Спосіб переробки відпрацьованого ядерного палива, не вимагає відновної реекстракціі плутонію

 

Область техніки, до якої належить винахід

Даний винахід відноситься до способу переробки відпрацьованого ядерного палива, який, серед інших переваг, не вимагають відновної реекстракціі плутонію. Цей спосіб, зокрема, знаходить застосування в переробки уранового оксидного палива та змішаного уран-плутонієвого оксидного палива.

Рівень техніки

Заводи по переробці відпрацьованого ядерного палива в даний час використовують PUREX процес (від: екстракційна очищення плутонію, урану Plutonium Uranium Refining by Extraction) для вилучення урану і плутонію, присутніх у цих видах палива.

Це досягається за рахунок реалізації декількох циклів очищення рідинною екстракцією. В якості екстрагента використовують три-н-бутилфосфат, який має особливу спорідненість до урану і плутонію.

Процес PUREX, який реалізований на заводах з переробки (UP2-800, UP3) у Ля Аг (La Hague) у Франції, схематично складається з трьох циклів, а саме:

- перший цикл призначений для спільної очищення урану і плутонію від продуктів ділення і мінорних актинідів, тобто америцію, кюрію і нептунію, для поділу урану і плутонію в двох водних потоках;

- двох додаткових цики плутонію після їх поділу.

Останнім часом в документі WO 2007/135178 (посилання [1]) в якості основного розвитку PUREX процесу був запропонований процес званий СОЕХ™ процесом (від COEXtraction).

При збереженні порівнянного з процесом PUREX добування та очищення урану і плутонію, це розвиток забезпечує значне зниження ризику застосування плутонію у військових цілях.

Цей процес також дозволяє виробляти потік, що містить суміш очищених плутонію, урану і необов'язково нептунію, тобто повністю очищених від продуктів ділення і використовувати цей потік в якості сировини встановлення так званої "ко-конверсії", функцією якої є отримання змішаного оксиду (U, Pu)O2або (U, Pu, Np)O2, який може бути безпосередньо використаний для виробництва ядерного палива типу МОХ-палива (від змішаного оксидного палива Mixed OXide Fuel).

Для цього після операцій очищення урану і плутонію, аналогічних використовуваним в першому циклі PUREX процесу, СОЕХ™ пропонує поділ урану і плутонію, для отримання першого водного потоку, який містить плутоній, уран і необов'язково нептуній, і другого водного потоку, який містить уран і необов'язково нептуній, але який не містить плутоній.

СОЕХ™ процес �ится в присутності урану і, необов'язково нептунія до отримання змішаного оксиду (U, Pu)O2і (U, Pu, Np)O2.

Тому в СОЕХ™ процесі "другий плутонієвий цикл" PUREX процесу замінений циклом очищення не тільки одного плутонію, але суміші плутонію, урану і необов'язково нептунію, який присутній в першому водному потоці, одержуваному при поділі.

У PUREX і ™СОЕХ процесах поділ урану і плутонію на дві водні фази засноване на реекстракціі плутонію, яка називається "відновлювальна", так як вона складається з вилучення плутонію з органічної фази, в якій він знаходиться, повним відновленням плутонію до ступеня окислення III, в якій плутоній погано екстрагується три-н-бутилфосфатом, і тому легко переходить у водну фазу.

Для цього органічну фазу, що містить плутоній (IV), приводить в контакт з водною фазою азотної кислоти, яка містить відновник, здатний відновити цей плутоній (IV) до плутонію (III), спільно з анти-нитритними реагентами, для руйнування азотистої кислоти, яка утворюється в водній фазі, тим самим стабілізуючи і відновник і плутоній (III).

Операція відновної реекстракціі плутонію також здійснюється на стадії очищення плутонію в PUREX пр�ї реекстракціі плутонію, які суміщають реакцію відновлення з рідинною екстракцією, є відносно складними у зв'язку з протіканням окислювально-відновних реакцій. Вони вимагають додавання відновників і анти-нитритних реагентів в кількості, яка може бути дуже суттєвим для переробки МОХ-палива з високим вмістом плутонію, що накладає технологічні обмеження, щоб гарантувати стабільність і безпеку цих операцій, особливо з урахуванням деяких продуктів реакцій.

Крім того, необхідні подальші операції, які складаються в окисленні плутонію (III) у плутоній (IV), або так, щоб він знову міг бути екстрагований в органічну фазу, або так, щоб він міг необов'язково зберігатися у водній фазі, так як плутоній є стабільним у водному середовищі тільки в ступені окислення IV, що ускладнює процес.

Таким чином, в перспективі розвитку нових виробництв для переробки відпрацьованого ядерного палива, винахідники поставили перед собою мету створення способу з такими ж характеристиками, що і процеси PUREX і ™СОЕХ щодо вилучення та очищення урану і плутонію, що не вимагає відновної реекстракціі плутонію, зокрема, для достиженавать, як і в ™СОЕХ процесі, два потоки, один, що містить суміш очищеного плутонію, урану і необов'язково нептунію, та інший, що містить очищений уран,

- або створювати, як у PUREX процесі, два потоки, один, що містить очищений плутоній, та інший, що містить очищений уран,

- чи створювати два потоки, один, що містить суміш очищеного плутонію і нептунію, та інший, що містить очищений уран.

Винахідники також поставили перед собою мету, яка полягає в тому, що якщо спосіб використовується для отримання потоку, що містить суміш очищеного плутонію, урану і необов'язково нептунію, він може забезпечити велику гнучкість при регулюванні відносини між кількостями плутонію і урану у виробленому потоці.

Крім того, винахідники поставили перед собою мету, яка полягає в тому, щоб при використанні цього способу, щонайменше, частково, досвід та ноу-хау, напрацьовані в PUREX процесі, дозволяють використовувати цей спосіб на промисловому рівні в короткостроковій або середньостроковій перспективі.

Розкриття винаходу

Ці цілі і інші досягаються винаходом, яке пропонує спосіб переробки відпрацьованого ядерного палива, що включає, щонайменше, наступні стадитоплива в азотною кислотою для видалення америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в цій фазі, очищення включає, щонайменше, спільну екстракцію урану в ступені окислення VI і плутонію в ступені окислення IV в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить перший екстрагент, який більш ефективно экстрагирует уран (VI) і плутоній (IV), ніж актиниди (III) і продукти ділення з кислої водної фази;

b) спільну реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану і плутонію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення IV і плутоній реекстрагіруют в ступенях окислення IV і VI, і плутоній (VI) додатково утворюється при спільній реекстракціі, за рахунок диспропорционитерования плутонію(IV);

c) поділ урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b), на першу водну фазу, що містить або плутоній без урану, або суміш урану і плутонію і другу водну фазу, що містить уран без плутонію, причому зазначене поділ включає, щонайменше:

- селективну екстракцію всього або частини урану в ступені окислення VI в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить другий екстрагент, який відрізняється від першого эолняют після і/або спільно з обробкою азотнокислої водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі, до плутонію (IV);

- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;

d) очищення плутонію або суміші урану та плутонію у водній фазі, одержуваних на стадії с), щоб видалити продукти поділу, які все ще можуть перебувати в цій фазі.

Таким чином, у способі винаходу поділ урану і плутонію на дві водні фази засноване не на операції реекстракціі для відновлення плутонію, що міститься в органічній фазі, одержуваної на стадії очищення, а на селективної екстракції всього або частини урану, що міститься в азотнокислої водній фазі, яка включає уран і плутоній, спільно екстраговані на стадії очищення.

