[发明专利]一种采用羟胺乙酸为反萃试剂的钚纯化循环工艺

说明书

技术领域

本发明属于核燃料后处理领域，特别涉及一种采用羟胺乙酸为反萃试剂的钚纯化循环工艺。

背景技术

Purex流程是目前后处理厂主要采用的流程，该流程包括共去污循环、铀纯化循环和钚纯化循环。其中，钚纯化循环的目的是通过萃取和反萃工艺对由共去污循环得到的粗钚产品进行纯化和浓缩，最终得到合格的钚产品，参见附图1。

为保证整个后处理流程的钚收率，通常要求钚纯化循环的钚收率必须达到99.9％。由于钚纯化循环具有有机相钚浓度较大(10g/L以上)的特点，因此在钚的反萃浓缩过程中，随着反萃浓缩倍数的提高，实现99.9％收率的难度呈几何级数增大，形成钚纯化循环过程的难点。

在钚纯化循环中，无盐还原试剂的采用可以降低后处理过程的放射性废物体积，简化Purex流程工艺，提高后处理的经济效益，因此无盐还原试剂的研发是Purex流程的主要研究内容之一。目前，常用于钚纯化循环的无盐还原试剂主要有两组，分别为：1.羟胺-肼体系，2.二甲基羟胺-肼体系。

羟胺(NH₂OH)具有相当强的还原性，所以在无盐还原试剂的研究中受到广泛的关注。Barney研究了羟胺在HNO₃溶液中还原Pu(IV)的反应，从反应速率方程可以看出，反应受酸度影响较大，随着酸度增大，反应速度显著减慢，因此羟胺在低酸、高温条件下对Pu(IV)的还原效果较好。羟胺作为还原剂的主要优点是能够被完全分解为氮气、氧化二氮等相对安全的气体，但是羟胺还原Pu(IV)的速率相对较慢，需要很长时间才能反应完全。与此同时，以羟胺-肼作为钚还原反萃试剂实现钚收率达到99.9％的一般工艺条件为2BF:2BX:2BS＝2:1:0.3，12级反萃，2级补萃，其中反萃浓缩倍数最大不能超过2.3，补萃级数不能超过3级，否则钚收率不能达到99.9％，造成钚的浓缩水平较低，2BP钚浓度不高。

而对于二甲基羟胺，Koltunov等人研究了N,N-二甲基羟胺对Pu(IV)、Np(VI)的还原行为，结果显示，其能够将Pu(IV)快速还原成Pu(III)。中国原子能科学研究院张先业等以无盐还原试剂N,N-二甲基羟胺-单甲基肼为基础开发的先进二循环流+程已经完成关键工艺段的热试验，其优点是可以获得比羟胺-肼体系更高的反萃倍数。然而，二甲基羟胺和单甲基肼本身就不十分稳定，安全性较差；同时，反应后的反应产物会在硝酸钚溶液中发生聚合，因此具有很大的危险性。以二甲基羟胺和单甲基肼作为钚还原反萃试剂实现钚收率达到99.9％的一般工艺条件为2BF:2BX:2BS＝3.5:1:0.3，10级反萃，3级补萃，其中反萃浓缩倍数最大不能超过4.0，补萃级数不能超过3级，否则钚收率不能达到99.9％。

发明内容

为解决现有采用无盐还原试剂的Purex流程钚纯化循环钚浓缩水平较低、安全性较差等问题，兼顾钚浓缩效果和工艺安全性，本发明提供了一种采用羟胺乙酸为反萃试剂的钚纯化循环工艺。该工艺包括：

(一)2BX的羟胺乙酸浓度为0.5-0.8mol/L，硝酸浓度为0.3-0.7mol/L；

(二)2BF的硝酸钚浓度为8-15g/L；

(三)2BS的硝酸浓度为0-0.5mol/L；

(四)浓缩倍数为3-6倍；

(五)反萃级数≥9级，补萃级数3-5级。

所述2BX的羟胺乙酸浓度优选为0.7mol/L。

所述浓缩倍数优选为5倍。

本工艺采用羟胺乙酸作为无盐还原试剂，实现了钚产品的纯化浓缩。本工艺的重点在于工艺条件的选择，由于涉及的工艺参数较多，并且现有文献中也没有给出有关工艺条件的选择方向，在此情况下，考虑到钚纯化循环工艺操作的高放射性和高毒性，因此本发明的钚纯化循环工艺在工艺条件的选择上克服了大量的困难，最终才确定了适宜的工艺条件范围。

本发明的钚纯化循环工艺可实现反萃过程钚浓缩5倍以上，所得钚产品液的钚浓度最高可达70g/L，取得了较高的钚收率和良好的铀去除效果；工艺条件范围内运行稳定性良好；反萃过程中无须同时添加支持还原剂，减少了试剂的使用量，提高了经济性，对后续钚沉淀工艺无影响。

附图说明

图1Purex流程钚纯化循环工艺简图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1

将本发明的钚纯化循环工艺应用于Purex流程的钚产品纯化浓缩，采用如下工艺条件：