一種通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其包括：步驟a，料液濃縮：對料液進行蒸發(fā)濃縮，濃縮為料液一；步驟b，料液二制備：向料液一中加入四價U，使料液一成為含有三價Pu、四價U和六價U的混合體系的料液二；步驟c，溶劑萃?。簩⒘弦憾M行萃取和洗滌；步驟d，溶劑萃取完成后，以水相產品液作為鈾钚共沉淀料液；所述料液為2BP料液。這樣，使得能夠通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液，且可以回收復用有用資源，防止污染環(huán)境。
【專利說明】一種通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化工中的溶液制備【技術領域】，具體涉及一種通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法。
【背景技術】
[0002]乏燃料后處理可以將乏燃料中未耗盡的U，Pu等元素分離出來，重新制造成燃料元件投入反應堆中使用。這些元素既可以用來制造熱堆元件，也可以用來制造快堆元件。其中快堆燃料元件主要采用UO2-PuO2粉末，即混合氧化物燃料，簡稱為MOX。MOX燃料制造過程中最關鍵的步驟為初料制備。MOX初料要求U、Pu氧化物按比例混合，混合物組成在納米尺度至少在分子尺度達到均勻。
[0003]在初料制備技術中，目前已工業(yè)應用的是將U、Pu氧化物粉末混合，進行多級機械研磨。但是機械研磨法制得的鈾钚氧化物混合初料盡管可用，但其多級研磨過程非常復雜，產品均一性較差。由于通過物理方法混合固體粉末要達到分子層次的均勻存在障礙，所以各國均積極研發(fā)各種非物理方法用以改善MOX初料的制備。
[0004]近些年，法國AREVA提出了共沉淀和煅燒MOX初料制備的方法。此方法依然遵循先將鈾钚原子均勻固定在固體晶格然后煅燒以解決均勻性的思路。AREVA研究發(fā)現，四價U離子和三價Pu離子的混合溶液加入草酸才能夠沉淀形成具有分子結構的共晶，而其他價態(tài)的U、Pu溶液不能形成共晶沉淀。
[0005]U、Pu草酸鹽共沉淀技術關鍵在于保持U、Pu價態(tài)分別為四價和三價。所以，控制U、Pu在共沉淀前處于在四價U和三價Pu是本技術的關鍵。但是，已有的技術并沒有能夠制造共沉淀料液的方法。
[0006]綜上所述，本發(fā)明創(chuàng)作者經過長時間的研究和試驗終于提出了通過溶劑萃取法制備鈾钚燃料鈾钚共沉淀料液的方法。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于用以克服上述技術缺陷，提供一種通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液方法。
[0008]為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案在于:提供一種通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其包括:
[0009]步驟a，料液濃縮:對料液進行蒸發(fā)濃縮，濃縮為料液一；
[0010]步驟b，料液二制備:向料液一中加入四價U，使料液一成為含有三價Pu、四價U和六價U的混合體系的料液二；
[0011]步驟C，溶劑萃取:將料液二進行萃取和洗滌；
[0012]步驟d,溶劑萃取完成后，以水相產品液作為鈾钚共沉淀料液；
[0013]其特征在于，所述料液為2BP料液。
[0014]較佳的，所述方法還包括:[0015]步驟e，萃取完成后的有機相與Purex流程中鈾钚分離工藝段的鈾產品液合并進入鈾反萃工藝段。
[0016]較佳的，所述步驟c中，使用混合澄清槽對所述料液二進行萃取和洗滌。
[0017]較佳的，所述混合澄清槽至少為8級。
[0018]較佳的，所述步驟c中，所述料液二從所述混合澄清槽第6級進料，有機相萃取液從所述混合澄清槽第I級進料，洗滌液從所述混合澄清槽第8級進料；所述料液二、所述有機相萃取液和所述洗滌液同時進料。
[0019]較佳的,所述步驟a中，將所述钚線產品液濃縮至100g/L~150g/L ;所述步驟b中，加入的所述四價U的量必須滿足四價U與Pu物質的量之比為1.50~1.55 ;所述步驟c中，所述萃取和洗滌為6級萃取2級洗滌；所述料液二、所述有機相萃取液和所述洗滌液流比為 1:0.6 ~0.8:0.4 ~0.6。
[0020]較佳的，所述步驟c中，所述萃取和洗滌的操作溫度為20-35度。
[0021]較佳的，所述水相產品液從所述混合澄清槽第I級的出料口流出，所述有機相從所述混合澄清槽第8級的出料口流出。
[0022]較佳的，所述有機相萃取液為30% TBP-煤油；所述洗滌液為硝酸。