Це стало можливим за рахунок:

- по-перше, здійснення, між стадіями очищення і розділення стадії b), яка складається з спільної реекстракціі в азотнокисла водну фазу урану і плутонію, присутніх в органічній фазі, одержуваної на стадії очищення, не вдаючись до реакції відновлення плутонію, присутнього в цій фазі;

- по-друге, використання на стадії розділення органічної фази, що містить екстрагент, який боЀевести в цю органічну фазу весь або частина урану, спочатку присутнього у кислої водної фазі, залишаючи при цьому плутоній (IV) в цій фазі.

У вищевикладеному і в подальшому описі, вважається, що екстрагент більш ефективно экстрагирует уран (VI), ніж плутоній (IV) з кислої водної фази, коли коефіцієнт розподілу урану (VI), отриманий для цього екстрагента, більше, ніж коефіцієнт розподілу плутонію (IV), отриманий в тій же екстракції, незалежно від експериментальних умов проведення екстракції.

Аналогічно вважається, що екстрагент більш ефективно экстрагирует уран (VI) та/або плутоній (IV), ніж америцій, кюрій та/або продукти ділення з кислої водної фази, коли отримані коефіцієнти розподілу урану (VI) та/або плутонію (IV) для цього екстрагента більше, ніж отримані коефіцієнти розподілу америцію, кюрію та/або продуктів поділу незалежно від експериментальних умов проведення екстракції.

У цьому зв'язку слід нагадати, що в рідинної екстракції коефіцієнт розподілу металу М, що позначається Dм, відповідає стосовно його концентрації в органічній фазі до його концентрації у водній фазі при рівновазі, тобто [М]орг/[М]водн.

Нептуній, що міститься у відпрацьованому ядерному �аходится в ступені окислення V і VI. Беручи до уваги подібність у поведінці у водних та органічних розчинах урану (VI) і нептунія (VI), останній неминуче екстрагується в органічну фазу першим екстрагентом, дія якого зміщує окисно-відновне рівновагу між двома ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (VI). В результаті спільна екстракція урану і плутонію на стадії а) супроводжується екстракцією нептунію, якщо нептуній не знаходиться в стані окислення V, під час або до цієї з-екстракції, що робить його слабо - або неэкстрагируемим першим екстрагентом.

З іншого боку, окисно-відновне рівновагу між ступенями окислення нептунія V і VI неминуче зміщується в бік утворення нептунія (V) з допомогою проведення обробки водної фази, одержуваної на стадії b) для відновлення присутнього плутонію (VI) до плутонію (IV), дія якої полягає в переведенні нептунію, присутнього в цій фазі, слабо - або неэкстрагируемое стан другим екстрагентом.

Це може переважно стати перевагою для отримання водної фази після стадії d), яка включає:

- або суміш очищеної плутонію і урану, також містить очищений �бодний від урану і нептунія;

- або суміш очищеної плутонію і нептунію, вільну від урану.

Таким чином, у першому кращому здійсненні способу винаходу, воно включає, щонайменше, наступні стадії:

a) очищення урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної розчиненням цього палива в азотній кислоті для видалення америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в цій фазі, очищення включає, щонайменше, спільну екстракцію урану (VI), плутонію (VI) і нептунія ступеня окислення VI в органічну фазу містить перший екстрагент;

b) спільну реекстракцію в азотнокисла водну фазу, урану, плутонію і нептунію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення IV, плутоній реекстрагіруют в ступені окислення IV і VI і нептуній реекстрагіруют в ступені окислення V і VI;

c) поділ урану, плутонію і нептунію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b), в першу водну фазу, що містить суміш урану, плутонію і нептунію і другу водну фазу, що містить уран без плутонію або нептунію, причому зазначене поділ включає, щонайменше:

- селективну екстракцію частини ур�після обробки азотнокислої водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі, до плутонію (b);

- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;

d) очищення суміші урану, плутонію і нептунію, присутніх у водній фазі, одержуваної на стадії с), щоб видалити продукти поділу, які все ще можуть перебувати в цій фазі.

В такому випадку, стадія d) переважно включає, щонайменше:

- екстракцію суміші урану, плутонію і нептунію, присутніх у водній фазі, одержуваної екстракцією на стадії), у ступені окиснення VI, IV і VI відповідно, в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить третій екстрагент, який відрізняється від другого екстрагента, і экстрагирующий більш ефективно уран (VI) і плутоній (IV), ніж продукти ділення з кислої водної фази;

- реекстракціі в азотнокисла водну фазу суміші урану (VI), плутонію (IV) і нептунія (VI), екстрагованих таким чином.

Для цієї мети, спосіб винаходу переважно включає, в процесі екстракції стадії d), обробку азотнокислої водної фази, що отримується при екстракції на стадії с), для зсуву окислювально-відновного рівноваги між ступенями окислення �нтом.

У другому кращому здійсненні способу винаходу, воно включає, щонайменше, наступні стадії:

a) очищення урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної розчиненням палива, для видалення нептунію, америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в цій фазі, очищення включає, щонайменше, спільну екстракцію урану (VI) і плутонію (IV) в органічну фазу, що містить перший екстрагент, цю спільну екстракцію виконують після і/або спільно з обробкою зазначеної азотнокислої водної фази для зсуву окислювально-відновного рівноваги, між ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (V);

b) спільну реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану і плутонію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення VI і плутоній у ступені окиснення IV і VI;

c) поділ урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b), на першу водну фазу, що містить суміш урану і плутонію і другу водну фазу, що містить уран без плутонію, причому поділ, щонайменше, включає:

- селективну екстракцію частини урану вотки водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі до плутонію (IV);

- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;

d) очищення суміші урану та плутонію у водній фазі, одержуваної екстракцією на стадії c), для видалення продуктів ділення, які все ще можуть перебувати в цій фазі.

У цьому випадку стадія d) переважно включає, щонайменше:

- екстракцію суміші урану та плутонію, присутніх у водній фазі, що отримується при екстракції на стадії), у ступені окиснення VI і IV відповідно, в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить третій екстрагент, який відрізняється від другого екстрагента і экстрагирует більш ефективно уран (VI) і плутоній (IV), ніж продукти ділення з кислої водної фази;

- реекстракцію в азотнокисла водну фазу суміші урану (VI) і плутонію (IV), екстрагованих таким чином.

У третьому кращому здійсненні способу винаходу, воно включає, щонайменше, наступні стадії:

a) очищення урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної розчиненням палива, для видалення нептунію, америцію, кюрію і більшої частини продуктів справ� і плутонію (IV) в органічну фазу, містить перший екстрагент, цю спільну екстракцію проводять після і/або спільно з обробкою зазначеної азотнокислої водної фази для зсуву окислювально-відновного рівноваги між ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (V);

b) спільної реекстракціі в азотнокисла водну фазу урану і плутонію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення VI і плутоній у ступені окиснення IV і VI;

c) поділу урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b) у першу водну фазу, що містить плутоній без урану і в другу водну фазу, що містить уран без плутонію, причому поділ включає, щонайменше,:

- селективну екстракцію всього урану в ступені окислення VI в органічну фазу, що містить другий екстрагент, цю екстракцію виконують після обробки водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі до плутонію (IV);

- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;

d) очищення плутонію у водній фазі, одержуваної на стадії с), для видалення продуктів ділення, які все ще можуть�ю плутонію, присутнього у водній фазі, одержуваної на стадії), у ступені окиснення IV, в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить третій екстрагент, який відрізняється від другого екстрагента і більш ефективно экстрагирует плутоній (IV), ніж продукти ділення з кислої водної фази;

- реаэкстракцию в азотнокисла водну фазу плутонію (IV), екстрагованого таким чином.

