•
32
5.2 共去污-分离循环
(4) 污溶剂的净化与复用 ③ 溶剂的补充和更换

•
• • •
更换方式 定期分批更换 一次性更换 处理方法 放到大罐中贮存或烧掉 再生(真空急骤蒸馏法)
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(4) 污溶剂的净化与复用


真空急骤蒸馏法再生污TBP-煤油 原理
沸点不同，可通过精馏的方法达到彼此的净化分离。 TBP的沸点和煤油的沸点不同 污溶剂中得一些杂质、污物和降解产物的沸点与TBP不同 低碳链的烷烃和烯烃的沸点比煤油的沸点低 TBP是一种热敏性物质，在温度高于150℃时就开始分解。煤油 在较高的温度下也会发生裂解。 因此，必须采用真空急骤气化和真空精馏的方法，以便降低TBP、 煤油的沸点，缩短他们在气化过程的受热时间，减少它们的热分 解损失，从而达到净化和再生的目的。
核燃料化学工艺学
Part Ⅱ 核燃料后处理
第五章 溶剂萃取工艺过程
第十三讲 聂小琴
1
第五章 溶剂萃取工艺过程

5.1 5.2 5.3 5.4
普雷克斯流程概述 共去污-分离循环 钚的净化循环 铀的净化循环
2
5.1 普雷克斯流程概述
普雷克斯 (Purex: Plutonium Uranium Recovery by Extraction—萃取回收铀钚) 定义： 采用磷酸三丁酯(30%)为萃取剂，正十二烷、煤油或烃混合物作稀释剂， 硝酸作盐析剂，从乏燃料硝酸溶解液中分离回收铀、钚的溶剂萃取流 程。 原理： 该流程利用TBP易萃取四价钚、六价铀，而不易萃取三价钚和裂变产 物的这一化学性能，并采用适当的方法调节钚的价态，经过2~3个萃取 循环，实现铀和钚的分离和回收，以及对裂变产物的净化。有些普雷 克斯流程中最后一步用阴离子交换纯化钚，用硅胶吸附纯化铀。
20
5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）


原理 选择适当的还原反萃剂，将钚由Pu(Ⅳ)还原到不被 TBP萃取的Pu(Ⅲ)，从有机相转入到水相。铀仍以六 价状态存在于有机相中，从而实现了铀与钚的分离。 关键 还原反萃剂的选择 还原反萃剂的浓度确定 各种干扰因素的排除
依据：
当1AF料液中锆铌含量比钌多时

• •
优点：
由于采用较高铀浓度的料液而提高了设备的生产能力； 降低了强放废液1AW的硝酸浓度。
•
缺点： 增加了铀/钚净化循环除钌的负担。
16
5.2 共去污-分离循环


• • • • •
(1) 共萃取共去污(1A) ③ TBP浓度 所处理对象
高加浓铀燃料元件 2%-15%(体积)TBP浓度 天然铀及低加浓铀燃料元件 30% (20%-40%) (体积)TBP浓度 生产能力 水力学性能 铀/钚和裂片元素分配系数
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5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）


① 氨基磺酸亚铁用量 ② 硝酸浓度 ③ 补充萃取剂用量
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5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）


① 氨基磺酸亚铁用量 [Fe(NH2SO3)2]
铀和钚分离的程度，取决于Pu(Ⅳ)还原到Pu(Ⅲ)的完全程度。
•
34

(4) 污溶剂的净化与复用



真空急骤蒸馏法再生污TBP-煤油 主要设备 TBP精馏塔 用途
从污TBP中出去高沸点降解产物，精馏回收TBP


煤油精馏塔 用途
从污煤油中除去低沸点的降解产物，精馏回收煤油
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5.3 钚的净化循环


任务
对经过初步分离掉铀和裂片元素的钚中间产品液 1BP再进行萃取分离，进一步除去铀和裂片元素， 以便得到较纯净的钚的浓缩液。
25
5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）


• • • • • •
③ 补充萃取剂用量
增大补充萃取剂的用量
显然有利于铀/钚的分离， 但是，1BS用量太大将使有机相耗量过多， 使反萃段的流比(有机物/水)增大， 有机相铀饱和度下降， 反而使铀中钚分离效果变差。 因此其用量的选择以能达到良好的补充萃取为宜。
酸度低，锆铌反萃下来的量多
24
5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）


• • •
③ 补充萃取剂用量
补充萃取的作用
是用TBP-煤油洗涤还原反萃后的含钚水相， 将与钚同时反萃下来的少量铀重新反萃取到有机相中去， 以便提高铀钚分离效果。
• •
补充萃取剂1BS 可用新鲜的30%TBP-煤油 也可以用钚净化循环的污溶剂2BW
提高铀饱和度，导致运行不稳定，造成铀/钚的流失量增大。