[0023]與現有技術比較本發(fā)明的有益效果在于:提供了一種通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液方法，使得能夠通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液；采用2BP料液作為制備MOX共沉淀料液的起點，能夠直接應用接口钚線工藝段，能夠很好的適應我國后處理工藝的需求；萃取完成有機相含有大量的鈾，通過該步驟使得鈾能夠100 %進入purex主工藝段回收復用，如該部分不返回purex主工藝段，則需設置相應的萃取工藝和設備回收其中的鈾，這將極大的提高處理成本和社會成本。另外,如不處理該部分有機相,而是α廢物,根本無法直接作為高放廢物處置，對環(huán)境造成嚴重的影響；本方法步驟a中2BP濃度濃縮至100g/L~15(^/1，步驟13加入^1￥)的量應滿足U (IV)/Pu的比例為1.50~1.55，步驟c中萃取級為6級、洗滌級為2級，料液M0XEF、萃取劑MOXEX和洗滌劑MOXES的流比范圍應為MOXEF: MOXEX: MOXES = 1: 0.6~0.8:0.4~0.6。經以上工藝步驟及參數的結合，使得最終制得的產品液U(IV)和Pu(III)的比例很好的達到1:1。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液方法的流程圖；
[0025]圖2為本發(fā)明通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液方法混合澄清槽的結構圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術特征和優(yōu)點作更詳細的說明。
[0027]請參閱圖1所示，其為本發(fā)明通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液方法的流程圖；其中，制備袖杯共沉淀料液的流程為:
[0028]步驟a，料液濃縮:對钚線產品液進行蒸發(fā)濃縮，濃縮為料液一。
[0029]其中，MOX燃料是混合燃料的簡寫，全稱為混合氧化物燃料，是一種巧妙利用核裂變產物而設計的特種核燃料。
[0030]U(VI)表示六價鈾，U(IV)表示四價鈾，Pu(III)表示三價钚,Pu(IV)表示四價钚。[0031]钚線產品液是Purex流程钚線工藝段得到的產品液，也稱為2BP產品液、2BP料液。這里的Purex流程是核燃料后處理工業(yè)中溶劑萃取流程的簡稱，是用磷酸三丁酯萃取法從輻照核燃料中回收鈾、钚的一種化工過程，由多個工藝段組成，其中包括共去污工藝段(IA)、洗锝工藝段(TcS)、鈾钚分離工藝段(IB)、鈾反萃工藝段(1C)、鈾線工藝段(2D、2E)、钚線工藝段(2A、2B)等。
[0032]钚線產品液為純度很高的Pu溶液，其中絕大部分為Pu (III)，但是其中的Pu (III)非常不穩(wěn)定，會在生成之后的一段時間內逐步變?yōu)镻u (IV)，為保證制備過程的穩(wěn)定，本步驟中使用的钚線產品液(2BP料液)為經過陳化的純Pu料液。
[0033]本方法采用2BP料液作為制備MOX共沉淀料液的起點，能夠直接應用接口钚線工藝段，能夠很好的適應我國后處理工藝的需求。
[0034]將钚線產品液濃縮至100g/L~150g/L，硝酸濃度無需刻意調節(jié)，保持濃縮后的濃度值即可。
[0035]步驟b，料液制備:向料液一中加入定量的U(IV)，使料液一成為含有Pu(III)、U (IV)和U (VI)的混合體系的料液二。
[0036]料液一為含有U (VI) ,U(IV)和Pu (IV)的混合料液，因此需要加入定量的U (IV)，作為還原劑將Pu(IV)從四價還原為三價，從而得到含有U(IV)、U (VI)、Pu (III)的混合料液。
[0037]所用的钚線產品液濃度為100g/L，加入U(IV)的量應滿足U(IV)/Pu比例(物質的量之比)為1.50~1.55。
[0038]步驟C，溶劑萃取:將料液二引入多級混合澄清槽，進行萃取和洗滌。操作溫度為20-35度，萃取級為6級，洗滌級為2級。
[0039]如圖2所示，其為本發(fā)明通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液方法混合澄清槽的結構圖；其中，混合澄清槽至少為8級，其第I級至少包含一進料口 I和一出料口 4，其第6級至少包含一進料口 2，其第8級至少包含一進料口 3和一出料口 5。
[0040]MOXEF為沉淀待處理料液，即料液二，其從第6級進料口 2進料;Μ0ΧΕΧ為有機相萃取液，其從第I級進料口 I進料;M0XES為洗滌液，其從第8級進料口 3進料;Μ0ΧΕΡ為水相產品液，其從第I級出料口 4出料;M0XEW為有機相，其從第8級出料口 5出料。料液二中U(IV)和 Pu(III)的比例為 1:1。