У четвертому кращому здійсненні способу винаходу, воно включає, щонайменше, наступні стадії:

a) очищення урану, плутонію і нептунію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержаного розчиненням палива, для видалення америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в цій фазі, причому очищення включає, щонайменше, спільну екстракцію урану (VI), плутонію (IV) і нептунія в ступені окислення VI, в органічну фазу, що містить перший екстрагент;

b) спільної реекстракціі в азотнокисла водну фазу урану, плутонію і нептунію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення VI, плутоній реекстрагіруют в ступені окислення IV і VI і нептуній реекстрагіруют в ступені окислення V і VI;

c) поділу урану, плутонію і нсмесь плутонію і нептунія без урану і на другу водну фазу, містить уран без плутонію або нептунію, причому поділ включає, щонайменше:

- селективну екстракцію всього урану в ступені окислення VI в органічну фазу, що містить другий екстрагент, цю екстракцію виконують після обробки водної фази, одержуваної на стадії b) для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі, до плутонію (IV);

- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;

d) очищення суміші плутонію і нептунію, присутніх у водній фазі, одержуваної екстракцією на стадії с), для видалення всіх продуктів ділення, які все ще можуть перебувати в цій фазі.

В такому випадку, стадія d) переважно включає, щонайменше:

- екстракцію суміші плутонію і нептунію, присутніх у водній фазі, одержуваної екстракцією на стадії), у ступені окиснення IV і VI відповідно, в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить третій екстрагент, який відрізняється від другого екстрагента і який більш ефективно экстрагирует плутоній (IV), ніж продукти ділення з кислої водної фази;

- реекстракцію в азотнокисла водну фазу суміші плутонію (IV) і нептунія (VI), екстрагованих таким чином.

Для� водної фази, одержуваної екстракцією на стадії с), для зсуву окислювально-відновного рівноваги між ступеня окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (VI).

Незалежно від використаного варіанту здійснення способу винаходу, переважно використовують однаковий екстрагент в якості першого і третього екстрагента, так щоб спростити звернення з утворюються органічними стоками.

Цей екстрагент переважно є триалкилфосфатом а ще краще-три-н-бутилфосфатом (або ТБФ), який зазвичай використовується з концентрацією 30% (об/об) в органічному розчиннику типу суміші вуглеводнів, зокрема, гідрогенізованій тетрапропилене (ТРН), як в PUREX процесі.

Однак також можна використовувати два різних екстрагента і вибрати один і/або інший з екстрагентів сімейства N,N-диалкиламидов, загальної формули RC(O)N(R')2, де R являє собою розгалужену алкільних груп у β-положенні до карбонільної групи, наприклад, N,N-ди(2-этилгексил)-n-бутанамид (або DEHBA), або N,N-ди-(2-этилгексил)-3,3-диметилбутанамид (або DEHDMBA).

Другий екстрагент переважно вибирають з N,N-диалкиламидов тієї ж формули, зазначеної вище, але в якій R являє собою розгалужену ал�ример, N,N-ди-(2-этилгексил)-2,2-диметилпропанамид (DEHDMPA), які, як відомо, мають більшу спорідненість до урану (VI), ніж до плутонію (IV).

Однак і в цьому випадку можна вибрати другий екстрагент з триалкилфосфатов з розгалуженими алкільних груп, таких як, наприклад, три-трет-бутилфосфат.

Серед N,N-диалкиламидов особлива перевага віддається DEHiBA, селективність якого урану (VI) особливо висока, оскільки, коефіцієнти розподілу DU(VI)і DpU(IV), отримані з цим екстрагентом становлять 2,7 та 0,03 відповідно (тобто фактор поділу близько 90) у присутності 3 моль/л азотної кислоти і переважно він використовується при концентрації 0,5-2 моль/л, що більш переважно 1-1,5 моль/л, в органічному розчиннику.

Цей розчинник може бути незалежно обраний з численних полярних або аліфатичних органічних розчинників, використання яких було запропоновано для переробки опроміненого ядерного палива, таких як толуол, ксилол, t-бутилбензол, триизопропилбензол, гас, додекани (п-додекан, гідрований тетрапропилен, ...), изопарафини (наприклад, Isane IP 185), метанитробензотрифторид і 5,5'-[окси-біс-(метиленокси)]біс-(1,1,2,2,3,3,4,4-октафторпентан).

Однак і в цьому випадку метою�ого і третього екстрагента, і, наприклад, суміш вуглеводнів, така як ТРН, якщо ТБФ використовується в якості першого і третього екстрагента.

Також незалежно від варіанту здійснення способу винаходу, обробка азотнокислої водної фази, одержуваної на стадії b), що проводиться для відновлення плутонію (VI) до плутонію (IV) переважно включає додавання азотистої кислоти до цієї фази, наприклад, введенням нітрозних газів.

Крім того, обробка, застосовувана для контролю стану окислення нептунія у вищеописаних різних осуществлениях способу, переважно включає відповідним чином вибране додати азотистої кислоти, наприклад, введенням нітрозних газів.

Наприклад, у першому і четвертому осуществлениях способу - в яких бажано отримати після стадії d) суміш, що містить нептуній разом з ураном і плутонієм, або тільки з плутонієм - додавання азотистої кислоти у відповідній кількості зазвичай близько 10-4-10-3М, під час операції екстракції стадії d), забезпечує зсув окислювально-відновного рівноваги між ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (VI), сприяючи тим самим його екстракції третім екстрагентом. Це добавлнной стадії способу азотиста кислота присутня в достатній кількості в зв'язку з високою активністю переробляються водних азотнокислих розчинів.

У другому і третьому осуществлениях способу - в яких, навпаки бажано отримати після стадії d) суміш урану і плутонію або одного плутонію без нептунію, додавання азотистої кислоти в достатній кількості зазвичай близько 0,01-0,1 М, перед початком спільної стадії екстракції а) і/або під час цієї спільної екстракції, забезпечує зсув окислювально-відновного рівноваги між ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (V), який не може бути екстрагований першим екстрагентом.

Переважно спосіб винаходу додатково включає операцію концентрування азотнокислої водної фази, одержуваної на стадії b), та/або операцію концентрування азотнокислої водної фази, що отримується при екстракції на стадії с), так щоб знизити обсяг органічних фаз, необхідних для виконання стадій с) і d).

Інші переваги і характеристики винаходу стануть очевидні з подальшою частині опису, що відноситься до прикладів способу здійснення в промислових масштабах.

Очевидно, що ці приклади наводяться тільки в якості ілюстрації винаходи і жодним чином його не обмежують.

Короткий опис креслень

Фіг.1 являє�їдь для отримання суміші урану, плутонію і нептунію, яка може бути перетворена в змішаний оксид (U, Pu, Np)O2і , по-друге, для отримання урану достатньої чистоти для його перетворення в UO2.

Фіг.2 є блок-схемою першого варіанту здійснення, показаного на фіг.1, призначеного в першу чергу для виробництва суміші урану та плутонію, яка може бути перетворена в змішаний оксид (U, Pu)O2і , по-друге, для отримання урану достатньої чистоти для його перетворення в UO2.

Фіг.3 представляє блок-схему другого варіанту здійснення, показаному на фіг.1, призначеного в першу чергу для виробництва плутонію, який може бути перетворений в PuO2і , по-друге, для виробництва урану достатньої чистоти для його перетворення в UO2.

Фіг.4 представляє блок-схему третього варіанту здійснення, показаного на фіг.1, призначеного в першу чергу для виробництва суміші плутонію і нептунію, яка може бути перетворена в (Pu, Np)O2і , по-друге, для виробництва урану достатньої чистоти для його перетворення в UO2.

На цих фігурах прямокутники, позначені 1-11, представляють багатоступінчасті екстрактори, такі як ті, які зазвичай використовуються для рактори).

Органічні фази, що надходять і виходять з цих екстракторів позначені подвійними лініями, в той час як водні фази на вході і виході цих екстракторів позначені одинарними лініями.

