Способ очистки регенерированного урана

Способ очистки регенерированного урана

Реферат

Изобретение относится к способам экстракционной очистки регенерированного урана и может быть использовано в технологических процессах при переработке облученного ядерного топлива, где необходима очистка урана от плутония, тория-228 и нептуния-237.

Известен способ экстракционной очистки урана от тория, нептуния и плутония 30%-ным трибутилфосфатом (ТБФ) в додекане (М.Germain, D.Gourisse et M.Sougnez, Extraction en milieu nitrigue du thorium, du neptunium, du plutonium, par les solutions de phosphate de tributyle chargees en uranium // J. Inorg. Nucl. Chem., 1970, Vol.32, pp.245-253) [3]. Способ включает одноступенчатую экстракцию урана трибутилфосфатом в органическом разбавителе из азотнокислого раствора уранилнитрата, содержащего примеси тория, нептуния и плутония. Недостаток способа состоит в недостаточной очистке урана.

Известен способ очистки регенерированного урана от тория-228 и продуктов его радиоактивного распада и способ очистки регенерированного урана от технеция-99, описанные в патенте №2384902, МПК G21C 19/46 (2006.01), опубл. 20.03.2010. Способ включает экстракцию урана трибутилфосфатом в органическом разбавителе, промывку экстракта азотнокислым раствором и реэкстракцию урана. В водную фазу вводили уран (IV) и трилон Б. Для достижения хорошей очистки дорогостоящий трилон Б вводили в довольно большом количестве: 5-10 г/л. Способ выбран за прототип.

Задачей изобретения является разработка способа, обеспечивающего экстракционную очистку регенерированного урана от плутония, тория и нептуния.

Поставленную задачу решают тем, что в способе очистки регенерированного урана от плутония, тория и нептуния, включающем экстракцию урана из азотнокислого водного раствора трибутилфосфатом в органическом разбавителе, промывку экстракта и реэкстракцию урана, в азотнокислый раствор регенерированного урана, направляемый на экстракцию, вводят фтор-ион до концентрации 0,03-0,52 г/л.

В азотнокислый раствор регенерированного урана, направляемый на экстракцию, вводят уран (IV), стабилизированный гидразином, до концентрации 0,5 г/л.

На экстракцию направляют растворы с концентрацией урана (VI) 400-500 г/л.

Фтор-ион практически не экстрагируется трибутилфосфатом в присутствии уранилнитрата и не загрязняет экстракт урана. Введение фтор-иона позволяет очистить уран от плутония, тория и нептуния, а введение в исходный раствор уранилнитрата фтор-иона и урана (IV), стабилизированного гидразином, еще более улучшает очистку урана от плутония.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1

Исходный водный раствор регенерированного урана содержит уранилнитрат, примеси нитратов плутония Pu(IV), тория Th(IV) и нептуния Np(V), а также азотную кислоту HNO₃. Состав исходного раствора приведен в таблице 1.

Таблица 1
[U(VI)], г/л	[Pu], мкг/л	[Th], Бк/г U	[Np], мг/л	[HNO3], г/л
446,3	71,0	1510	1,39	62,7

В опытах 2-5 в исходные водные азотнокислые растворы ввели до заданных концентраций фтор-ион, в опыте 1 фтор-ион не вводили. Фтор-ион можно вводить в виде любой водорастворимой соли; однако, чтобы не вводить в раствор посторонние катионы, целесообразно вводить фтор-ион в виде уранилфторида.

Провели противоточную экстракцию урана из исходного раствора, не содержащего фтор-ион, и из растворов, содержащих фтор-ион в количестве 0,03 г/л, 0,09 г/л, 0,19 г/л и 0,52 г/л, трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе в экстракционном блоке, содержащем 4 экстракционные ступени, при соотношении фаз О:В, равном 4,2:1. Получили экстракты с [U]=103 г/л и рафинаты с [U]=0,07 г/л. Из промытых экстрактов провели реэкстракцию урана слабым азотнокислым раствором.

В экстрактах определили содержание примесей: плутония, тория и нептуния. Коэффициенты очистки урана от упомянутых элементов рассчитаны как отношение содержания элемента в исходном растворе, приходящегося на 1 г U в исходном растворе, к его содержанию в экстракте, приходящемуся на 1 г U в экстракте.

Результаты приведены в таблице 2

Пример 2

Известно использование урана (IV), стабилизированного гидразином, для экстракционной очистки урана (VI) от плутония. Уран (IV), стабилизированный гидразином, вводят для восстановления Pu(IV) до Pu(III), не экстрагируемого трибутилфосфатом. Степень очистки урана (VI) от плутония, тория и нептуния в присутствии фтор-иона и урана (IV), стабилизированного гидразином, возрастает по сравнению со степенью очитки урана в присутствии только урана (IV), стабилизированного гидразином. Особенно возрастает степень очистки от плутония.