[0041]圖中第I級、第6級、第8級為多級混合澄清槽的級號，對料液二的6級萃取2級洗滌，混合澄清槽至少為8級；料液二從第6級進料，同時有機相萃取液從第I級進料，洗滌液從第8級進料，它們的流比為1:0.6~0.8:0.4~0.6。
[0042]料液二從第6級進料，然后從第6級流向第I級；有機相萃取液為輕相，會從第I級流向第8級，從第I級向第6級流動的同時對料液二進行6級萃取，將其中的U(VI)完全萃入有機相；洗滌液為重相，會從第8級流向第I級，從第8級向第6級流動的同時會對逆流的有機相進行2級洗滌，將有機相中的少量U(IV) ,Pu(III)洗去，到第6級后與料液二混合，共同從第6級流向第I級；在整個混合澄清槽中，其中的有機相萃取液、洗滌液、料液二為混合的狀態(tài)，最終，水相產品液從第I級的出料口流出，有機相從第8級的出料口流出。
[0043]MOXEX、MOXEF、MOXES的添加沒有先后順序，需同時進料；M0XEF:MOXEX:MOXES的流比為 1:0.6 ~0.8:0.4 ~0.6。
[0044]有機相萃取液為30% TBP-煤油；洗滌液為0.8mol/L硝酸。[0045]本方法步驟a中2BP濃度濃縮至100g/L~150g/L，步驟b加入U (IV)的量應滿足U (IV)/Pu的比例為1.50~1.55，步驟c中萃取級為6級、洗滌級為2級，料液M0XEF、萃取劑 MOXEX 和洗滌劑 MOXES 的流比范圍應為 MOXEF: MOXEX: MOXES = 1: 0.6 ~0.8:0.4 ~0.6。經以上工藝步驟及參數的結合，使得最終制得的產品液U(IV)和Pu(III)的比例很好的達到 I:lo
[0046]步驟d,溶劑萃取完成后，以水相產品液作為鈾钚共沉淀的料液。
[0047]水相產品液中U(IV)和Pu(III)的比例為1: 1，為所需的用于制備MOX粉末的鈾钚共沉淀的料液。
[0048]步驟e，萃取完成后的有機相與Purex流程中鈾钚分離工藝段的鈾產品液合并進入鈾反萃工藝段。
[0049]萃取完成后的有機相萃取液MOXEX轉換為有機相MOXEW返流，與鈾钚分離工藝段的鈾產品液(IBU)合并進入鈾反萃工藝段(1C)。
[0050]進行本步驟的原因是:萃取完成有機相含有大量的鈾，通過該步驟使得鈾能夠100%進入purex主工藝段回收復用，如該部分不返回purex主工藝段，則需設置相應的萃取工藝和設備回收其中的鈾，這將極大的提高處理成本和社會成本。另外，如不處理該部分有機相，則是α廢物，根本無法直接作為高放廢物處置，對環(huán)境造成嚴重的影響。
[0051]實施例一
[0052]與上述所用方法相同，不同的是工藝參數，其中，步驟a中將2BP料液中Pu濃度濃縮至10(^/1，步驟13中按^1￥)/?11比例(物質的量之比)為1.5加入U (IV)得到MOXEF料液，步驟c中的參數為:M0XEF中Pu(III)濃度為51.00g/L，U(IV)濃度為51.llg/L，U(VI)濃度為25.39g/L，硝酸濃度為2mol/L，有機相萃取液為30% TBP/煤油，洗滌液0.8mol/L硝酸，進行6級萃取2級洗滌，流比MOXEF: MOXEX: MOXES = 1:0.6:0.6,則制備的水相產品液M0XEP:M0XEF = 1.59:1，其中硝酸濃度為1.52mol/L, U(VI)的濃度小于0.lmg/L,Pu(III)濃度為 31.98g/L，U(IV)濃度為 32.08g/L,U(IV):Pu(III)為 1:1，附屬產品有機相MOXEffiMOXEF = 0.61:1，其中硝酸濃度為 0.llmol/L, U(VI)的濃度為 41.60mg/L, Pu(III)濃度小于8.6ug/L，U(IV)濃度為0.44g/L。
[0053]實施例二
[0054]與實施例一所用方法相同，不同的是工藝參數，其中，步驟a中將2BP料液中Pu濃度濃縮至15(^/1，步驟13中按^1￥)/?11比例(物質的量之比)為1.52加入U(IV)得到MOXEF料液，步驟c中的參數為:M0XEF中Pu(III)濃度為77.31g/L，U(IV)濃度為77.47g/L, U (VI)濃度為38.49g/L，硝酸濃度為2.71mol/L，有機相萃取液為30% TBP-煤油，洗滌液
0.8mol/L硝酸，進行6級萃取2級洗滌，流比MOXEF:MOXEX:MOXES = 1:0.6:0.4，則制備的水相產品液MOXEP:M0XEF = 1.39:1，其中硝酸濃度為2.20mol/L, U (VI)的濃度為3.0mg/L,Pu(III)濃度為 55.82g/L，U(IV)濃度為 55.73g/L，U(IV):Pu(III)為 1:1，附屬產品有機相MOXEffiMOXEF = 0.62:1，其中硝酸濃度為 0.llmol/L, U(VI)的濃度為 62.56mg/L, Pu(III)濃度小于2.6ug/L，U(IV)濃度為0.46g/L。