Докладний опис конкретних осуществлений

По-перше, розглянемо фіг.1, яка є схемою одного кращого способу здійснення винаходу, призначеного для виробництва з розчину, одержаного розчиненням відпрацьованого ядерного палива, наприклад, UO2по-перше, суміші урану, плутонію і нептунію, яка може бути перетворена в змішаний оксид (U, Pu, Np)O2і , по-друге, урану, який може бути перетворений в UO2.

Це вихідний розчин, отриманий розчиненням відпрацьованого ядерного палива в концентрованій азотній кислоті (6-10 М), з наступним відстоюванням отриманої суміші, зазвичай містить 200-300 г/л урану на 2-3 г/л плутонію.

Він також містить мінорні актиниди, що включають нептуній, америцій і кюрій, також як продукти ділення (лантан, церій, празеодім, неодим, самарій, європій, ітрій, молібден, цирконій, рубідій, рутеній, паладій, стронцій і ін).

У цьому здійсненні спосіб винаходу включає в якості першої стадії, стадії очищення урчтительно проводять так само, як і стадію очищення в PUREX процесі, наприклад, реалізується на заводі UP2-800 у Ля Аг.

Тому ця стадія необов'язково, після регулювання кислотності розчину доведенням цієї кислотності до значення 4-6 М, включає:

- операцію під назвою "спільна екстракція U/Pu/Np", яка призначена для спільної екстракції урану, плутонію і нептунію, першого в ступені окислення VI, другого ступеня окислення IV і третього ступеня окислення VI із вихідного розчину приведенням в контакт з цим розчином органічної фази, що містить 30% (об/об) ТБФ в органічному розчиннику, наприклад, ТРН, і в ході якого окисно-відновне рівновагу між ступенями окислення нептунія V і VI у водній фазі зсувається в бік утворення нептунія (VI) за рахунок його екстракції в органічну фазу, що призводить до екстракції нептунію, яка може бути кількісною, якщо кінетика реакції окиснення нептунія (V) достатньо швидка;

- операцію звану "відмиванням FP", яка призначена для видалення з органічної фази, одержуваної на операції "спільна екстракція U/Pu/Np", продуктів ділення і, зокрема, рутенію та цирконію, які екстрагуються протягом цієї спільної екстракції, приве�водним розчином азотної кислоти;

- операцію звану "відмиванням Тз", яка призначена для видалення з органічної фази, одержуваної "відмиванням FP", технецію, який екстрагується протягом "спільної екстракції U/Pu/Np", приведенням в контакт цієї органічної фази з водної азотнокислої фазою підвищеної кислотності, наприклад, 4-5 М розчину азотної кислоти;

- операцію під назвою "додаткова спільна екстракція U/Pu/Np", яка призначена для екстракції в органічну фазу частини урану, плутонію і нептунію, які потрапляють з технецій у водну фазу при "відмивання Мс", приведенням в контакт цієї водної фази з органічною фазою, яка також складається з 30% (об/об) ТБФ у ТРИ.

Таким чином, виходять чотири фази:

- дві водні фази (або рафінат), одержувані при "спільної екстракції U/Pu/Np" і "додаткової спільної екстракції U/Pu/Np", в одній з яких містяться актиниди (III) і різні продукти поділу, в іншій міститься технецій, і які виводяться з циклу;

- органічна фаза, одержувана при "спільної екстракції U/Pu/Np", яку направляють в екстрактор 1 для включення в органічну фазу, яка циркулює в цьому экстракторе;

- органічна фаза, одержувана за "відмивання Тз", яка з� в екстрактор 5, в якому виконується друга стадія способу.

Ця друга стадія, яка називається "спільна реекстракція U/Pu/Np", на фіг.1, призначена для спільного видобування урану, плутонію і нептунія з органічної фази, одержуваної при "відмивання Мс", без використання реакції відновлення плутонію.

Тому її проводять приведенням в контакт цієї органічної фази з азотнокислої водною фазою з дуже низькою кислотністю на вході в екстрактор 5, наприклад, 0,01-0,05 М, але її кислотність зростає в ході операції, наприклад, додаванням 12 М азотної кислоти, так щоб ця кислотність становила близько 0,3-0,6 М на виході екстрактора 5 для запобігання гідролізу плутонію.

Ця водна фаза може бути нагріта, наприклад, до температури близько 50°C для зниження екстрагуються урану, плутонію і нептунія ТБФ, і тим самим сприяючи переходу цих елементів у водну фазу.

Наприкінці цієї стадії виходить:

- органічна фаза, яка вже не містить урану, плутонію, нептунію і продуктів ділення, і яку подають в каскад екстракторів (не показано на фіг.1), в якому проводиться очищення для її повернення в цикл;

- водна фаза, яка містить уран (VI), плутоній, який знаходиться головним тонія (VI) диспропорционироать у водному середовищі, тим більше в середовищі, яка нагріта і має низьку кислотність - нептуній (V), нептуній (VI) і сліди продуктів поділу.

Це водну фазу потім концентрують для зменшення її обсягу, наприклад, упариванием.

Потім вона піддається операції відновлення, наприклад, додаванням азотистої кислоти (HNO2) у посудину, в якому вона міститься, до подачі в екстрактори 6-8, в яких відбувається третя стадія способу, а саме стадія поділу.

Додавання азотистої кислоти проводиться, наприклад, введенням нітрозних газів, дозволяє відновити плутоній (VI) до плутонію (IV) і зрушити окисно-відновне рівновагу між ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія(У), дія якого полягає в зниженні екстрагуються плутонію і нептунія DEHiBA, який є екстрагентом, обраним для виконання стадії поділу, тим самим запобігаючи їх від проходження з ураном протягом цієї стадії поділу.

Як видно з фіг.1, стадія поділу необов'язково після коригування кислотності водної фази, одержуваної на операції відновлення, для доведення цієї кислотності до значення 4 - 6 М, включає:

- операцію, звану "екстракція U", яка пр�ганической фазою, містить, наприклад, 0,5-2 моль/л DEHiBA в додекане, наприклад, ТРН;

- операцію, звану "відмивання FP", яка призначена для видалення з органічної фази продуктів ділення і частини плутонію і нептунію, які були екстраговані при екстракції U", приведенням в контакт цієї органічної фази з азотнокислої водною фазою помірної кислотності, наприклад, 0,5-3 М, і яка, в якості запобіжного заходу, включає додавання азотистої кислоти для відновлення нептунія (VI) - що може бути присутнім в органічній фазі за рахунок можливого зсуву окислювально-відновного рівноваги між ступенями окислення нептунія V і VI у бік нептунія (V); і

- операцію, звану "реекстракція U", яка призначена для реекстракціі урану, присутнього в органічній фазі, одержуваної "реекстракціей FP", приведенням в контакт цієї органічної фази з азотною водною фазою з низькою кислотністю, наприклад, 0,01-0,03 М розчином азотної кислоти.

При цьому ця водна фаза може бути нагріта, наприклад, до температури близько 50°C для зниження екстрагуються урану DEHiBA і тим самим сприяючи його переходу у водну фазу.

Таким чином виходять три фази:

- органічна фаза, оторую подають в каскад екстракторів (не показані на фіг.1), в якому вона буде очищена для повернення в цикл;

- водна фаза, одержувана при "реекстракціі U", в якій міститься уран (VI), достатньою мірою чистоти, так що його можна вважати кінцевим продуктом, здатним до перетворення в оксид урану без яких-небудь додаткових операцій очищення, і яка, отже, виводиться з циклу;

- водна фаза, що отримується при екстракції U", яка містить уран (VI), плутоній (IV) і нептуній (V) і сліди продуктів ділення. Цю водну фазу потім концентрують для зменшення її обсягу, наприклад, упариванием. Після цього концентрування ця водна фаза містить уран (VI), плутоній, який знаходиться головним чином у ступені окиснення IV, частина якого знаходиться в стані окислення VI, у зв'язку зі здатністю плутонію(IV) диспропорционировать у водній фазі, нептуній (V) і нептуній (VI). Після додаткового підкислення для доведення її кислотності до значення 4-5 М, цю фазу подають в екстрактори 9-11, в яких відбувається четверта стадія способу, а саме стадія очищення.

