Способ переработки облученных твэлов
Сущность изобретения: за счет вывода сильнокислого и слабокислого промывных растворов на дополнительную экстракционную операцию стабильный цирконий выводится в низкоактивный поток. Содержание азотной кислоты в зоне экстракта более 7,4 моль/ль. 1 ил., 4 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -,:-,™;:,," .:. ",:,,э"
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАН
К ПАТЕНТУ (21) 4761527/25 (22) 03..10.89 (46) 23.03.93. Бюл. hL 11 (71) Производственное объединение "Маяк" (72) E.Ã.Äçåêóí, А.Н.Машкин, В.Д.Мельников, Б.Я.3ильберман, Ю,С,Федоров и
А.К. Нардова (73) Производственное объединение "Маяк" (56) Громов Б.В., Савельева B.È.. Шевченко
В.В. Химическая технология облученного ядерного топлива. — М,: Энергоатомиздат, 1983;
Землянухин В,И., Ильяненко Е,И., Кондратьев A,Н. и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС, — M.:
Энергоатомиздат, 1983.
Изобретение относится к области регенерации облученного ядерного горючего (ОЯГ), в частности к экстракционным процессам переработки облученных твэлов
АЭ С.
Цель изобретения — локализация трития . в значительно меньшем (в 1,6 — 2,0 раза) объеме высокоактивного рафината, а также упрощение его дальнейшей переработки за счет вывода из него макроколичеств стабильного циркония. Отсутствие циркония в высокоактивных рафинатах позволит в 5-10 раз (по сравнению с существующим выпарным процессом) увеличить степень их упаривания без риска выпадения осадков.
Поставленная цель достигается тем, что экстракцию актинидов из растворов облученных твэлов ВВЭР проводят при содержании азотной кислоты в экстракционной. Ж „, 1804652 АЗ
Укаэанное содержание азотной кислоты в зоне экстракции более 4,7 моль/л в совокупности с выводом сильнокислого и слабокислого промывных растворов в отдельный поток обеспечивает согласно способу вывод циркония более чем на 90% в низкоактивный раствор, сокращение объема высокоактивного тритийсодержащего 1804652 рафината в 1,6-2,0 раза и тем самым достижения цели изобретения, Способ переработки облученных твэлов ВВЭР поясняется с помощью технологической схемы, представленной на чертеже. Экстракция актинидов и промывка экстракта осуществляется в экстракционном аппарате 1, состоящем из шестнадцати экстракционных ступеней. Операция экстракции проводится на десяти ступенях, Экстрагент 2 (30% — íûé раствор ТБФ в углеводородном разбивателе) подается в первую ступень, исходный водный раствор 3 облучен н ых твэлов В В Э P — в десятую. В тринадцатую ступень поступает сильнокислый промывной раствор 4, а в шестнадцатую — слабокислый 5. Из первой ступени аппарата 1 выходит высокоактивный рафи-. нат 6, из одиннадцатой и четырнадцатой ступеней — сильно и слабокислый промывные растворы 7, 8, а из шестнадцатой промытый экстракт актинидов 9. Промывные растворы 7, 8 направляются на дополнительную операцию экстракции, осуществляемую в зкстракционном аппарате 10, состоящем из девяти экстракционных ступеней. Объединенные промывные растворы 11 поступают в седьмую ступень экстракционного аппарата 10. В первую ступень этого же аппарата подается экстрагент 12, в шестую — концентрированная азотная кислота 13, в девятую — слабокислый промывной раствор 14. Из первой ступени аппарата 10 выходит низкоактивный рафинат 15, а из девятой — экстракт 16, который объединяется с экстрактом 9. выходящим из аппарата 1, Технологический процесс осуществляется следующим образом, Соотношение потоков экстрагент: исходный раствор поддерживается на уровне более 2,5, что обеспечивает содержание азотной кислоты в экстракцион ной зоне аппарата 1 более 4,7 моль/л. При такой кислотности происходит эффективная экстракция циркония вместе с актинидами в органическую фазу. В высокоактивный рафинат 6 попадает 3 — 7% циркония от его содержания в исходном растворе 3. При отмывке экстракта сильно- и слабокислыми растворами 7 и 8 цирконий вымывается из органической фазы и с потоком 11 поступает на дополнительный аппарат 10. где осуществляется зкстракция и промывка той части актинидов, которые поступили с промывными растворами 7 и 8, Кислотный режим, поддерживаемый s аппарате 10 (3 моль/л азотной кислоты в зоне экстракции), позволяет сбросить весь цирконий в низкоактивный рафинат 15. Пример 1. Исходный раствор, имитирующий по составу раствор после растворения твэлов ВВЭР, подавали в десятую ступень экстракционного аппарата 1, Экс5 тракты промывали на 3 ступенях сильнокислой и 3 ступенях слабокислой промывки растворами азотной кислоты. Промывные растворы после промывки экстракта 7, 8 направляли в аппарат дополнительной экстракции 10, Параллельно проводили опыт по технологической схеме — прототипу. Исходные условия для обеих схемы были одинаковые, Составы и расходы технологических продуктов представлены в табл.1. При этом "5 содержание азотной кислоты в ступенях 3-8 аппарата 1 в способе-прототипе составило 3,90 — 3,94 моль/л, в то время как в техниче-. ском решении содержание азотной кислоты составило 4.76 — 4,84 моль/л, т.