[0055]實施例三
[0056]與實施例二所用方法相同，不同的是工藝參數，其中，步驟a中將2BP料液中Pu濃度濃縮至120g/L，步驟b中按U (IV)/Pu比例(物質的量之比)為1.55加入U(IV)得到MOXEF料液，步驟c中的參數為:M0XEF中Pu(III)濃度為61.46g/L，U(IV)濃度為64.Hg/L,U(VI)濃度為30.60g/L，硝酸濃度為2.56mol/L，有機相萃取液為30% TBP-煤油，洗滌液
0.8mol/L硝酸，進行6級萃取2級洗滌，流比MOXEF: MOXEX: MOXES = 1: 0.73:0.50，則制備的水相產品液MOXEP:M0XEF = 1.49:1，其中硝酸濃度為1.88mol/L, U (VI)的濃度為0.4mg/L,Pu(III)濃度為 41.31g/L，U(IV)濃度為 41.16g/L，U(IV) = Pu(III)為 1:1，附屬產品有機相MOXEffiMOXEF = 0.74:1，其中硝酸濃度為 0.09mol/L, U(VI)的濃度為 4L 2lmg/L, Pu(III)濃度小于1.8ug/L，U(IV)濃度為3.91g/L。
[0057]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術人員理解，在本發(fā)明權利要求所限定的精神和范圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，包括: 步驟a，料液濃縮:對料液進行蒸發(fā)濃縮，濃縮為料液一； 步驟b，料液二制備:向料液一中加入四價U,使料液一成為含有三價Pu、四價U和六價U的混合體系的料液二； 步驟C，溶劑萃取:將料液二進行萃取和洗滌； 步驟d，溶劑萃取完成后，以水相產品液作為鈾钚共沉淀料液； 其特征在于，所述料液為2BP料液。
2.根據權利要求1所述的通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其特征在于，所述方法還包括: 步驟e，萃取完成后的有機相與Purex流程中鈾钚分離工藝段的鈾產品液合并進入鈾反萃工藝段。
3.根據權利要求2所述的通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其特征在于，所述步驟c中，使用混合澄清槽對所述料液二進行萃取和洗滌。
4.根據權利要 求3所述的通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其特征在于，所述混合澄清槽至少為8級。
5.根據權利要求4所述的通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其特征在于，所述步驟c中，所述料液二從所述混合澄清槽第6級進料，有機相萃取液從所述混合澄清槽第I級進料，洗滌液從所述混合澄清槽第8級進料；所述料液二、所述有機相萃取液和所述洗滌液同時進料。
6.根據權利要求1-5中任一所述的通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其特征在于，所述步驟a中,將所述钚線產品液濃縮至100g/L~150g/L ;所述步驟b中,加入的所述四價U的量必須滿足四價U與Pu物質的量之比為1.50~1.55 ;所述步驟c中，所述萃取和洗滌為6級萃取2級洗滌；所述料液二、所述有機相萃取液和所述洗滌液流比為1:0.6~0.8:0.4 ~0.6。
7.根據權利要求6所述的通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其特征在于，所述步驟c中，所述萃取和洗滌的操作溫度為20-35度。
8.根據權利要求6所述的通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其特征在于，所述水相產品液從所述混合澄清槽第I級的出料口流出，所述有機相從所述混合澄清槽第8級的出料口流出。
9.根據權利要求8所述的通過溶劑萃取制備鈾钚共沉淀料液的方法，其特征在于，所述有機相萃取液為30% TBP-煤油；所述洗滌液為硝酸。
【文檔編號】C22B60/02GK104018013SQ201410283044
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權日:2014年6月23日
【發(fā)明者】陳延鑫, 何輝, 唐洪彬, 彭力, 張春龍 申請人:中國原子能科學研究院