Як видно з фіг.1, ця стадія очищення включає:

- операцію звану "спільна екстракція U/Pu/Np", яка призначена для спільної екстракції урану (VI), плутонію (IV), плуто�такт цієї водної фази з органічною фазою, містить 30% (об/об) ТБФ у ТРН, і в ході якої нептуній екстрагується кількісно у вигляді нептунія (VI) з того ж механізму, що і в "спільній екстракції U/Pu/Np" стадії очищення, але з додаванням азотистої кислоти (наприклад, введенням нітрозних газів в екстрактор 9) у кількості, що забезпечує каталітичне окислення нептунія (V) до нептунія (VI);

- операцію, звану "відмивання FP", яка призначена для видалення з органічної фази тих продуктів ділення, які були екстраговані при "спільної екстракції U/Pu/Np" приведенням в контакт цієї органічної фази з азотнокислої водною фазою з помірну кислотністю на вході в екстрактор 10, наприклад, 1-3 М розчин азотної кислоти, але її кислотність підвищується в ході операції, наприклад, додаванням 12 М азотної кислоти, так що вона становить 1-3 М на виході екстрактора 10; і

- операцію звану "спільна реекстракція U/Pu/Np", яка призначена для спільної реекстракціі урану, плутонію і нептунія з органічної фази, одержуваної при "відмивання FP", і в цьому випадку без використання реакції відновлення плутонію, і яку тому проводять приведенням в контакт цієї органічної фази з водною фазою з дуже низькою кислотністю, до�єр, додаванням 12 М азотної кислоти, так що ця кислотність становить близько 0,3-0,5 М на виході з екстрактора 11.

Як і раніше, ця водна фаза може бути нагріта, наприклад, до температури близько 50°C, для зменшення екстрагуються урану і плутонію ТБФ.

Таким чином виходить три фази:

- водна фаза, одержувана при "спільної екстракції U/Pu/Np", (або рафінат), яка містить продукти поділу і яку видаляють з циклу;

- органічна фаза, одержувана при "спільної реекстракціі U/Pu/Np", яка вже не містить ні урану, плутонію, нептунію, ні продуктів ділення і яку подають в каскад екстракторів, призначених для очищення органічних фаз, що містять ТБФ;

- водна фаза, одержувана при "спільної реекстракціі U/Pu/Np", яка містить суміш урану (VI), плутонію (IV), плутонію (VI), нептунію (V) і нептунія (VI), ступінь чистоти якої є достатньою для подачі цієї фази, після необов'язковою коригування вмісту в ній урану (VI) додаванням нітрату уранила та/або необов'язкового зберігання, установку, здатну перетворити цю суміш в змішаний оксид (U, Pu, Np)O2.

З причин, пов'язаних з безпечним здійсненням способу винаходу, переважно гарантируторие здійснюються в екстракторах 5 і 11 відповідно.

Для цього, можна завершити кожну з цих операцій спільної реекстракціі (не показані на фіг.1) операцією, яка полягає у видаленні з цих органічних фаз всіх слідів плутонію, які вони можуть містити, які найчастіше відповідають комплексам, утворених плутонієм та продуктами розкладання ТБФ, такими як ді-н-бутилфосфат.

У цьому випадку, ця операція може складатися з:

- або приведення в контакт органічних фаз, одержуваних при вищевказаних операціях "спільної реекстракціі U/Pu/Np", з азотнокислої водною фазою з кислотністю від низької до помірної, наприклад, 0,05-2 М розчину азотної кислоти, яка міститься реагент, здатний відновлювати плутоній (IV) до плутонію (III), такий як нітрат урану, наприклад, і анти-нітритний реагент, такий як гідразин;

- або приведення в контакт цих органічних фаз з азотнокислої водною фазою, також з кислотністю від низької до помірної, але містить лакунарний гетерополианион і, зокрема, гетеровольфрамат типу P2W17O6110-,As2W17O6110-,SiW11O398-GeW11O398-or PW11O397-як описано в WO 2005/052950 (посилання [2]).

Танептуния.

Зазвичай відсутня необхідність проводити аналогічні дії на стадії поділу, якщо ця стадія буде проводитися з використанням триалкилфосфата в якості екстрагента, в цьому випадку операція подібна тільки що описаної операції, переважно здійснюється після "відмивання FP" на цій стадії і до "реекстракціі U" (терміни "після" і "до" ставляться в заявці до напрямку потоку органічної фази) для того, щоб гарантувати відсутність слідів плутонію і нептунія у водній фазі, одержуваної при цій "реекстракціі U".

Слід зазначити, що при використанні відновника, такого як нітрат урану в операціях, призначених виключно для запобігання втягнення у фазу слідів плутонію, потоки відновника, використовувані в цих операціях не мають ніякого порівняння з тими, які необхідні для реекстракціі плутонію у водну фазу в першому і другому циклах процесу PUREX або які можуть бути необхідні для виконання цих операцій реекстракціі в процесі СОЕХ™. У зв'язку з цим вони не створюють обмежень, визначених раніше цими процесами.

Крім того, для забезпечення стабільної роботи способу винаходу також переважно запобігти перенесення екстрактів, графіт�диями і між третьою і четвертою стадіями.

Для цієї мети можна передбачити:

- операцію відмивки (показано на фіг.1) водної фази, одержуваної на стадії "спільної реекстракціі U/Pu/Np", що проходить в экстракторе 5, ТРН до концентрування цієї водної фази, для екстракції в органічну фазу екстрагента, присутнього у водній фазі;

- операцію промивання (показано на фіг.1) водної фази, що отримується при екстракції U", що проводиться в экстракторе 6, ТРН до концентрування цієї водної фази; маючи на увазі, що в обох випадках те, що промиту водну фазу потім концентрують, що допускає винесення пором і навіть розкладання залишків слідів екстрагента.

На фіг.1, ці промивання ТРН проілюстровані додаванням ТРН перед введенням органічної фази в екстрактори 5 і 6. Також можуть здійснюватись промивання розчинником водних фаз, що містять кінцеві продукти і рафінат, як показано на схемах, для зменшення виносу екстрагента в цих потоках.

Звернемося тепер до фіг.2, представляє схему першого варіанту здійснення, показаного на фіг.1, який дозволяє проводити, по-перше, суміш урану і плутонію, яка може бути перетворена в змішаний оксид (U, Pu)O2і , по-друге, уран, який може бути перетворений в UO2.

Цей вар�дить в экстракторе 1, виконується додаванням азотистої кислоти, наприклад, введенням нітрозних газів в посудину, що містить вихідний розчин, і в цей екстрактор, в кількості, що забезпечує зсув окислювально-відновного рівноваги між ступенями окислення нептунія V і VI у бік нептунія (V), тим самим запобігаючи його екстракцію ТБФ в органічну фазу. Тому в цьому варіанті, нептуній не екстрагується з вихідного розчину, а видаляється з циклу відразу після стадії очищення разом з актинидами (III), і всі операції після стадії очищення відбуваються без нептунія.