Во всех опытах 6-10 в исходные растворы (состав приведен в таблице 1) ввели уран (IV), стабилизированный гидразином, до концентрации урана (IV) 0,5 г/л и гидразина [N₂H₄] 0,45 г/л. Затем в опытах 7-10 в растворы ввели фтор-ион до заданных концентраций, в опыте 6 фтор-ион не вводили.

Из полученных растворов провели противоточную экстракцию урана 30%-ным трибутилфосфатом в органическом разбавителе в экстракционном блоке, содержащем 4 экстракционные ступени, при соотношении фаз O:В, равном 4,2:1. Получили экстракты с [U]=103 г/л и рафинаты с [U]=0,07 г/л. Из промытых экстрактов провели реэкстракцию урана слабым азотнокислым раствором. Реэкстракты направили на дальнейшую переработку (на оксиды).

В экстрактах определили содержание примесей: плутония, тория и нептуния. Коэффициенты очистки урана от упомянутых элементов рассчитаны как отношение содержания элемента в исходном растворе, приходящегося на 1 г U в исходном растворе, к его содержанию в экстракте, приходящемуся на 1 г U в экстракте. Коэффициенты очистки U от Pu, Th и Np на экстракции приведены в таблице 2.

Таблица 2
№ опыта	Водный раствор урана перед экстракцией, содержание ионов	Коэффициенты очистки U от
[F], г/л	[U(IV)], г/л	Pu	Th	Np
Пример 1
1	0	0	4,7	3,3	6,1
2	0,03	0	6,5	11,2	8,7
3	0,09	0	9,4	24,5	11,8
4	0,19	0	33,1	38,7	31,8
5	0,52	0	25,3	45,4	37,6
Пример 2
6	0	0,5	14,9	2,7	3,2
7	0,03	0,5	23,4	7,5	5,5
8	0,09	0,5	37,2	15,4	8,6
9	0,19	0,5	64,6	36,7	19,1
10	0,52	0,5	44,0	41,6	18,7

Из данных таблицы 2 следует, что во всех опытах введение фтор-иона увеличило очистку урана от плутония, тория и нептуния по сравнению с опытами, в которых фтор-ион не вводили.

В примере 1 введение в исходный раствор фтор-иона приводит к увеличению очистки урана от Pu(IV), Th(IV) и Np(V). С увеличением концентрации фтор-иона в растворе с 0,03 до 0,19 г/л очистка урана увеличивается от Pu(IV), Np(VI) и Th(IV). При увеличении концентрации фтор-иона в растворе до 0,52 г/л очистка урана еще более увеличивается от Np(VI) и Th(IV), но незначительно уменьшается от Pu(IV) по сравнению с опытом, в котором концентрации фтор-иона в растворе равна 0,19 г/л.

В примере 2 введение четырехвалентного урана привело к восстановлению Pu(IV) до трехвалентного состояния и Np(V) до четырехвалентного состояния. Как и в опытах примера 1, в опытах примера 2 введение фтор-иона в раствор, направляемый на экстракцию, увеличило коэффициент очистки урана от Pu(III), Th(IV) и Np(IV). С ростом содержания фтор-иона в растворе с 0,03 до 0,52 г/л коэффициенты очистки урана от Th(IV) увеличиваются. Очистка урана от Pu(III), как и в примере 1, увеличивается с ростом концентрации фтор-иона с 0,03 до 0,19 г/л и уменьшается при увеличении концентрации фтор-иона до 0,52 моль/л. Такая же закономерность прослеживается и для Np(IV).

В примере 2 в присутствии урана (IV), стабилизированного гидразином, фтор-ион значительно улучшил очистку от плутония, но от тория и нептуния - в меньшей степени, чем в примере 1.

Таким образом, в зависимости от того, от какого элемента преимущественно нужно очистить регенерированный уран, можно использовать либо фтор-ион, либо фтор-ион и уран (IV) в соответствующих количествах.

1. Способ очистки регенерированного урана от плутония, тория и нептуния, включающий экстракцию урана из водного азотно-кислого раствора трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта и реэкстракцию урана, отличающийся тем, что в водный азотно-кислый раствор регенерированного урана, направляемый на экстракцию, вводят фтор-ион до концентрации 0,03-0,52 г/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водный азотно-кислый раствор регенерированного урана, направляемый на экстракцию, вводят уран (IV), стабилизированный гидразином, до концентрации 0,5 г/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на экстракцию направляют раствор регенерированного урана с концентрацией по урану 400÷500 г/л.