Способ очистки плутония от урана
Владельцы патента RU 2307794:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" (RU)
Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано при получении плутония высокой степени чистоты. Способ очистки плутония от урана включает извлечение плутония и урана в раствор трибутилфосфата в инертном разбавителе, промывку экстракта растворами азотной кислоты, реэкстракцию плутония в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 0,20 моль/дм3. Реэкстракцию плутония проводят в степени окисления +3 раствором β-оксиэтилгидразина с молярной концентрацией от 0,8 до 1,0 моль/дм3 при температуре от 40°С до 60°С и соотношении потоков органической и водной фаз от 1,8 до 2,2. Результат изобретения: повышение степени очистки плутония от урана, уменьшение объема реэкстракта. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано при получении плутония высокой степени чистоты.
Растворы плутония содержат примеси, в частности уран, и не могут использоваться по назначению без предварительной очистки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков является способ очистки плутония от урана, включающий извлечение плутония и урана в раствор трибутилфосфата (ТБФ) в инертном разбавителе, промывку экстракта растворами азотной кислоты, реэкстракцию плутония в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 0,20 моль/дм3. (Патент US 4983300. кл. C01G 56/00, С22В 60/04, опубликован 08.01.1991).
Недостатками этого способа являются невысокая степень очистки плутония от урана, большой объем реэкстракта.
Технической задачей изобретения является повышение степени очистки плутония от урана, уменьшение объема реэкстракта.
Решение поставленной задачи достигается тем, что реэкстракцию плутония проводят в степени окисления +3 раствором β-оксиэтилгидразина (ОЭГ) с молярной концентрацией от 0,8 до 1,0 моль/дм3 в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 0,20 моль/дм3 при температуре от 40°С до 60°С и соотношении потоков (n) органической и водной фаз от 1,8 до 2,2.
Новизной заявляемого способа является использование раствора ОЭГ на операции реэкстракции плутония.
Предлагаемый способ осуществляют на экстракционной установке, принципиальная схема которой приведена чертеже, следующим образом.
Из исходного раствора проводят извлечение плутония и урана в раствор ТБФ в разбавителе на 12 ступенях экстракционного аппарата. Экстракт плутония промывают на трех ступенях раствором азотной кислоты с молярной концентрацией 6,0 моль/дм3, затем на трех ступенях раствором азотной кислоты с молярной концентрацией 0,5 моль/дм3. Расход промывных растворов меньше расхода экстрагента в десять раз.
Экстракт плутония из 18 ступени головного аппарата направляют в первую ступень аппарата реэкстракции. В 15 ступень аппарата дозируют реэкстрагент. Реэкстракцию плутония проводят при температуре от 40°С до 60°С и значении n от 1,8 до 2,2.
Экстрагент после реэкстракции плутония промывают раствором карбоната натрия при значении n, равном 10 на трех ступенях.
В таблице 1 приведено распределение плутония и урана по технологическим продуктам экстракционной установки при извлечении плутония в раствор ТБФ с объемной долей 30% в гексахлорбутадиене из раствора состава: плутоний - 34 г/дм3, уран - 0,5 г/дм3, азотная кислота 5,2 моль/дм3 и проведении реэкстрации плутония по заявляемому способу и способу, принятому за прототип.
| Таблица 1 - Распределение плутония и урана по технологическим продуктам экстракционной установки | |||||||||||
| Способ реэкстракции плутония Состав реэкстрагента | Соотношение потоков фаз | Относительный объем реэкстракта | Массовая концентрация плутония (г/дм3), урана (г/дм3) и молярная концентрация азотной кислоты (моль/дм3) в продуктах | Коэффициент очистки плутония от урана | |||||||
| Экстракт | Реэкстракт плутония | Органический раствор после реэкстракции плутония | Карбонатный раствор | ||||||||
| Плутоний | Плутоний | Уран | Азотная кислота | Плутоний | Уран | Плутоний | Уран | ||||
