，其中该有机相由对铀(VI)和钚(IV)具有高亲合力的萃取剂组成，在本申请中为磷酸三正丁酯(在下文为TBP)，其通常为在有机稀释剂中的按体积计30％的溶液，该有机稀释剂通常为碳氢化合物，如氢化四丙烯(在下文为TPH)、正十二碳烷或‘无臭煤油’。它另外包括利用硝酸水溶液进行的有机相的洗涤阶段，硝酸水溶液用来改善铀和钚中裂变产物的去污。 

其后进行铀和钚分配操作。这是基于钚(IV)的氧化态的自发改变，上述氧化态被变成三价状态，而处于三价时其利用TBP的萃取性是最小的，以有利于其进入硝酸水溶液并因此将它与铀(VI)分离，而铀(VI)本身留在有机相中。这种还原是利用还原剂、硝酸铀、以及抗亚硝酸剂(agent anti-nitreux)、肼来进行的，其作用是通过破坏亚硝酸来稳定硝酸铀和钚(III)。 

同铀和钚一起共萃取的存在于溶解液中的镎主要为镎(VI)的形式。类似地，同铀和钚一起被部分共萃取的是仅以四价状态存在于水溶液中的钍228(Germain et al.，Journal of Inorganic NuclearChemistry，1970，vol.32，pp 245-253)。 

在分配操作期间，通过硝酸铀将镎(VI)还原成镎(IV)，在该价态它是可通过TBP萃取的，但可萃取性不如处于氧化态VI。因此，镎(IV)和铀一起存留在有机相中，如同大部分钍(IV)那样。 

在分配操作以后，利用硝酸水溶液将铀(VI)从有机相中反萃取，并将在先前操作过程中伴随着铀(VI)的四价锕系元素(镎(IV)、钚(IV)以及钍(IV)，后两种元素是作为痕量元素存在)与铀(VI)一起反萃取。 

在内部循环浓缩操作以后，使来自反萃取铀的含水流出液经历第二纯化循环(称作“第二铀循环”)以使铀对于镎去污。通过将镎调节为氧化态V(镎(V)不能被TBP萃取)来去除镎。 

这种调节比以下操作更难进行，所述操作包括将镎调节为氧化态IV(degréd′oxydation IV)并去除镎(由于用铀(VI)使有机相饱和)，因为，由于在分配步骤中去除了大部分的钚，会消除临界状态的风险，因此该操作将是可能的。经中试证实的计算表明，这种配置(configuration)意味着，在紧靠铀的萃取前沿(front d′extraction)附近的萃取器的部分蓄积硝酸以致有利于形成镎(IV)的峰。 

这种配置，在一方面，使得体系甚至对于含铀(VI)有机相的饱和度的最小变化也非常敏感，而另一方面，使得停止循环而不污染在操作结束时处理的铀的部份非常困难。 

此外，钍228的去除仍然由于相同的原因而受到限制(虽然相对于镎(IV)的去除而言是方便的，但这是由于TBP对于四价钍具有更低的可萃取性)，即，相对于萃取器中有机相的流动方向，在铀的萃取前沿的上游形成钍的峰。