核燃料后处理工学 P UR EX.ppt

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1、核燃料化学工艺学PartⅡ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普雷克斯流程概述5.2共去污-分离循环5.3钚的净化循环5.4铀的净化循环25.1普雷克斯流程概述普雷克斯(Purex:PlutoniumUraniumRecoverybyExtraction—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

2、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。345.1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55.1普雷克斯流程概述蒸发浓缩器装置：1CU任务：便于对2DF调料调

3、料罐装置：2DF,2AF任务：调酸调价水相废液装置：1AW,2DW,2AW污溶剂装置：1CW,2BW,2EW675.2共去污-分离循环(一)过程概述(1)共萃取共去污(1A)(2)1B槽(铀钚分离槽)(3)1C槽85.2共去污-分离循环(一)过程概述(1)共萃取共去污(1A)1AF:萃取料液1AX:有机萃取剂(30％TBP－煤油)1AW:水相萃残液1AS：洗涤剂(1～3mol/LHNO3)1AP：萃取液（有机相）95.2共去污-分离循环(一)过程概述(2)1B槽（铀钚分离槽）1BX：还原反萃剂1BS：补充萃取剂1BP

4、：水相反萃液1BU：含U有机相105.2共去污-分离循环(一)过程概述(3)1C槽1CX：铀反萃取剂1CU：含铀水相反萃液1CW：污溶剂115.2共去污-分离循环(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125.2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③TBP浓度④铀饱和度⑤流比⑥温度135.2共去污-分离循环(1)共萃取共去污(1A)①料液铀浓度高(生产能力/进料级的铀饱和度)太

5、高(粘度/密度/流动性)加浓铀燃料元件：200-300g/L天然铀或低加浓铀：1.8mol/L145.2共去污-分离循环(1)共萃取共去污(1A)②料液和洗涤剂的硝酸浓度高酸(3mol/L)进料低酸(1mol/L)洗涤优点：有利于去除钌/锆/铌缺点：降低了设备的生产能力；有机相降解比较严重；提高了试剂消耗量，增加了强放废液处理和贮存费用。155.2共去污-分离循环(1)共萃取共去污(1A)②料液和洗涤剂的硝酸浓度低酸(0.5-1mol/L)进料高酸(2-3mol/L)洗涤依据：当1AF料液中锆铌含量比钌多时优点：由于

6、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。165.2共去污-分离循环(1)共萃取共去污(1A)③TBP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175.2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%185.2共去污-分离循环(1)共萃取共去污(1A)⑤流比(1AF

7、: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提高铀饱和度，导致运行不稳定，造成铀/钚的流失量增大。195.2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℃205.2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

8、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215.2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225.2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