[发明专利]用冠醚分离铀和钚的方法

说明书

本发明涉及对从辐照核燃料后处理得到的酸性水溶液中存在的铀和钚进行分离的方法。

更具体地说，它涉及一种从水相萃取分离铀和钚，然后将其转移到有机液相的方法。

多年来，辐照核燃料后处理最广泛使用的步骤由下列步骤组成：在硝酸溶液中溶解核燃料，将得到的硝酸水溶液与一种有机溶剂接触以从中萃取铀和钚并与大部分裂变产物分离，接着在水相中将铀和钚反萃出来，最后用有机溶剂使水相中的铀和钚分离。常用的有机溶剂是磷酸三丁酯（TBP）。

虽然这种溶剂给出非常满意的结果，但它仍有耐辐照性不够的缺点，因为它的辐照产物，如磷酸二丁酯，对萃取过程是不利的。而且，当用该溶剂进行铀钚分离时，事先需要进行钚的还原步骤，以保持钚在水溶液中而将铀萃取到磷酸三丁酯中。这牵涉附加的步骤和引入还原剂和稳定剂，对后续处理不利。

已经对其它溶剂进行了大量研究，以用于避免这些缺点。

本发明的目的在于寻找一种从辐照核燃料后处理得到的酸性水溶液中分离铀和钚的方法，这种方法不需要还原钚就能进行铀钚分离，所用的有机配位体耐辐照降解的性能比磷酸三丁酯的好。

本方法包括将含铀和钚的酸性水溶液与一种有机相接触，其特征在于有机相包含至少一种冠醚。

冠醚类是对许多金属具有络合性能的大环化合物。一些冠醚类对铀和钚的络合性能如见Yaskin等人在Dokl.Akad.Nank，SSSR，241，159，1978中所述，但是这些作者既没有描述，也没有建议如下所述的方法，即可能使用这些冠醚类同时进行铀和钚与裂变产物分离，并将铀选择性萃取和转移至水相而与钚分离的步骤。

Yaskin等人只是研究了从只含待萃取元素的各别溶液中萃取铀、钚和镎的方法，并使用了纯化的锕系元素溶液，其浓度为5×10^-5至5×10^-6摩尔/升，这使他们的结果难以转移到高浓度和高酸度的工业规模溶液中。而且他们没有研究同时含有裂变产物的溶液，如辐照过的核燃料后处理场合中的溶液。

本发明的方法可应用所有各类冠醚，如由E.Weber所著的“冠状化合物-性质和实践”第34-82页所述的那些化合物。例如，有可能使用下列通式的冠醚：

式中n为0，或1至4之间的整数。

这些冠醚的实例是那些式（Ⅰ）中n＝1（DCH    18    C6）或n＝2（DCH    24    C8）及那些式（Ⅱ）中n＝1（DB    18    C6）和n＝2的化合物。

也有可能使用下列通式的冠醚：

式中n＝0、1或2。

当希望同时进行铀钚分离时，优选的方法是同时使用式（Ⅰ）或式（Ⅱ）中n为1或2的冠醚类化合物。也可使用式（Ⅳ）中n为2的冠醚。

对这些冠醚类是很感兴趣的，因为它们有良好的耐辐照性。如，在120Krad/h的剂量下辐照140小时，未发现这些冠醚有变化。

通常，有机液相是由含至少一种冠醚的有机溶剂构成。有机溶剂可 以是比重比铀的水溶液大的化合物，如氯化的溶剂，如CHCl₃、CH₂Cl₂、CCl₃CH₃、CHCl₂CHCl₂、ClCH₂CH₂Cl和二氯苯。也可使用比重比钠溶液小的化合物，如乙醚、庚烷、十二烷、苄腈或芳族溶剂，如苯和烷基苯。例如，可使用选自下列化合物的有机溶剂;氯仿、二氯甲烷、三氯乙烯、芳族溶剂，如苯腈、苯、和烷基苯。

有机相的冠醚浓度被选择为该溶剂的函数，使选择性萃取的钚铀量达最大，同时使裂变产物留在水溶液中。一种冠醚浓度的选择方式是获得一种完全均质液相，而无冠醚结晶问题。

一般来说，下述的有机溶剂的有机相含有2-33%（体积）的冠醚和67-98%（体积）的有机溶剂。

按本发明方法处理的含铀和钚的水溶液，是从下述的辐照核燃料的酸性溶液，或是铀和钚与裂变产物的第一分离循环后获得的酸性溶液。在第一种情况下，它们一般是辐照燃料溶解溶液中所含铀、钚和裂变产物的硝酸溶液;在第二种情况下，铀钚与裂变产物在一循环内进行分离，如用磷酸三丁酯萃取接着用硝酸溶液反萃取。

起始硝酸溶液的浓度除影响铀-钚/裂变产物的分离外，对铀钚萃取也有影响。

铀钚的萃取量随硝酸浓度的增加而增加，而裂变产物的萃取量随硝酸浓度的增加而减少。