е. такое, кото20 рое обеспечивает повышенную экстракцию циркония. Пример 2, Экстракция циркония в схеме с отрывом промывной зоны сущест25 венно зависит от концентрации азотной кислоты в экстракционной зоне. В табл.2 приведены данные по выходу циркония в высокоактивный рафинат 6 и промывной сильнокислый раствор 7 в зависимости от концентрации азотной кислоты в экстракционной зоне. Различное содержание азотной кислоты при одинаковом ее содержании в исходном растворе (3 моль/л) и промывных 35 растворах (4 моль/л и 0,5 моль/л) в данном случае обеспечивалось изменением соотношения потоков органической и водной фаз (снижение расхода экстрагента), Насыще- . ние органической фазы ураном на выходе из 40 аппарата во всех случаях поддерживалось на уровне 94 — 96 г/л. Снижение кислотности в экстракционной зоне приводит к увеличению выхода циркония в высокоактивный рафинат 6. Увеличение кислотности в 45 экстракционной зоне от 4,7 моль/л, вплоть до 19 моль/л., обеспечивает вывод циркония более чем на 90% в сильнокислую промывку 7 и на 3 — 7% в высокоактивный рафинат 6 (табл.3), В способе-прототипе 100% цирко50 ния выводится в высокоактивный рафинат 6. Верхний предел кислотности 19 моль-л — максимально возможная концентрация азотной кислоты при таком содержании урана. Сброс циркония в рафинат в пределах 3-7% от поступившего на операцию экстракции с исходным раствором не оказывает существенного влияния на кратность последующего упаривания высокоактивного ра1Ь1дО52 Таблица1 Расход продукта>относительные единицы Способ Состав продукта Продукт U - 270 r/ë; HN00 - 3 моль/л; Zr - 1 г/л; Тс - 100 мг/л и другие примеси 301 ТБФ в углеводородном разбавителе 4,0 моль/л 1,0 Прототип Исходный раствор 3,0 Экстрагент 0>3-0,5 Сильнокислый промывной раствор . 0,3-0 5 0,5 моль/л Слабокислый промывной раствор Предло>кенный аппарат т Исхбдный раствор 1,0 U - 270 г/л; ! ГППЭ - 3 моль/л; Ет " 1 г/л; Тс - 100 мг/л 2,6 30 ТБФ в углеводород" >юм разбавителе Экстрагент 4,0 моль/л 0,3-0,5 Сильнокислый промывной раствор Слабокислый промывной раствор о,3-0,5 0,5 моль/л 0,4 3И ТБФ в углеводородном разбавителе аппарат 10 Экстрагент 0,06 0,! 0,5 люль/л 12 люль/л Промывной раствор фината, который при таком содержании циркония может быть упарен более чем в 100 раз. Содержание циркония в BblcoKDBKтивном рафинате свыше 3-7 Д значительно снижает кратность упаривания рафината, 5 поскольку приводит к выпадению осадков на основе циркония. Пример 3. Экстракция циркония в условиях дополнительного аппарата 10 так- 10 же в значительной степени зависит от кислотного режима. Предложенная структура дополнительных ступеней с промывкой экстракта 0,5 моль/л азотной кислоты 14 и подкислением в зоне экстракции 13, с 15 кислотностью выходящего рафината порядка 3 моль/л позволяет сбросить практически весь цирконий в слабоактивный рафинат 15. В табл.4 приведены балансы распределения циркония для способа — про- 20 тотипа и для предложенного способа. Формула изобретения Способ переработки облученных твэлов. включающий последовательно экстракцию актинидов растворам трибутилфосфата в углеводородном раэбавителе, двухэональную сильно- и слабокислую промывки экстракта, реэкстракцию актинидов, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью сокращения объема высокоактивного тритийсодержащего рафината и упрощения процесса дальнейшей переработки высокоактивного рафината за счет увеличения кратности его упаривания вследствие вывода стабильного циркония в низкоактивный раствор, экстракцию проводят при содержании азотной кислоты в зоне экстракции более 4,7 моль/л, а двухзональную сильно- и слабокислую промывки выводят отдельными потоками на дополни-тельную экстракционную операцию для вывода стабильного циркония в низкоактивный поток. 1804652 Таблица 2 Таблица 3 Таблица 4 1804652 Составитель А.Машкин Редактор Т.Полионова Техред М.Моргентал Корректор И.Шулла Заказ 1079 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101