| Заявляемый Раствор ОЭГ с молярной концентрацией 0,8 моль/дм3 в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/дм3 Температура - 40°С | 1,8 | 0,55 | 84,1 82,5 | 150,5 146,2 | 0,06 0,04 | 1,4 1,5 | 0,015 0,011 | 1,1 1,2 | 0,14 0,10 | 10,5 11,6 | 37,6 54,4 |
| 2,0 | 0,50 | 83,1 84,5 | 165,1 169,7 | 0,05 0,04 | 1,6 1,5 | 0,012 0,010 | 1,0 1,2 | 0,11 0,11 | 10,2 11,4 | 49,0 63,9 | |
| Раствор ОЭГ с молярной концентрацией 1,0 моль/дм3 в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/дм3 Температура - 40°С | 1,8 | 0,55 | 82,7 | 147,4 | 0,05 | 1,4 | 0,014 | 1,1 | 0,13 | 10,8 | 44,5 |
| 83,6 | 149,0 | 0,05 | 1,6 | 0,015 | 1,0 | 0,14 | 9,7 | 43,4 | |||
| 2,0 | 0,50 | 84,0 | 165,2 | 0,06 | 1,4 | 0,013 | 1,2 | 0,12 | 11,5 | 40,8 | |
| 81,5 | 161,5 | 0,05 | 1,5 | 0,011 | 1,1 | 0,10 | 10,9 | 47,5 | |||
| Раствор ОЭГ с молярной концентрацией 0,8 моль/дм3 в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/дм3 Температура - 60°С | 1,8 | 0,55 | 82,7 | 147,9 | 0,04 | 1,4 | 0,012 | 1,1 | 0,12 | 11,2 | 54,4 |
| 83,1 | 149,1 | 0,04 | 1,6 | 0,014 | 1,2 | 0,13 | 11,6 | 56,5 | |||
| 2,0 | 0,50 | 80,9 | 160,2 | 0,05 | 1,5 | 0,015 | 1,1 | 0,14 | 11,7 | 47,2 | |
| 82,8 | 163,2 | 0,06 | 1,6 | 0,015 | 1,0 | 0,15 | 10,5 | 40,8 |
| Окончание таблицы 1 | |||||||||||
| Способ реэкстракции плутония Состав реэкстрагента | Соотношение потоков фаз | Относительный объем реэкстракта | Массовая концентрация плутония (г/дм3), урана (г/дм3) и молярная концентрация азотной кислоты (моль/дм3) в продуктах | Коэффициент очистки плутония от урана | |||||||
| Экстракт | Реэкстракт плутония | Органический раствор после реэкстракции плутония | Карбонатный раствор | ||||||||
| Плутоний | Плутоний | Уран | Азотная кислота | Плутоний | Уран | Плутоний | Уран | ||||
| Заявляемый Раствор ОЭГ с молярной концентрацией 1,0 моль/дм3 в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/дм3 Температура - 60°С | 1,8 | 0,55 | 83,0 | 148,8 | 0,05 | 1,3 | 0,013 | 1,0 | 0,13 | 9,8 | 44,5 |
| 81,9 | 146,9 | 0,06 | 1,6 | 0,011 | 1,2 | 0,10 | 11,9 | 36,5 | |||
| 2,0 | 0,50 | 84,2 | 169,2 | 0,04 | 1,4 | 0,015 | 1,1 | 0,14 | 11,1 | 63,9 | |
| 81,2 | 163,1 | 0,05 | 1,5 | 0,010 | 1,2 | 0,09 | 11,8 | 49,0 | |||
| Прототип Раствор азотной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/дм3 | 1,2 | 0,83 | 83,5 | 101,2 | 1,0 | 0,5 | 0,024 | 0,4 | 0,23 | 4,1 | 1,5 |
| 85,5 | 100,5 | 0,9 | 0,5 | 0,021 | 0,5 | 0,21 | 4,8 | 1,6 | |||
| 1,4 | 0,71 | 84,3 | 116,7 | 1,2 | 0,4 | 0,051 | 0,4 | 0,50 | 3,7 | 1,4 | |
| 83,6 | 118,5 | 1,1 | 0,5 | 0,058 | 0,4 | 0,61 | 3,8 | 1,6 |
Из приведенных в таблице 1 данных следует, что проведение восстановительной реэкстракции плутония обеспечивает высокую степень очистки плутония от урана и позволяет в 1,4-1,5 раза уменьшить объем реэкстракта. Коэффициент очистки плутония от урана изменяется от 36,5 до 63,9.
При использовании в качестве реэкстрагента азотной кислоты с молярной концентрацией 0,20 моль/дм3 очистка плутония от урана практически не происходит. Коэффициент очистки плутония от урана составляет (1,5±0,1).
Использование раствора ОЭГ на операции реэкстракции плутония позволяет увеличить соотношение потоков органической и водной фаз, а также концентрацию азотной кислоты, выделяющейся при взаимодействии ОЭГ с плутонием.
Очистка плутония от урана при проведении восстановительной реэкстракции плутония обусловлена эффектом высаливания урана при высокой концентрации плутония и азотной кислоты в реэкстракте.
Уран практически полностью извлекается из органической фазы после реэкстракции плутония в ступенях регенерации экстрагента карбонатным раствором.
Внедрение предлагаемого способа позволит производить глубокую очистку плутония от урана.
Способ очистки плутония от урана, включающий извлечение плутония и урана в раствор трибутилфосфата в инертном разбавителе, промывку экстракта растворами азотной кислоты, реэкстракцию плутония в растворе азотной кислоты с молярной концентрацией 0,20 моль/дм3, отличающийся тем, что реэкстракцию плутония проводят в степени окисления +3 раствором β-оксиэтилгидразина с молярной концентрацией от 0,8 до 1,0 моль/дм3 при температуре от 40 до 60°С и соотношении потоков органической и водной фаз от 1,8 до 2,2.
