СПОСОБ ТРИБУТИЛФОСФАТНОГО ЭКСТРАКЦИОННОГО АФФИНАЖА РАСТВОРОВ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 1999 года по МПК G21C19/42 G21C19/46 

Изобретение относится к области радиохимической промышленности и может найти применение при экстракционном аффинаже растворов, например уранилнитрата, и очистке его от примесей.

Известен способ трибутилфосфатного аффинажа урана на урановом заводе Буше (Франция), на заводе Спрингфильд (Англия), на заводе Порт-Хоуп (Канада) и на газодиффузионном заводе в Ок-Ридте (США), включающий контактирование трибутилфосфата в разбавителе - керосине - и уранилнитрата (см. В.Б. Шевченко, Б.Н. Судариков. Технология урана, М., 1961 г., стр. 228-230).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ трибутилфосфатного аффинажа урана на заводе Буше (см. там же, рис. 10.8, стр. 228-229 - прототип), включающий экстракцию - контактирование трибутилфосфата в разбавителе - керосине и уранилнитрата, экстрагирование уранилнитрата в органическую фазу (трибутилфосфат плюс керосин) и реэкстракцию уранилнитрата в водную фазу.

Известно, что производственные растворы, перерабатываемые экстракционным способом, кроме уранилнитрата, содержат целый ряд примесей в виде катионов (железо, алюминий, кальций, магний, натрий и др.), не растворимую в азотной кислоте кремниевую кислоту и трудноотделимые при фильтрации мелкодисперсные твердые взвеси (см. там же, стр. 226,228, 3).

В процессе экстракции при контакте уранилнитрата с органической фазой (трибутилфосфат в керосине) происходит образование стабилизированных эмульсий - "медуз" - труднорасслаиваемых коллоидных соединений, которые коагулируют из уранилнитрата кремниевую кислоту и мелкодисперсные твердые взвеси (железо, графит, алюминий и т.д.) и мешают стабильной работе экстракции, нарушают движение потоков водной и органической фаз. Кроме того, в процессе экстракции и реэкстракции скоагулированные взвеси - "медузы", попадая в реэкстракт, приводят к получению некондиционных по примесям растворов реэкстракта.

В процессе экстракции отделение примесей и перевод их в рафинат (сбросные воды) происходит только растворенных примесей из раствора уранилнитрата, тогда как "медузы" могут попадать в реэкстракт с органической фазой. Существующие методы удаления этих "медуз" вычерпыванием трудоемки и не обеспечивают требуемой чистоты растворов.

Целью изобретения является повышение степени очистки.

Эта цель достигается тем, что в способе трибутилфосфатного экстракционного аффинажа растворов ядерного топлива, включающего контактирование трибутилфосфата в разбавителе и азотнокислого раствора ядерного топлива, коагуляцию примесей и фильтрацию, согласно изобретению в качестве коагулянта и фильтрующей массы используют стабилизированные эмульсии - "медузы", образующиеся при контактировании растворов ядерного топлива с трибутилфосфатом.

Кроме того, другим отличием от известного способа является то, что в качестве азотнокислого раствора ядерного топлива при экстракции используют уранилнитрат.

Предварительная обработка уранилнитрата стабилизированными эмульсиями - "медузами", образующимися при первоначальном контактировании раствора уранилнитрата с трибутилфосфатом в инертном разбавителе - сульфированном керосине, - позволяет обеспечить очистку исходного раствора уранилнитрата от мелкодисперсных твердых примесей коагулированием их в крупные хлопья - "медузы", которые из-за разницы в удельных весах представляется возможным отделить от уранилнитрата гравитационным отстоем или через сетчатый дренаж, пропускающий раствор уранилнитрата и задерживающий коллоидную массу "медузы", или совмещением обоих процессов вместе.

Осуществление способа поясняется на приведенных чертежах.

На фиг. 1 представлена схема осуществления способа в U-образном агрегате (пример 1).

На фиг. 2 представлена схема осуществления способа в ящичном экстракторе (пример 2).

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

U-образный аппарат заполняют раствором уранилнитрата, в ветви 1 создают слой трибутилфосфата в инертном разбавителе - сульфированном керосине - с содержанием трибутилфосфата 10-20%, через который сверху вниз пропускают раствор уранилнитрата (показано сплошной стрелкой). Поскольку органическая фаза по удельному весу меньше, чем водная фаза уранилнитрата, то слой органической фазы в ветви 1 постоянно сохраняется.

