Purex流程中酸度对锆钌净化的影响

在保证Purex流程中钌高净化效率的基础上,尽量提高锆的去污效率,以优化 Purex流程去污工艺.本文通过搭建台架试验平台,采用多级萃取方式,模拟Purex流程中共去污过程,开展了 1 AF酸度和 1 AS酸度对铀锆钌在流程中的分布情况及对锆钌去污效果的影响研究.研究结果表明:提高1 AF酸度不利于锆的去污,有利于钌的...     

Purex流程共去污工艺计算机稳态模拟

在萃取串级理论基础上,建立了模拟“分液漏斗法”串级萃取实验操作的数学模型,编写了HNO₃、U和Pu体系的稳态模拟程序。利用文献报道的实验数据和计算数据,对该程序进行了验证。结果表明,该程序模拟萃取器逐渐达到稳态的过程中,各组分的浓度剖面与实验结果符合良好。在此基础上,利用该程序对1A工艺进行了安全分析和工艺寻优计算。结果表明,1AS流量变化对U、Pu收率的影响不大,1AX和1AF流量变化对U、Pu收率影响大。提高洗涤液酸度有利于扩展工艺操作弹性范围,但不利于U对稀土的去污。     

Purex流程共去污工艺稳态趋近过程计算机模拟

乏燃料后处理Purex流程中的铀钚共去污工艺（1A）是整个化学分离过程的关键环节之一，该工艺计算机模拟计算对1A进行流程优化和安全分析具有重要意义。     

锝在Purex流程共去污段（1A槽）的走向

研究了在不同铀-锆-锝比条件下,硝酸浓度对Tc(Ⅶ)在30％TBP-OK中分配系数的影响,锝在1A槽中的萃取行为及走向。实验结果表明1A槽中1AF为2mol/L和3mol/LHNO3介质时,锝进入1AP的比例分别为14.4％和27.0％。当1AF料液经加热预处理后,以3mol/LHNO3进料时,99.8％的锝进入了1AP。     

微量钌在Pu纯化循环中的行为

为了了解钌在Pu纯化循环中的行为,研究了相接触时间、相比、硝酸浓度对钌(Ru)分配比的影响,并通过台架试验研究了流比、料液酸度、洗涤级数、萃取级数、铀浓度对Ru净化的影响。结果表明：流比(2AF∶2AX)、料液(2AF)HNO₃浓度、洗涤级数、萃取级数、铀饱和度对Ru的净化具有显著的影响。台架热试验结果表明,Ru的净化系数高于1 000,远高于设计指标100。     

Purex流程1A工艺单元锝萃取行为研究

通过计算机模拟研究了不同燃耗和不同工艺条件下,硝酸、锆、铀、钚和锝在Purex流程1A中的萃取行为,获得了相应萃取行为数据,测定了不同硝酸浓度下锝锆共存时锝的分配比D₍Tc(Zr))、锆的分配比D_Zr以及锝的分配比D_Tc,再结合1A中硝酸、锆、铀和钚萃取行为数据,解析锝的萃取行为。结果表明,萃取段锝因锆锝共萃进入有机相,洗涤段锝因铀锝共萃和钚锝共萃留在有机相,相比于硝酸浓度变化对锝萃取的影响,洗涤段铀锝共萃和钚锝共萃的作用更重要。     

Purex流程铀钚分离工艺单元数学模型研究

在铀钚分离工艺单元单级数学模型和混合澄清槽瞬态数学模型的基础上,建立了以U(Ⅳ)-N₂H₄为还原反萃剂、混合澄清槽为萃取设备的Purex流程铀钚分离工艺单元数学模型,开发了计算机模拟程序,并使用台架实验数据对程序的可靠性进行了验证。结果表明,模拟程序的计算值和实验值符合良好。在此基础上,利用模拟软件对铀钚分离工艺单元的工艺参数进行了计算分析,结果表明：1BX₁加入位置、1BS和1BX₂酸度对钚反萃率无太大影响,但1BX₁加入位置和补萃级数对钚中去铀系数SF_U/Pu有一定影响。     