Тому:

- стадія "спільної реекстракціі U/Pu/Np", яка показана на фіг.1, замінюється так званою стадією "спільної реекстракціі U/Pu", яка призначена для спільної реекстракціі урану і плутонію з органічної фази, одержуваної при "відмивання Тз" і яка здійснюється так само, як стадія "спільної реекстракціі U/Pu/Np", яка показана на фіг.1;

- операція відновлення, яка проводиться безпосередньо перед стадією поділу, показаної на фіг.1, тобто виключно з метою відновлення плутонію (VI), що міститься у водній фазі, одержуваної на попередній операції концентрування, до плутонію (IV); при цьому

� U/Pu", яка призначена для спільної екстракції урану (VI), плутонію (IV) і плутонію (VI) з водної фази, одержуваної на операції концентрування;

- операцію, звану "відмиванням FP", яка призначена для видалення з органічної фази тих продуктів ділення, які були екстраговані при екстракції U/Pu";

- операцію, звану "спільною реекстракціей U/Pu", яка призначена для спільної реекстракціі урану, плутонію і плутонію з органічної фази, одержуваної при "відмивання FP";

ці три операції виконуються так само як операції "спільної екстракції U/Pu/Np", "відмивання FP" і "спільної реекстракціі U/Pu/Np" стадії очищення, показаної на фіг.1, за винятком того, що операція "спільної екстракції U/Pu", проводиться без додавання азотистої кислоти.

Таким чином, в кінці "спільної екстракції U/Pu", водну фазу, яка містить суміш урану (VI), плутонію (IV) і плутонію (VI), ступінь чистоти якої є достатньою для цієї фази для подачі, після необов'язковою коригування вмісту в ній урану(У1) додаванням нітрату уранила та/або необов'язкового зберігання, установку, здатну перетворити цю суміш в змішаний оксид (U, Pu)O2.

Звернемося тепер до фіг.3, яка пре�х, плутонію, який може бути перетворений в PuO2і, по-друге, урану, який може бути перетворений UO2.

Цей варіант відрізняється від варіанту, показаного на фіг.1, тим, що:

- не тільки проводиться операція спільної екстракції в экстракторе 1 з додаванням азотистої кислоти, наприклад, введенням нітрозних газів в посудину, що містить вихідний розчин, і в цей екстрактор, з тим, щоб відновити нептуній (VI), присутній в цьому розчині, до нептунія (V) і тим самим запобігти його екстракцію ТБФ в органічну фазу,

- але і додаванням операції екстракції U", яка проводиться в экстракторе 6, призначеної для екстракції всього урану, присутнього у водній фазі, одержуваної при операції відновлення, яка дозволяє використовувати достатню кількість теоретичних ступенів і достатнім витратою органічної фази.

Тому, наприклад, для схеми, як та, що наведена у прикладі нижче, у якій використовуються 8 ступенів екстракції (екстрактор 6) і 8 ступенів реекстракціі (екстрактор 7) з витратою органічної фази, що призводить до відносно U/Pu 0,55 у водній фазі, що отримується при екстракції U", досить - всі інші параметри рівні - для збільшення на 10% витрати орг�цього екстрактора водну фазу, яка містить тільки плутоній.

Таким чином, не тільки всі операції після стадії очищення, проходять без нептунія (як у варіанті, показаному на фіг.2), але, крім того, операції стадії очищення, показані на фіг.1, замінено на:

- операцію, звану "екстракція Pu", яка призначена для екстракції плутонію (VI) з водної фази, одержуваної на операції концентрування;

- операцію, звану "відмивання FP", яка призначена для видалення з органічної фази тих продуктів ділення, які були екстраговані при екстракції Pu";

- операцію, звану "реекстракція Pu"; яка призначена для реекстракціі плутонію з органічної фази, одержуваної при "відмивання FP";

ці операції виконуються так само, як і "спільна екстракція U/Pu/Np", "відмивання FP" і "спільна реекстракція U/Pu/Np" стадії очищення, показаної на фіг.1, за винятком того, що операція "екстракції U/Pu" проводиться без додавання азотистої кислоти.

Таким чином, після стадії "реекстракціі Pu" виходить водна фаза, яка містить плутоній (IV) і плутоній (IV), ступеня чистоти достатньою для подачі цієї фази після обов'язкового зберігання в установку, на якій цей плутоній може бути перетворений в PuO2.ороє дозволяє виробляти, по-перше, плутоній і нептуній, які можуть бути перетворені в (Pu, Np)O2і , по-друге, урану, який може бути перетворений в UO2.

Цей варіант відрізняється від здійснення, показаного на фіг.1, в тому, що операція "екстракції U", яка проходить в экстракторе 6, призначена як і в попередньому варіанті для екстракції всього урану, присутнього у водній фазі, одержуваної на операції відновлення.

З цієї причини операції стадії очищення, показаної на фіг.1, замінено на:

- операцію, звану "спільна екстракція Pu/Np", яка призначена для екстракції плутонію (IV) і нептунія з водної фази, одержуваної на операції концентрування;

- операцію, звану "відмивання FP", яка призначена для видалення з органічної фази тих продуктів ділення, які були екстраговані при "спільної екстракції Pu/Np";

- операцію, звану "спільна реекстракція Pu/Np", яка призначена спільно реэкстрагировать плутоній і нептуній з органічної фази, одержуваної при "відмивання FP";

ці операції виконуються так само, як "спільна екстракція U/Pu/Np", "відмивання FP" і "спільна реекстракція U/Pu/Np" стадії очищення, показаної на фіг.1.

Таким чином, після "совмеѽептуния (VI), ступеня чистоти достатньою для подачі цієї фази після обов'язкового зберігання в установку, на якій ця суміш може бути перетворена в змішаний оксид (Pu, Np)O2.

Наприклад, моделювання проводилося за допомогою програмного забезпечення PAREX комісаріату з атомної енергії для здійснення способу винаходу, показаного на фіг.1.

Дані для цього моделювання наступні:

Вихідний розчин:

[U]=250 г/л

[Pu]=3,02 г/л

[Np]=0,24 г/л

[HNO3]=4,5 М

Витрата на вході екстрактор 1=637 л/год

Стадія очищення:

- органічна фаза, яка подається в екстрактор 1:30% (об/об) ТБФ у ТРН з витратою 1272 л/год;

- водна фаза, яка подається в екстрактор 2:2 М розчин HNO3з витратою 273 л/год;

- водна фаза, яка подається в екстрактор 3:1,5 М водний розчин HNO3з витратою 304 л/год, потім підкислення додаванням 12 М розчину HNO3з витратою 243 л/год;

- органічна фаза, яка подається в екстрактор 4:30% (об/об) ТБФ у ТРН з витратою 545 л/год;

Стадія спільної реекстракціі урану та плутонію:

- водна фаза, яка подається в екстрактор 5:0,01 М розчин HNO3з витратою 2317 л/год, потім підкислення додаванням 12 М розчину HNO3з витратою 75 л/год, температура=50°C;

- водна фаза на виході екстракт�ваемая в екстрактор 6:[U]=314 г/л; [Pu (IV)]=3,8 г/л; [NP]=0,3 г/л; [HNO3]=5 М, витрата=508 л/год;

- органічна фаза, яка подається в екстрактор 6:1,5 М% DEHiBA (об/об) в ТРН з витратою 1379 л/год;

- органічна фаза, яка подається в екстрактор 7:1,5 М розчин HNO3з витратою 226 л/год; додавання HNO2;

- водна фаза, яка подається в екстрактор 8:0,01 М розчин HNO3з витратою 735 л/год, при температурі 50°C;

- водна фаза на виході екстрактора 8:[U]=200 г/л;

- водна фаза на виході екстрактора 6:[U]=1,56 г/л; [Pu]=2,85 г/л; [Np]=0,228 г/л, з витратою 677,7 л/год;

Стадія очищення:

Цю стадію проводять після операції концентрування і регулювання вмісту кислоти в виробничих потоках, отриманих на попередній стадії.

