Стандартный пурекс-процесс на примере рт-1

П

4-8М HNO₃

0,5М HNO₃

ервый экстракционный цикл:

исх. р-р

1

10

12

14

16

переток

ТБФ 30%

экстракт

рафинат

ТБФ 30%

6

16

р/э р-р N₂H₄

р/э Pu, Np

0,01-0,03М HNO₃

Na₂CO₃. 50г/л

1

12

1

4

р/э U

+t

отработ. карбонат. р-р

регенерация ТБФ

1 аппарат– совместная экстракция U, Pu, Np.

10 ступеней экстракции, 6 ступеней промывной зоны.

4 -8М HNO₃ – для очистки от рутения. Продукты деления

0,5М HNO₃ – для очистки от циркония.

Чтобы эти промывки не смешивались – внизу переток.

1-10 ступени: соотношение потоков n = 3.

ТБФ 30%, разбавитель – парафин.

За счет промывок k_{разбавл.} = 1,7

Исходный раствор:

• кислотность = 3М HNO₃

• [U] = 220-250 г/л

• [Pu] = 2-3 г/л

• [Np] = 100-200 мг/л

• [Tc] = 200-300 г/л

В рафинате:

• [U] ≤ 1 мг/л

• [Pu] ≤ 1 мг/л

• [Np] ≤ 1мг/л

• [HNO₃] ~ 3 моль/л

Насыщение экстрагента ураном – один из основных механизмов увеличения коэффициента очистки от продуктов деления.

Уран вытесняет из органики другие компоненты.

Плутоний и нептуний не должны быть вымыты.

Существует зона насыщения: [U] = 85-95 г/л ~ 70% от емкости ТБФ.

В экстракте: [Pu] = 0,8-0,9 г/л. Коэффициент очистки ~ 10³-10⁴.

Исходный раствор не должен содержать взвесей (проходит специальную очистку на фильтрах).

Взвеси – межфазные эмульсии: усложнение процесса разделения фаз, забивка перетоков, ухудшают гидродинамические показатели.

При рубке ТВЭЛов остается мелкая стружка конструкционных материалов.

Кремниевая кислота образует нерастворимую фазу в данных условиях.

Не < 50% дисперсного углерада образуется в таблетках в результате выгорания пластификаторов (пластических органических добавок).

Основной γ-источник в продуктах деления – Cs-137, неэкстрагируемый. При нормальном проведении процесса сбрасывается в рафинат.

После удаления Cs-137, основным γ-источником становится Ru-106, если головной аппарат работает хорошо.

водная фаза

органическая фаза

8

7

водная фаза

органическая фаза

8

9

водная фаза

органическая фаза

16

12

водная фаза

органическая фаза

водная фаза

органическая фаза

Фронт урана заканчивается в районе 6-7 ступени. За фронтом урана цирконий начинает скапливаться в определенных ступенях экстракционной зоны. При этом концентрационный пик циркония может превышать концентрацию в исходном растворе в 5-10 раз.

Экстракция циркония обусловлена наличием внутриаппаратного рефлакса =>maxэкстракции технеция располагается в районе пика концентрации циркония ~ 10-11 ступень.

Ступени питания 10 технеция распределяются в соответствии с коэффициентом распределения между водной и органической фазами → процесс обусловлен эффектом соэкстракции урана с плутонием.

В безурановой зоне (до 7 ступени) технеций образует смешанный сольват с цирконием. Возвращаясь в сторону ступеней питания, где цирконий полностью вытесняется ураном в водную фазу, а технеций в виде сольвата движется в сторону выхода сольвата.

Экстракция технеция зависит от степени насыщения органической фазы. Так, при содержении урана в органике 87 г/л, извлекается >90% технеция. При содержании урана 95 г/л, извлекается 82% технеция.

2 аппарат –восстановительная реэкстракция плутония.

6-16 – зона реэкстракции.

1-6 – зона отмывки от урана водного потока свежим 30% ТБФ.

За счет соотношения фаз n = 6-8 осуществляется концентрирование плутония и нептуния в 6-8 раз.

Реэкстрагент – для режима слабокислой реэкстракции. Содержание азотной кислоты 0,2М, гидразиннитрата 60 г/л, ДТПА 2-5 г/л.

Восстановитель – четырехвалентный уран – образуется за счет использования электро-химических ячеек (по реэкстракционной зоне ставится 2-4 ячейки, одна ячейка в отмывочной зоне).

Стабилизатор – гидразин.

Уран четырехвалентный обеспечивает хорошую отмывку от плутония.

Фронт плутония находится в 1-6 ступенях. До 9 ступени он почти не доходит.

Нептуний в условиях восстановительного процесса в присутствии гидразина стабилизируется в степени окисления +4. Возможна в небольшой части степень окисления нептуния +5.

Нептуний с ДТПА образует неэкстрагируемые комплексы, в таком виде выводится в водную фазу вместе с плутонием (совместный реэкстракт плутония и нептуния). Плутоний восстанавливается до степени окисления +3 и выводится.

Коэффициент очистки урана от плутония ~ 30.

Сложности на этом аппарате: переокисление плутония обратно в четырехвалентное состояние в результате действия технеция. Технеций восстанавливается гидразином до неэкстрагируемой формы Tc⁺⁴. Его фронт располагается в тех же пределах, что и у плутония (1-6 ступени).

Гидразин в 16 ступени аппарата без разрушения проходит реэкстракционную зону. Разрушается в зонах, где находится технеций (1-10 ступени).

Поэтому для эффективности проведения процесса, гидразин надо вводить с избытком, чтобы в реэкстракте его было 10-15% от введенного. Если гидразина мало – нарушение процесса.

Технеций комплексуется ДТПА (Tc(IV), Tc(V), Tc(VI)).

N

Расход гидразина

₂H₄

NO₃

TcO²⁺ + ДТПА – обратная реакция тормозится, экономия гидразина.

Технеций влияет на выход плутония.

Содержание технеция на ступенях – важный параметр. На данном этапе, для оперативного контроля, используют приборы нейтронного контроля за выходом плутония (технеций труднее контролировать).

Нептуний выходит в реэкстракт нестабильным, его содержание колеблется от 50 до 400 мг/л. Эти колебания обусловлены тем, что нептуний имеет свойство закладываться в водной фазе в экстракционной зоне, а затем, при колебании параметров процесса, происходят выбросы (нестабильность, 50,100,400,50..)

Фронт нептуния – 3-7 ступени.

Технеций имеет свойство закладываться в аппарате и нестабильно выводиться.

Уменьшение концентрации технеция в реэкстракте свидетельствует о неблагополучии процесса.

В реэкстракте:

• Pu 6-8 г/л

• HNO₃ 0,6 М

• N₂H₅NO₃ 10 г/л

• Np 50-100 мг/л

• Tc 200-400 мг/л

Реэкстракт направляется на стадию разделения плутония и нептуния (аффинажное).

3 аппарат – реэкстракция урана.

Основана на выведении урана в водную фазу при промывке слабокислым раствором (D(U)↓).

Для улучшения реэкстракции производят нагрев реэкстрагента до 60°С.

Концентрация экстрагента ~ 80.

Концентрация азотной кислоты ~ 0,01-0,03 М.

Соотношение фаз (органической к водной) n = 1.

Увеличить n не удается.

Экстрагирующая концентрация азотной кислоты мала.

↑ концентрации экстрагента может привести к гидролизу.

Увеличить концентрацию урана не удается.

Урана в реэкстракте ~ 80-100 г/л.

Фронт урана располагается:

43