Purex流程中氚的行为研究

研究了氚在Ｐｕｒｅｘ流程中的行为。测量了氚和ＨＮＯ_３在３０％ＴＢＰ－煤油和水相之间的分配比，研究了γ辐照和铀浓度对氚分配的影响及辐照对氚在有机相中保留的影响。萃取到有机相中氚的洗涤实验表明，洗涤是一种氚在两相间重新分配的简单过程。对氚在一循环中的行为进行了台架实验，结果表明，１Ａ混合－澄清槽（６级萃取，９级洗涤）中对氚的去污系数在１０~４以上，并且氚主要集中在１Ａ的萃取段，残留在１ＡＰ中的氚易在附加的氚洗槽（５级）中去除。     

Purex流程1AF料液中调节钚价态的研究 Ⅰ.二步法调价

在Ｐｕｒｅｘ流程１ＡＦ料液中调节钚的价态，先以ＮＨ＿２ＯＨ·ＨＮＯ＿３，Ｎ＿２Ｈ＿４·ＨＮＯ＿３和Ｕ（Ⅳ）为还原剂，详细研究了各种工艺变量对还原Ｐｕ（Ⅵ）的影响。其后，选择最佳还原条件，用模拟１ＡＦ料液做了验证。最终，完成了用ＮＯ￣－＿２氧化Ｐｕ（Ⅲ）至Ｐｕ（Ⅳ）的实验。     

后处理Purex流程洗锝工艺的计算机模拟Ⅰ.计算机模拟及工艺参数分析

在串级萃取理论的基础上,编写了洗锝工艺段计算机模拟程序,程序可考察HNO₃、U、Pu和Tc体系的萃取行为。通过串级实验对该程序的可靠性进行了验证。结果表明,该程序的计算值与串级实验的实验结果吻合很好,两者间的相对偏差大部分小于10%。在此基础上,利用该程序对洗锝工艺段工艺参数进行了计算分析,结果表明：洗锝工艺段洗锝效果与该工艺段所使用的硝酸总量(摩尔浓度乘以体积流量)有关,提高硝酸总使用量有利于提高锝的净化系数;在硝酸总用量不变前提下,仅靠改变硝酸浓度和流比的组合无法显著改善洗锝工艺段洗锝效果,同时,洗涤效果并非随着硝酸浓度改变而单调递变,存在拐点,该拐点处对应的酸度和流比就是该硝酸使用量下洗锝效果最好的组合。     

单一还原剂氨基羟基脲净化PUREX流程铀纯化循环中的钌

钌是重要的裂变产物之一,在核燃料后处理的铀纯化循环中通过预处理工艺改变钌的化学形态可改进钌的净化效果。采用氨基羟基脲(HSC)作为预处理工艺中的还原剂,研究还原剂浓度、预处理酸度、预处理温度等因素对钌的预处理效果的影响,并进行铀纯化循环萃取净化工艺的台架试验验证。结果表明：氨基羟基脲作为预处理试剂对提高铀纯化循环中钌的净化系数具有明显作用;在铀纯化循环台架温试验中钌的净化系数为1 455,在PUREX流程中具有良好的应用前景。     

单甲基肼改善铀纯化循环中钌的净化

通过单级条件实验研究单甲基肼或肼浓度、预处理酸度、温度等因素对钌的预处理效果的影响。采用确定的条件进行了模拟铀纯化循环2D槽的串级实验,获得了料液经单甲基肼或肼预处理后钌的净化系数（DF_Ru）。结果表明,单甲基肼作为预处理试剂提高钌净化的效果明显,与料液中未加预处理试剂相比,其净化系数提高近10倍,且在相同预处理条件下,其预处理效果优于肼。通过台架温试验,进一步验证了单甲基肼对钌的预处理效果,钌的净化系数达到10⁴。     

