Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
UO2 + 4HNO3->U02 (NO3) г + 2N02+2H20.
Для более полного растворения плутония вводятся дополнительные операции растворения «нерастворимых остатков» с введением в раствор фторид-иона. Металлический уран растворяют в кипящей азотной кислоте, Для улавливания окислов азота в систему поддувают кислород, в результате чего в специальном аппарате — дефлегматоре — получают азотную кислоту, снова возвращаемую в цикл.
Тщательно отфильтрованный водный раствор уранилнитрата UO2(NO3)г с сопутствующими ему растворимыми продуктами деления поступает на экстракцию растворителями. Основа процесса экстракции растворителями — распределение растворенного вещества между двумя несмешивающимися жидкостями (водная и органическая фазы). Между этими фазами по известному закону в каждой ступени распределяются растворенные вещества в определенном соотношении. Отношение концентрации вещества в органической фазе к его концентрации в водной фазе в условиях равновесия между фазами называется коэффициентом распределения.
При нескольких последовательных процессах экстракции можно сконцентрировать в органической фазе почти все 100 % нитратов урана и плутония, обеспечив необходимый коэффициент очистки их от радиоактивных продуктов деления: 5•1O7— 108 для плутония, 106 — 107 для урана.
Таким образом, многоступенчатая экстракция органическим растворителем позволяет иметь одновременно высокое извлечение ядерного топлива из растворов и его глубокую очистку от радиоактивных продуктов деления. Степень этой очистки должна до-358
„ г -1 Газообразные
Рубка и рост- —и ЛЄтучие про -борение ff HNO3I дукт1 дшт
Разделение экстракцией
ТБФ (первый цикл)
Разделение экстракцией
ТБФ (второй цикл)
Продукты деления* +актиноиды
Очистка Pu экстракцией ТБф (третий цикл)'"1
Очистка урана экстракцией ТБФ (четвертый никл)
ІІреВращение в PuO2 с применением оксалати
Превращение уранилнитрата вЩ, (JF4, и UF8
Обработка высокоактивных отходов
-Актиноиды
Продукты деления
Рис. 10.14. Типовая схема экстракционного пьюрекс-процесса
пускать работу с регенерированным ураном без биологической защиты, т. е. его радиоактивность должна быть близка к естественной радиоактивности (~0,3 мкКи/кг [~1,Ы04 расп./(с-кг)]). Это и определяет тот предел очистки, к которому следует стремиться при химической переработке отработавшего топлива.
В качестве органического экстрагента успешно применяется трибутилфосфат (ТБФ), разбавленный до 30 % очищенным керосином (Н-додеканом) или другим инертным разбавителем (см. § 6.13).
Главное преимущество ТБФ как экстрагента — его способность селективно извлекать из азотнокислого раствора ураи и плутоний, при этом азотная кислота служит в качестве высаливающего агента. Азотная кислота легко очищается дистилляцией, что позволяет превращать ее в процесс и не увеличивать за счет нее радиоактивные сбросы. На рис. 10.14 показана распространенная схема экстракционного пьюрекс-процесса с несколькими циклами очистки от продуктов деления.
Органическая фаза избирательно экстрагирует только U и Po, оставляя почти все продукты деления в водной фазе, в которой таким образом концентрируются высокоактивные отходы. Органическая фаза, содержащая U и Pu, промывается азотной кислотой в целях удаления различных загрязняющих веществ и направляется в аппарат, где контактирует с водой, которая с ТБФ смывает U и Pu, переводя их снова в водную фазу (реэкстракция). Этим завершается первый цикл экстракции.
Во втором экстракционном цикле, или цикле разделения FJ — Pu, жидкая водная фаза из первого цикла (после концентрирования в испарителе) опять направляется в экстракционно-про-мывной бак (колонну). Затем органический экстракт подается в другой блок (колонну), где U отделяется от Pu путем контактирования органической фазы с водным раствором, содержащим агент-восстановитель (обычно применяется четырехвалентный уран или двухвалентное железо).
Четырехвалентный плутоний восстанавливается до трехвалентного состояния, в котором он менее подвержен экстракции ТБФ, и, следовательно, может быть удален из колонны с водной фазой.
Раствор плутония в азотной кислоте концентрируется, затем подвергается денитрации и превращается в сухой порошок PuO2. Уран же удаляется из органической фазы в третьем блоке (колонне). Для полной очистки уранового продукта используют-ея два-три дополнительных цикла экстракции органическим растворителем.
Для очистки от продуктов деления (особенно от рутения) и концентрирования плутония требуется один дополнительный цикл экстракции с последующей глубокой очисткой на анионообменных фильтрах. Рафинаты выпаривают для концентрирования и хранения, а также для очистки и возврата азотной кислоты в процесс.
Органический растворитель (ТБФ) на выходе из экстракционного процесса очищают от оставшихся в нем урана, плутония и продуктов деления, а также от растворенных веществ, оказавших-Оя в ТБФ из-за химической и радиохимической деструкции (повреждения) компонентов органической фазы. Процесс очистки растворителя включает в себя обычно щелочную и кислотную промывку. После очистки органический растворитель возвращается в процесс.
