[发明专利]一种处理PUREX流程废有机相中保留钚的方法

说明书

本公开涉及一种处理PUREX流程废有机相中保留钚的方法，所述PUREX流程废有机相含有有机溶剂、钚和四价铀，该方法包括：将所述PUREX流程废有机相与含有2,6‑吡啶二羧酸的水相反萃液接触，进行反萃，得到反萃产物；所述PUREX流程废有机相中，所述四价铀的重量含量为所述钚的重量含量的100‑1000倍，所述水相反萃液中还含有氧化剂，所述氧化剂能够将所述四价铀氧化为六价铀。本公开的钚洗脱方法在乏燃料后处理厂高钚保留废有机相中保留钚的洗脱及回收方面有较好的应用前景。

技术领域

本公开涉及放射性废液处理技术领域，具体地，涉及一种处理PUREX 流程废有机相中保留钚的方法。

背景技术

为了充分利用铀资源并减少高放废物的体积，实现核能的可持续发展，需要对乏燃料进行后处理。PUREX(Plutonium Uranium Reduction Extraction) 流程是目前唯一商用的乏燃料后处理流程，该流程的主要目的是将乏燃料中未燃烧的铀和新生成的钚提取出来，同时分离一些有用核素(如用于钚-238 生产的原料镎-237等)。该流程为多循环的溶剂萃取流程，采用的萃取剂为磷酸三丁酯(TBP)，稀释剂为化学惰性的氢化煤油、氢化四丙烯(TPH)或正十二烷等，水相为含金属离子的硝酸溶液。TBP-煤油-HNO₃体系在化学和辐射的双重作用下会发生降解，TBP的主要降解产物为磷酸二丁酯(HDBP)、磷酸一丁酯(H₂MBP)和H₃PO₄；稀释剂和硝酸降解产生醛、羧酸、羟肟酸等有机硝基化合物。上述降解产物又可以继续发生次级反应，生成长链烷基磷酸酯等。

TBP-煤油-HNO₃体系的降解过程极其复杂，产物也多种多样，对流程的运行产生了较大的影响。其中对萃取流程影响最大的降解产物为HDBP、 H₂MBP。它们的降解产率较高，与金属离子的配位能力很强，尤其容易与离子电势较大的Pu(IV)、U(IV)和Zr(IV)等金属离子形成络合物。HDBP、H₂MBP 与金属离子形成的络合物很稳定，甚至形成聚合物，在反萃段不易被反萃，造成金属离子在有机相中的保留。随着生产运行的持续，有机相中降解产物的不断积累，造成铀/钚的分离因子、其他裂片元素的去污因子降低、传质系数降低、形成界面污物等不利于工艺运行的现象。

为了减缓降解产物的累积对萃取流程的危害，后处理厂中常用Na₂CO₃洗涤有机相中的HDBP、H₂MBP和H₃PO₄，经过碱洗后的有机相酸化重新回到流程复用。但是随着循环次数的增多，Na₂CO₃洗涤逐渐失效，Pu、Zr的保留渐趋严重，有机相的粘度增高，在流程中循环需根据HDBP、H₂MBP的含量，及时更换新的有机相，避免有机相中Pu(IV)含量超标，此方法不能有效解决废有机相中的钚金属保留问题。

另外，除了钚保留的问题，铀的保留问题也同样严重。目前大部分的后处理厂使用的Pu(IV)还原剂为四价铀U(IV)。一方面U(IV)能够还原反萃 Pu(IV)，另一方面U(IV)与Pu(IV)相似的配位能力使其能够取代一部分有机相中Pu(IV)，所以U(IV)对缓解钚保留有较好的效果。然而，U(IV)与Pu(IV)相似的配位能力使得U(IV)在取代Pu(IV)时不具备完全的竞争力，最终导致大量 U(IV)和少量Pu(IV)同时被保留在有机相中，形成铀钚含量、降解产物及总放射性含量均超过标准的废有机相。这种废有机相既不能排放到废液处理单元，也不能回到流程复用。更为严重的是，随着放置时间的增长，由于辐照、金属离子、酸催化等作用，废有机相中的降解产物会进一步增多，同时部分 U(IV)氧化为U(VI)，导致废有机相的组成更为复杂，保留铀、钚的洗脱更加困难。

因此，为了保障工艺的正常运行，亟需开发一种可从乏燃料PUREX流程含U(IV)废有机相(尤其是长时间放置的高钚保留废有机相)中洗脱并回收保留钚的方法，该方法应该具有一定的铀钚分离效果，选择性的回收其中的钚。