- водна фаза, яка подається в екстрактор 9:[U] - 23,6 г/л; [Pu]=43 г/л; [Np]=3,45 г/л; [HNO3]=4,8 М, витрата=44,9 л/год;

- органічна фаза, яка подається в екстрактор 9:30% (об/об) ТБФ у ТРН з витратою 60 л/ч;

- водна фаза, яка подається в екстрактор 10:1,5 М розчин HNO3з витратою 12 л/год, потім підкислення додаванням 10 М розчину HNO3з витратою 3 л/год;

- водна фаза, яка подається в екстрактор 11:0,01 М розчин HNO3з витратою 66,9 л/год, потім підкислення додаванням 10 М розчину HNO3з витратою 2,1 л/год, при температурі 40°C;

- водна фаза на виході екс�, �що містить суміш, що включає 15 г/л урану, 27,4 г/л плутонію і 2,2 г/л нептунія повністю очищену від продуктів ділення і яка може бути перетворена в змішаний оксид урану, плутонію і нептунія (U, Pu, Np)O2.

1. Спосіб переробки відпрацьованого ядерного палива, який включає, щонайменше, наступні стадії:
a) очищення урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної розчиненням цього палива в азотній кислоті, від америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в цій фазі, причому очищення включає, щонайменше, спільну екстракцію урану в ступені окислення VI і плутонію в ступені окислення IV в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і включає перший екстрагент, який більш ефективно экстрагирует уран (VI) і плутоній (IV), ніж актиниди (III) і продукти ділення з кислої водної фази;
b) спільної реекстракціі в азотнокисла водну фазу урану і плутонію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення VI і плутоній реекстрагіруют в ступені окислення IV і ступеня окислення VI, додатково утворюється при цій спільній реекстракціі плутонію (VI) за рахунок диспропорционировани�іі b), на першу водну фазу, що містить або плутоній без урану, або суміш урану і плутонію, і на другу водну фазу, що містить уран без плутонію, причому поділ включає, щонайменше:
- селективну екстракцію всього або частини урану в ступені окислення VI в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить другий екстрагент, який відрізняється від першого екстрагента і який більш ефективно экстрагирует уран (VI), ніж плутоній (IV), з кислої водної фази, цю екстракцію виконують після і/або спільно з обробкою азотнокислої водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі, до плутонію (IV);
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;
d) очищення плутонію або суміші урану та плутонію, присутніх у водній фазі, одержуваної екстракцією на стадії с), для видалення продуктів ділення, які знаходяться в цій фазі.

2. Спосіб за п. 1, який включає, щонайменше, наступні стадії:
а) очищення урану, плутонію і нептунію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної розчиненням палива, для видалення америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в этойени окислення VI, в органічну фазу, що містить перший екстрагент;
b) спільної реекстракціі в азотнокисла водну фазу урану, плутонію і нептунію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення VI, плутоній реекстрагіруют в ступені окислення IV і VI і нептуній реекстрагіруют в ступенях окислення V і VI;
c) поділу урану, плутонію і нептунію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b), на першу водну фазу, що містить суміш урану, плутонію і нептунію, і другу водну фазу, що містить уран без плутонію або нептунію, причому поділ включає, щонайменше:
- селективну екстракцію частини урану в ступені окислення VI в органічну фазу, що містить другий екстрагент, яку виконують після обробки азотнокислої водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі, до плутонію (IV);
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;
d) очищення суміші урану, плутонію і нептунію, присутніх у водній фазі, одержуваної екстракцією на стадії с), для видалення продуктів ділення, які знаходяться в цій фазі.

3. Спосіб за п. 2, в якому стадія d) включа при екстракції на стадії с), в ступені окислення VI, IV і VI відповідно, в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить третій екстрагент, який відрізняється від другого екстрагента і більш ефективно экстрагирует уран (VI) і плутоній (IV), ніж продукти ділення з кислої водної фази;
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу суміші урану (VI), плутонію (IV) і нептунія (VI), екстрагованих таким чином.

4. Спосіб за п. 3, в якому процес екстракції на стадії d) включає обробку азотнокислої водної фази, що отримується при екстракції стадії з), для зсуву рівноваги окисно-відновного рівноваги між ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (VI).

5. Спосіб за п. 1, який включає, щонайменше, наступні стадії:
a) очищення урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержаного розчиненням палива, для видалення нептунію, америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в цій фазі, причому очищення включає, щонайменше, спільну екстракцію урану (VI) і плутонію (IV) в органічну фазу, що містить перший екстрагент, цю спільну екстракцію виконують після і/або спільно з обробкою зазначеної азотнокислої водної фази д�ня нептунія (V);
b) спільної реэкстракци в азотнокисла водну фазу урану і плутонію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення VI і плутоній реекстрагіруют в ступенях окислення IV і VI;
c) поділу урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b), на першу водну фазу, що містить суміш урану і плутонію, і на другу водну фазу, що містить уран без плутонію, поділ включає, щонайменше:
- селективну екстракцію частини урану в ступені окислення VI в органічну фазу, що містить другий екстрагент, яку виконують після обробки водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі, до плутонію (IV);
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;
d) очищення суміші урану та плутонію у водній фазі, що отримується при екстракції на стадії с), для видалення продуктів ділення, які знаходяться в цій фазі.

6. Спосіб за п. 5, в якому стадія d) включає, щонайменше:
- екстракцію суміші урану та плутонію, присутніх у водній фазі, що отримується при екстракції на стадії), у ступені окиснення VI і IV відповідно, в органічну фазу�ффективно экстрагирует уран (VI) і плутоній (VI), ніж продукти ділення з кислої водної фази;
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу суміші урану (VI) і плутонію (IV), екстрагованих таким чином.

7. Спосіб за п. 1, який включає, щонайменше, наступні стадії:
а) очищення урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної розчиненням палива, для видалення нептунію, америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в цій фазі, причому очищення включає, щонайменше, спільну екстракцію урану (VI) і плутонію (IV) в органічну фазу, що містить перший екстрагент, цю спільну екстракцію виконують після і/або спільно з обробкою зазначеної азотнокислої водної фази для зсуву окислювально-відновного рівноваги між ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (V);
b) спільної реекстракціі в азотнокисла водну фазу урану і плутонію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення VI і плутоній реекстрагіруют в ступені окислення IV і VI;
c) поділу урану і плутонію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b), в першу водну фазу, що містить плутоній, уран, і другу водну фазу, �рана в ступені окислення VI в органічну фазу, містить другий екстрагент, яку виконують після обробки водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі, до плутонію (IV);
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;
d) очищення плутонію, присутнього у водній фазі, що отримується при екстракції на стадії с), для видалення продуктів ділення, які знаходяться в цій фазі.

8. Спосіб за п. 7, в якому стадія d) включає, щонайменше:
- екстракцію плутонію у водну фазу, що отримується при екстракції на стадії), у ступені окиснення IV в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить третій екстрагент, який відрізняється від другого екстрагента і більш ефективно экстрагирует плутоній (IV), ніж продукти ділення з кислої водної фази;
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу плутонію (IV), екстрагованого таким чином.

9. Спосіб за п. 1, який включає, щонайменше, наступні стадії:
а) очищення урану, плутонію і нептунію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної розчиненням палива, для видалення америцію, кюрію і більшої частини продуктів поділу, також містяться в цій фазі, причому очищення включає, �азу, містить перший екстрагент;
b) спільної реекстракціі в азотнокисла водну фазу урану, плутонію і нептунію, спільно екстрагованих на стадії а), причому уран реекстрагіруют в ступені окислення VI, плутоній реекстрагіруют в ступенях окислення IV і VI і нептуній реекстрагіруют в ступенях окислення V і VI;
c) поділу урану, плутонію і нептунію, присутніх в азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b), на першу водну фазу, що містить суміш плутонію і нептунія без урану, і на другу водну фазу, що містить уран без плутонію або нептунію, причому поділ включає, щонайменше:
- селективну екстракцію всього урану в ступені окислення VI в органічну фазу, що містить другий екстрагент, яку виконують після обробки водної фази, одержуваної на стадії b), для відновлення плутонію (VI), присутнього в цій фазі, до плутонію (IV);
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу урану (VI), екстрагованого таким чином;
d) очищення суміші плутонію і нептунію, присутніх у водній фазі, одержуваної екстракцією на стадії с), для видалення продуктів ділення, які знаходяться в цій фазі.

