Способ переработки облученных твэлов Советский патент 1993 года по МПК G21C19/42 C01B4/00 C01B5/00 

Изобретение относится к области регенерации облученного ядерного горючего (ОЯГ), ъ частности к экстракционным процессам переработки облученных твэлов АЭС.

;: 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 упа- ривания без риска выпадения осадков.

Поставленная цель достигается тем, что экстракцию актинидов из растворов облученных твэлов ВВЭР проводят при содержании азотной кислоты в экстракционной

зоне более 4,7 моль/л, а промывные растворы без объединения е высокоактивными ра- финатами выводят на дополнительную экстракционную операцию. При этом весь тритий оказывается локализационным в ограниченном объеме, равном объему исходного раствора, а более 90% стабильного циркония выводится в низкоактивный раствор, позволяя подвергать высокоактивный рафинат упарке более чем в 100 раз без риска выпадения осадков.

Указанное 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

00

о

4 О СЛ Ю

ы

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%-ный раствор ТБФ в углеводородном разбивателе) подается в первую ступень, исходный водный раствор 3 облученных твэлов ВВЭР - 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 экстракционном 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 экстракционной 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 экстракция и промывка той части актинидов, которые поступили с промывными растворами 7 и 8. Кислотный режим, поддерживаемый в аппарате 10 (3 моль/л азотной кислоты в зоне экстракции), позволяет сбросить весь цирконий в низкоактивный рафинат 15.

П р и м е р 1. Исходный раствор, имитирующий по составу раствор после растворения твэлов ВВЭР, подавали в десятую ступень экстракционного аппарата 1. Экстракты 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 дли обеих схемы были одинаковые. Составы и расходы технологических продуктов представлены в табл.1. При этом

содержание азотной кислоты в ступенях 3-8 аппарата 1 в способе-прототипе составило 3,90-3,94 моль/л, в то время как в техническом решении содержание азотной кислоты составило 4,76-4,84 моль/л, т.е. такое, которое обеспечивает повышенную экстракцию циркония.

П р и м е р 2, Экстракция циркония в схеме с отрывом промывной зоны сущест-.

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

растворах (4 моль/л и 0,5 моль/л) в данном случае обеспечивалось изменением соотношения потоков органической и водной фаз (снижение расхода экстрагента). Насыщение органической фазы ураном на выходе из

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

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% циркони,я выводится в высокоактивный рафинат 6.

Верхний предел кислотности 19 моль-л - максимально возможная концентрация азотной кислоты при таком содержании ура- на.

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 рафината, который при таком содержании циркония может быть упарен более чем в 100 раз. Содержание циркония в высокоактивном рафинате свыше 3-7% значительно снижает кратность упаривания рафината, поскольку приводит к выпадению осадков на основе циркония.

П р и м е р 3. Экстракция циркония в условиях дополнительного аппарата 10 так- же в значительной степени зависит от кислотного режима. Предложенная структура дополнительных ступеней с промывкой экстракта 0,5 моль/л азотной кислоты 14 и лод- кислением в зоне экстракции 13, с 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- тотипа и для предложенного способа.

Формула изобретения

Способ переработки облученных твэ- лов, включающий последовательно экстракцию зктинидов растворо.м трибутил- фосфата в углеводородном разбавителе, двухзональную сильно-и слабокислую промывки экстракта, резкстракцию актинидов, отличаю щи й-ся тем, что, с целью сокращения объема высокоактивного три- тийсодержащего 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.

Таблица 1

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.

ототип Исходный раствор

Экстрагент

Сильнокислый

промывной

раствор

Слабокислый

промывной

раствор

U - 270 г/л;1,0 НН05 - 3 ноль/л; Zr- - 1 г/л;

Тс - 100 мг/л и другие примеси

30% ТБФ в углеводород-3,0 ном разбавителе

k,0 моль/л0,3-0,5 0,5 моль/л 0,3-0,5

ппарат 1. Исходный раствор

Экстрагент

Сильнокислый

промывной

раствор

Слабокислый

промывной

раствор

парат 10 Экстрагент

Промывной раствор

U - 270 г/л;1,0 1Ш03 - 3 моль/л; Zr - 1 г/л; Тс - 100 мг/л

30 ТБФ о углеводород-2,6 ном разбавителе

1|,0 моль/л0,3-0,5 0,5 моль/л 0,3-0,5

30% ТБФ в углеводород-О,1 ном разбавителе

0,5 моль/л0,06 12 моль/л 0,1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4