Поток уранилнитрата, проходя через слой органической фазы, образует стабилизированные эмульсии - "медузы", которые коагулируют на себя твердые мелкодисперсные взвеси из раствора уранилнитрата. Очищенный от примесей мелкодисперсных взвесей уранилнитрат через ветвь 2 U-образного аппарата через нержавстальную сетку 3 выводится в экстрактор 4 ящичного типа, а органическая фаза (трибутилфосфат плюс керосин) подается в ветвь 1 U-образного аппарата снизу вверх (показано пунктирной стрелкой) и выводится в экстрактор 4.

При этом осуществляется противоточное контактирование и органических, и водной фаз (трибутилфосфата в керосине и уранилнитрата).

В экстракторе 4 по противотоку движения органическая фаза экстрагирует на себя уранилнитрат, а растворенные примеси (железо, алюминий, кальций и т. д.) выводятся из экстрактора 4 со сбросными водами (рафинатом). Органическая фаза, обогащенная очищенным от примесей уранилнитратом, в реэкстракторе 5 реэкстрагируется в движущуюся по противотоку органической фазе дистиллированную воду. Реэкстракт направляется на дальнейшую переработку, а органическая фаза (трибутилфосфат в керосине) аэрлифтом 6 подается в напорный бак 7, откуда возвращается в ветвь 1 U-образного аппарата, и цикл повторяется непрерывно.

Таким образом, предложенный способ позволяет использовать вредный фактор - образование стабилизированных эмульсий - "медуз" - в нужных целях для очистки растворов уранилнитрата от мелкодисперсных твердых взвесей. Образовавшиеся коллоидные соединения по мере коагуляции на них твердых мелкодисперсных взвесей становятся по удельному весу тяжелее водной фазы уранилнитрата и опускаются на дно U-образного аппарата, причем чем больше "медуз", тем лучше идет очистка.

Образовавшиеся коллоидные соединения - "медузы", содержащие твердые мелкодисперсные взвеси и частично уран, экстрагированный эмульсиями трибутилфосфата, извлекают путем промывки "медуз" дистиллированной водой - реэкстракции, после чего коллоидные соединения - "медузы" - выводят из процесса на утилизацию.

Проводилась обработка уранилнитрата, содержащего 15-20 г/л обогащенного урана (уран-235), 60-120 г/л азотной кислоты и мелкодисперсные твердые взвеси, пропусканием через слой трибутилфосфата в инертном разбавителе - сульфированном керосине с содержанием трибутилфосфата 10-20% при следующем соотношении: органическая фаза : водная фаза = 1/2 : 1/3.

Трибутилфосфат выводился на экстракцию с содержанием урана 20-30 г/л, "медузы" содержали 5-6 г/л урана. Очищенный от примесей уранилнитрат с содержанием урана 10-15 г/л поступал на экстракцию, а после промывки дистиллированной водой "медузы" содержали уран 0,05-3 мг/л и удалялись на утилизацию.

Пример 2.

В экстрактор 4 ящичного типа в ящик подачи уранилнитрата устанавливается сетчатый ящик, пропускающий свободно как органическую фазу, так и уранилнитрат, но задерживающий стабилизированные эмульсии - "медузы".

Результаты очистки уранилнитрата такие же, что и в U-образном аппарате.

Способ проверен, испытан, получены положительные результаты.

Изобретение относится к области радиохимической промышленности и может быть использовано при экстракционном аффинаже растворов, например уранилнитрата, и очистке его от примесей. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении степени очистки растворов ядерного топлива. Способ трибутилфосфатного экстракционного аффинажа растворов ядерного топлива предусматривает контактирование трибутилфосфата в разбавителе и азотнокислого раствора ядерного топлива. Предварительно осуществляют очистку азотнокислого раствора ядерного топлива от твердых взвесей путем пропускания его через слой трибутилфосфата в разбавителе. 2 ил.

Способ трибутилфосфатного экстракционного аффинажа растворов ядерного топлива, включающий контактирование трибутилфосфата в разбавителе и азотнокислого раствора ядерного топлива, отличающийся тем, что осуществляют предварительную очистку азотнокислого раствора ядерного топлива путем пропускания его через слой трибутилфосфата в разбавителе.