10. Спосіб за п. 9, в якому стадія d) включає, щонайменше:
- экстракци�відповідально в органічну фазу, несмешивающуюся з водою і містить третій екстрагент, який відрізняється від другого екстрагента і який більш ефективно экстрагирует плутоній (IV), ніж продукти ділення з кислої водної фази;
- реекстракцію в азотнокисла водну фазу суміші плутонію (IV) і нептунія (VI), екстрагованих таким чином.

11. Спосіб за п. 10, який при екстракції стадії d) включає обробку азотнокислої водної фази, одержуваної екстракцією на стадії с), для зсуву окислювально-відновного рівноваги між ступенями окислення нептунія V і VI в бік утворення нептунія (VI).

12. Спосіб за будь-яким із пп. 3, 6, 8 або 10, в якому в якості першого і третього екстрагента використовують однаковий екстрагент.

13. Спосіб за п. 12, в якому в якості першого і третього екстрагента використовують три-н-бутилфосфат.

14. Спосіб за будь-яким із пп.1-11, в якому другий екстрагент обраний з N,N-диалкил амідів.

15. Спосіб за п. 14, в якому другий екстрагент являє собою N,N-ди-(2-этилгексил)изобутанамид.

16. Спосіб за будь-яким із пп.1-9, в якому стадія с) включає додавання азотистої кислоти до азотнокислої водній фазі, одержуваної на стадії b).

17. Спосіб за пп.4 або 11, в якому обробка, що виконується в ході єльне включає між стадіями b) і с) концентрування азотнокислої водної фази, одержуваної на стадії b).

19. Спосіб за будь-яким із пп.1-9, який додатково включає між стадіями с) і d) концентрування азотнокислої водної фази, що отримується при екстракції на стадії c).

20. Спосіб за п. 1, в якому відпрацьоване ядерне паливо являє собою уранове оксидне паливо або змішане уран-плутонієва оксидне паливо.



 

Схожі патенти:
Винахід відноситься до засобів для інгібування утворення осаду молібдату цирконію у водному розчині, що містить елемент молібден і елемент цирконій, і характеризується тим, що передбачено застосування хімічного елемента, вибраного з плутонію, телуру, сурми і їх сумішей, для інгібування утворення осаду молібдату цирконію у водному розчині, що містить елемент молібден і елемент цирконій. Технічним результатом є можливість використання неорганічних інгібіторів, які не мають фосфатних груп, для інгібування утворення осаду молібдату цирконію у водному розчині, що дозволяє підвищити стійкість даних інгібіторів, зокрема, в азотнокислої середовищі, а також виключити осадження плутонію, цирконію або молібдену у формі фосфатів даних елементів. 2 н. і 11 з.п. ф-ли, 1 іл.

Поліпшений спосіб переробки відпрацьованого ядерного палива

Винахід відноситься до способу переробки відпрацьованого ядерного палива. Заявлений спосіб включає очищення урану, плутонію і нептунію, присутніх в азотнокислої водній фазі, отриманої при розчиненні згаданого ядерного палива в HNO3, від домішок актинідів (III) і більшої частини продуктів поділу, також присутніх у даній фазі, причому зазначена очищення від домішок включає в себе, щонайменше, спільну екстракцію урану, плутонію і нептунія у фазу розчинника; поділ урану, плутонію і нептунію, присутніх у фазі розчинника, на першу водну фазу, що містить або плутоній без U або Np, або суміш Pu+U без Np, або суміш Pu+U+Np, і другу водну фазу, що містить або суміш U+Np без Pu, або уран без Pu і Np; зберігання першої водної фази; очищення плутонію, або суміші Pu+U, або суміші Pu+U+Np, присутніх в першій водній фазі, від продуктів ділення, все ще присутні у даній фазі, при цьому зазначена очищення включає в себе щонайменше одноразове додавання урану для отримання в кінці цієї стадії водного розчину, містить суміш Pu+U або Pu+U+Np; і спільну конверсію отриманої таким чином суміші Pu+U або Pu+U+Np змішаний оксид. Технічним результатом є можлив.�ереработки відпрацьованого ядерного палива. 35 з.п. ф-ли, 3 іл.
Винахід відноситься до області регенерації плутонію з відпрацьованого ядерного палива водними методами. Запропоновано спосіб реекстракціі плутонію з органічного розчину трибутилфосфату, що містить плутоній у четирехвалентном стані, водний азотнокислий розчин здійснюють шляхом контактування зазначеного органічного розчину з водним розчином, що містить азотну кислоту, карбогидразид в якості відновника, що переводить плутоній в тривалентний стан, і аминокарбоновую кислоту. Як аминокарбоновой кислоти може використовуватися гліцин з концентрацією від 0,2 до 0,5 моль/л розчині відновника. У розчині відновника зміст азотної кислоти підтримується в діапазоні від 0,25 до 1,5 моль/л. Технічний результат - досягнення високої повноти реекстракціі плутонію з органічного розчину трибутилфосфату (ТБФ) при зниженні концентрації відновника і збільшення діапазону робочої концентрації азотної кислоти. 2 з.п. ф-ли, 1 табл., 2 пр.

Спосіб екстракційного вилучення урану і плутонію

Винахід відноситься до галузі ядерної енергетики, зокрема до галузі переробки відпрацьованого ядерного пального, і може бути використано в технологічній схемі переробки ВЯП. В заявленому винаході вилучення урану і плутонію в розчин трибутилфосфату в інертному розчиннику проводять у дві послідовні стадії, першу з яких проводять в позамежному режимі, і утворений при цьому водний потік, що містить від 15% до 50% суми отриманих елементів, на другій стадії обробляють додатковим потоком оборотного екстрагента в режимі повного вилучення елементів. Органічні потоки, отримані після першої обробки і після другої обробки, об'єднують і об'єднаний потік направляють на наступні операції. Технічним результатом є досягнення більш високих коефіцієнтів очищення цільових компонентів від продуктів ділення і скорочення обсягу радіоактивних відходів. 2 з.п. ф-ли, 2 табл.

Спосіб виведення нептунія при фракціонуванні довгоіснуючих радіонуклідів

Винахід відноситься до методів фракціонування довгоіснуючих радіонуклідів при комплексній переробці опроміненого ядерного палива (ВЯП) атомних електростанцій (АЕС) і спрямоване на селективне виділення нептунія з спільного екстракту урану, нептунію, плутонію і технецію
Винахід відноситься до способів екстракційної очистки регенерованого урану і може бути використане в технологічних процесах при переробці опроміненого ядерного палива, де необхідна очищення урану від плутонію, торію-228 і нептунію-237

Групове поділ актинідів з сільнокіслой водної фази

Винахід відноситься до способу колективного відділення всіх актинідів (III), (IV), (V) і (VI), що перебувають у сільнокіслой водній фазі, від продуктів розпаду, і, зокрема, лантанідів, також знаходяться в цій фазі, шляхом застосування двох екстрагентів, які діють у незв'язаних хімічних областях

Спосіб регенерації відпрацьованого ядерного палива і отримання змішаного уран-плутонієвого оксиду

Винахід відноситься до способу регенерації відпрацьованого ядерного палива на основі оксиду урану або змішаного уран-плутонієвого оксиду

Пристрій для очищення нітрату уранила від продуктів ділення

Винахід відноситься до радіохімічної технології і може бути використане в області переробки відпрацьованого ядерного палива для безперервного очищення нітрату уранила від продуктів ділення шляхом осадження
Up!