[发明专利]一种复合载体催化剂催化肼还原铀的方法

说明书

本发明涉及一种复合载体催化剂催化肼还原铀的方法，主要实现了酸性条件下催化肼还原六价铀制备四价铀溶液，且获得了较高的四价铀收率。本发明所述催化剂是由活性组分金属负载于Ti‑M复合载体上构成，按质量份数计包括以下组分：a)Ti‑M复合载体中的Ti为钛的氧化物，所占份数为50～99.9％；b)活性组分选自金属Pt、Pd、Ru、Ir、Rh、Au中的任意一种，所占份数为0.001～20％；c)Ti‑M复合载体中的M选自SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂中的一种或两种以上，所占份数为0.001～40％。本发明提供的催化剂在酸性体系中可在温和条件下直接催化肼还原六价铀为四价铀，且四价铀收率可达99％，反应速率可达135.7g_U4g^‑1min^‑1。

技术领域

本发明涉及一种复合载体催化剂催化肼还原铀的方法。

背景技术

核燃料后处理技术是核工业的重要一环。对乏燃料(反应堆中使用过的核燃料)进行后处理，分离回收铀(U)和钚(Pu)作为核燃料再利用，同时对高放射性废物进行地质处置，对我国核能的安全和可持续发展至关重要。

乏燃料后处理技术的关键是实现铀、钚以及其他裂变元素的分离。目前，国内外后处理厂主要采用普雷克斯(Purex)流程，利用磷酸三丁酯(TBP)对三价钚萃取能力很小，实现铀和钚的分离。但经预处理后的钚为四价态，需添加还原剂将四价钚(Pu(IV))还原到不易被萃取的三价钚(Pu(III))。在肼作支持还原剂时，四价铀(U(IV))是一种较好的四价钚(Pu(IV))的还原反萃剂，具有钚还原反萃完全、不向系统引入杂质、反应速率快等优点而得到广泛应用。因此，大多数正在运行及在建的乏燃料后处理厂均使用肼稳定的U(IV)作为还原反萃取剂，如法国的UP3、UP2-800和我国的中试厂等。

目前，四价铀的生产主要有电解还原法、加氢还原法和液相还原法等。电解还原法是通过电解硝酸铀酰(UO₂(NO₃)₂)将其还原为四价铀(U(IV))，该方法具有过程简单，不引入杂质等优点。但实际生产中，电解还原法中六价铀(U(VI))转化率较低，一般为50-60％，使得产物中四价铀浓度较低。采用其作为还原剂时不仅会导致钚产品的稀释，还会增加铀产品的回收负担。加氢还原法采用高压氢气将UO₂(NO₃)₂溶液还原为U(IV)，其具有生产能力大，U(IV)产率高等优点。但加氢还原法生产设备复杂，且高压氢气的使用在放射性极强的核燃料后处理车间是一个很大的安全隐患。在催化剂的作用下，采用肼等有机还原剂可以将U(VI)还原为U(IV)，如式(1)，其反应条件温和(常温常压)，制备过程简单，是一种很有前景的U(VI)制备方法。

N₂H₅⁺+3H⁺+2UO₂²⁺→2U⁴⁺+N₂+4H₂O  (1)