•
•
19
5.2 共去污-分离循环


(1) 共萃取共去污(1A) ⑥ 温度
TBP萃取铀/钚的过程是一个放热反应过程 高温 有利于除钌，改善澄清分相，对铀/钚的收率有好处 低温 有利于除锆/铌 洗涤段加热到50-55℃

• •
39
5.3 钚的净化循环


(2) TBP萃取裂片元素
硝酸浓度 温度 络合剂
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5.3 钚的净化循环
(二) 钚净化循环工艺过程



(1) 2AF料液的制备 ① 调价
亚硝酸钠(NaNO3) 硝酸

② 硝酸浓度的调整
41
5.3 钚的净化循环
(二) 钚净化循环工艺过程



(2) 选择萃取工艺条件 ① 料液硝酸浓度 ② TBP浓度 ③ 洗涤剂的硝酸浓度 ④ 流比
(二) 工艺条件的选择

(1) 共萃取共去污(1A) (2) 铀钚分离(1B槽) (3) 铀的反萃取(1C槽) (4) 污溶剂的净化与复用
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5.2 共去污-分离循环
(二) 工艺条件的选择





(1) 共萃取共去污(1A) ① 料液铀浓度 ② 料液和洗涤剂的硝酸浓度 ③ TBP浓度 ④ 铀饱和度 ⑤ 流比 ⑥ 温度

(一) 无铀时TBP对钚及裂片元素的萃取 (二) 钚净化循环工艺过程
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37
5.3 钚的净化循环

(一) 无铀时TBP对钚及裂片元素的萃取 (1) TBP萃取Pu(Ⅳ) (2) TBP萃取裂片元素
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5.3 钚的净化循环


(1) TBP萃取Pu(Ⅳ)
硝酸浓度 TBP浓度 Pu(Ⅳ)浓度 温度 络合剂(硫酸/草酸/磷酸)
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ④ 铀饱和度



有利于去除裂片元素 增加铀/镎/钚的损失 60%-80%
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5.2 共去污-分离循环


(1) 共萃取共去污(1A) ⑤ 流比(1AF:1AX:1AS的流量比)
X:F 有机相和料液比 X:S 有机相和洗涤剂比 流比大 降低铀饱和度，对去除裂片元素不利 流比小
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5.3 钚的净化循环
(二) 钚净化循环工艺过程


(3) 反萃取工艺条件选择 ① 钚的低酸反萃 ② 钚的还原反萃
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5.4 铀的净化循环


任务
对已经初步分离钚和裂片元素的铀溶液1CU再次进行 萃取和洗涤，以便进一步除去钚和裂片元素，获得更 为纯净的铀溶液。
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45
5.4 铀的净化循环
3
4
5.1 普雷克斯流程概述


共去污分离循环
装置：1A,1B,1C混合澄清槽 任务: 实现铀钚与裂片元素的分离，以及铀钚之间的分离。


铀的净化循环
装置：2D,2E混合澄清槽 任务：完成第一循环铀产品液的进一步净化


钚的净化循环
装置：2A,2B混合澄清槽 任务：完成第一循环钚产品液的进一步净化

(一) 工艺过程 (二) 2DF料液制备 (三) 选择工艺条件 (1) 2D槽工艺条件 (2) 2E槽共去污-分离循环

① 污溶剂洗涤流程
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5.2 共去污-分离循环
(4) 污溶剂的净化与复用

• • •
② 用大孔阴离子交换树脂净化污溶剂
适用 非水的甚至是非极性的溶液 作用、类型 穿漏 解吸：HNO3-HF/NaOH 更换树脂 优点 流程简单，产生的废液量少，净化后的溶剂的物化性质优
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5.2 共去污-分离循环
(3) 铀的反萃取（1C槽）


• •
① 硝酸浓度 ② 温度
提高温度有利于 铀的反萃 分相，减少相夹带


③ 流比
铀的收率 反萃水相的铀浓度不致太低
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5.2 共去污-分离循环
(4) 污溶剂的净化与复用
定义 目的 要求 方法
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5.2 共去污-分离循环
•
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• • •
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洗涤试剂：碳酸钠/氢氧化钠/高锰酸钾/硝酸 洗涤顺序：碱酸交替 两相接触时间：3-5min连续洗涤/5-10min间歇洗涤 相比: 有机相(1-10):水1 温度：碱洗温度50-60℃/酸洗温度35℃ 洗涤方式：混合澄清槽/球洗 洗涤剂的更换：放射性水平/浓度变化/洗涤效果 洗涤流程：

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Fe(Ⅱ)/ Pu(Ⅳ) 10/1-40/1 15/1 在保证钚回收率的前提下，亚铁用量尽量少 还原反萃剂1BX中的亚铁浓度和1BP的浓缩倍数 通过实验确定
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5.2 共去污-分离循环