[发明专利]一种从放射性乏燃料中回收钚的方法

说明书

本发明属于核材料处理技术领域，涉及一种从放射性乏燃料中回收钚的方法。所述的方法依次包括如下步骤，萃取：将所述的放射性乏燃料的水溶液中的四价钚用含磷酸三丁酯的有机溶剂进行萃取；还原剂还原钚：在有机相中加入含二甲基羟胺的有机溶剂以将四价钚还原为三价钚；反萃取：在有机相中加入稀酸水溶液以将钚反萃至水相进行回收。利用本发明的从放射性乏燃料中回收钚的方法，可较HAN反萃取明显提高从放射性乏燃料中回收钚的效率，同时可避免U(IV)还原萃取带来的问题。

技术领域

本发明属于核材料处理技术领域，涉及一种从放射性乏燃料中回收钚的方法。

背景技术

工业规模的放射性乏燃料后处理已有七十多年的历史，有17个国家从事后处理，其中英、法、俄、印、日等国已先后建成并运行商用后处理厂，具有丰富的运行经验。我国于上世纪70年代开始动力堆后处理技术研究，进入新世纪以来，随着我国核电的进一步发展，我国后处理技术发展正逐步驶入快车道，完成了动力堆后处理中试厂调试，规划了商用后处理厂项目。

在放射性乏燃料后处理流程方面，到目前为止，从复杂性、安全性、废物管理等方面综合考虑，Purex(Plutonium Uranium Reduction Extraction)流程依然是核燃料后处理最为成熟的流程技术。Purex流程以磷酸三丁酯(TBP)为萃取剂、烷烃(例如煤油，正十二烷)为稀释剂，根据不同元素在有机溶剂与硝酸体系中萃取性能的差异，进行元素分离，以纯化回收U、Pu等元素。

在Purex流程中，为达到钚(Pu)回收、纯化、浓缩的目的，需使用反萃取剂将钚反萃取到水相，钚反萃取效果直接影响Pu回收率、铀(U)产品质量等关键的流程工艺指标。由于Purex流程的强放射性场，有机溶剂受到辐照后生成与Pu(IV)配位很强的辐解产物，使Pu难以被完全反萃取；而由于被辐解产物配位而未被反萃取的Pu在后续溶剂回收的碱洗过程中将进入含盐的中放废液，并在其中发生聚合、积累和沉淀，其中的Pu难以回收，同时含Pu的中放废液处置成本也会增加。

法国UP3厂在进行动力堆放射性乏燃料后处理时，以羟胺(HAN)为反萃取剂的Pu纯化循环中存在有机相Pu不能被完全反萃取的现象；印度在进行快堆乏燃料后处理时，以硝酸共反萃取U、Pu的过程也存在有机相Pu不能被完全反萃取的现象。法国和印度的科研人员均认为反萃取过程中有机相Pu不能被完全反萃取是由TBP的辐解产物磷酸二丁酯(HDBP)造成的，其他的报导也认为，HDBP是造成Purex流程中Pu不能被完全反萃取的主要因素之一。日本东海村后处理厂对MOX-B燃料进行后处理时，测量了钚三循环中几个特定工艺点中HDBP的含量，在3A的洗涤段有机相中HDBP为45mg/L，在3B的反萃取段有机相中HDBP为100mg/L。因此，尽管在Purex流程中实现Pu的完全反萃取十分重要，但是根据国外后处理厂运行经验，有机溶剂辐解产物对钚反萃取带来的负面影响是客观存在的。

对于我国放射性乏燃料后处理技术的发展，HDBP对钚反萃取的影响同样带来很现实的问题：

1、以年处理量为1000吨轻水堆乏燃料的后处理厂为例，按现有Purex流程钚纯化循环工艺计算，钚反萃取工艺中流出有机相钚浓度达到2-10g/L以上，一年处理的乏燃料中损失到流出有机相、最后进入碱洗中放废液的钚量将达十几千克以上；同时，碱洗中放废液中钚量的增加也会使废物处置成本增加。如能将流出有机相钚浓度降低至10^-4g/L量级，则这部分钚几乎可以完全回收。

2、随着核电经济性的提高，核电站燃料燃耗加深，燃耗加深不仅会造成Purex流程中总放射性的增强，而且还将造成Pu生成量的增加，并且Pu元素中α比活度大的同位素所占的百分比也随之增加；而α射线的放射性能量可以全部被溶剂吸收，多种因素共同加剧了溶剂的辐解，辐解产物对钚反萃取的影响将更加严重。

U(IV)和HAN是钚回收中最常用的还原剂，对于含HDBP的TBP有机相，相对于HAN反萃取难以达到高Pu回收效率，U(IV)作还原剂时对Pu具有较好的反萃取效果，但还存在如下缺点：