Purex流程1A工艺条件下锝的萃取动力学研究

锝是乏燃料后处理工艺中广泛关注的元素,锝的裂变产额高,行为复杂,对铀钚分离工艺过程的影响较大。锝的萃取行为是影响锝在Purex流程中走向的关键因素,而萃取动力学则是研究其萃取行为的一个重要方面,不仅可为认识过程机制提供参考,而且能够提供有实用价值的数据。关于锝萃取动力学的研究目前鲜见报道,因此,有必要开展这方面的研究工作。     

后处理Purex流程洗锝工艺条件的选定与验证

探讨了Purex流程中洗锝(TcS)工艺段的关键工艺参数,对其进行了优化,并用混合澄清槽台架进行了验证。结果表明:TcS工艺段最优工艺的确定,一方面要满足后续工艺段对Tc浓度的要求,同时须考虑后处理厂整体运行的经济性,以确定合理的Tc净化系数;TcS工艺段TcSW中HNO3浓度在4~4.5mol/L范围内,既能满足Tc净化系数最大,又能减少U、Pu的损失;根据确定的Tc净化系数,可确定1AP与TcSS1+TcSS2的最佳流比;在总酸量固定的条件下,TcSS1、TcSS2酸度和流比分配对Tc净化系数影响不大,较低的TcSS2酸度有利于降低TcSP的酸度,同时进入TcSW的U、Pu更少。     

2-羟基乙基肼还原Np(Ⅵ)Ⅱ.在Purex流程中用于U-Np分离的初步研究

用单级萃取试验研究了水相料液中ＨＮＯ３浓度和２－羟基乙基肼浓度对３０％ＴＢＰ－煤油相从水相中萃取Ｎｐ行为的影响,以及反萃液中ＨＮＯ３浓度和２－羟基乙基肼浓度对从含Ｎｐ的３０％ＴＢＰ－煤油相中还原反萃Ｎｐ的效率的影响。试验结果表明：提高水相料液中２－羟基乙基肼浓度和降低ＨＮＯ３浓度有利于抑制Ｎｐ的萃取,提高反萃液中２－羟基乙基肼浓度和降低ＨＮＯ３浓度有利于改善Ｎｐ的反萃取。在２－羟基乙基肼还原Ｎｐ（Ⅵ）过程中,３ｈ内几乎无Ｎｐ（Ⅳ）生成。当水相料液中有一定量Ｆｅ３＋存在时,有少量的Ｎｐ（Ⅳ）生成。在Ｐｕｒｅｘ流程中可望采用２－羟基乙基肼作为Ｎｐ（Ⅵ）的选择性还原剂进行Ｕ－Ｎｐ的分离。     

乙异羟肟酸预处理对钌的净化行为研究

本工作研究了乙异羟肟酸（AHA）浓度、酸度、温度及时间等因素预处理对钌（Ru）净化的影响。结果表明，提高AHA浓度、降低预处理酸度，Ru的分配系数（D（Ru））降低，有利于对Ru的净化；提高预处理温度，延长预处理时间，D（Ru）值降低，预处理效果明显。     

单甲基肼预处理对2D槽中钌的净化研究

通过单级条件实验研究单甲基肼或肼浓度、预处理酸度、温度等因素对钌预处理效果的影响。采用确定的条件进行了模拟铀纯化循环2D槽的串级实验，获得了1CU料液经单甲基肼预处理后钌的净化系数（DF（Ru））。串级结果列于表1。结果表明，单甲基肼作为预处理试剂提高钌净化的效果明显，较料液中未加预处理试剂的净化系数提高近8倍。     

(2—乙基)己基亚砜从硝酸介质中萃取裂片元素锆、铌、钌及γ辐照对萃取性质的影响

所有实验与相同条件下的TBP进行比较。结果表明(2-乙基)己基亚砜(DEHSO)萃取Zr、Nb、Ru元素的分配系数与水相硝酸浓度的变化规律和TBP相似,但DEHSO的萃取能力普遍比TBP强。在低辐照条件下,辐照对萃取分配系数几乎无影响;高辐照剂量下,辐照对这些元素萃取分配系数的影响比较复杂。DEHSO的辐解稳定性明显比TBP好。