一种钚的纯化浓缩方法
【专利摘要】本发明属于乏燃料后处理【技术领域】，公开了一种钚的纯化浓缩方法。该方法是在离心萃取器中将硝酸溶液中的四价钚萃入相对小体积的30％TBP‐煤油溶液中进行纯化浓缩，然后使用相对小体积的含二甲基羟胺的硝酸溶液将四价钚还原为三价钚，三价钚被反萃进入水相，从而使钚得到进一步纯化浓缩。整个浓缩过程节省了铀的补充萃取环节。该方法步骤简单、耗时短、溶剂辐解效应小并且在钚浓度提高至10倍以上的同时满足还能够使钚反萃收率高达99.98％。
【专利说明】一种钚的纯化浓缩方法
【技术领域】
[0001]本发明属于乏燃料后处理【技术领域】，具体涉及一种钚的纯化浓缩方法。
【背景技术】
[0002]从实验室研究或后处理工厂得到的钚产品通常以硝酸钚溶液的形式存在。但是，对于钚的最终产品贮存价格的估算表明，贮存二氧化钚比贮存硝酸钚溶液更加经济和安全。因此，为便于保存，需要将硝酸钚溶液转化成二氧化钚固体的形式。
[0003]硝酸钚溶液转化成二氧化钚固体通常是将硝酸钚进行草酸钚沉淀，然后对草酸钚沉淀进行过滤、干燥和焙烧后得到二氧化钚粉末。为了加速草酸钚沉淀过程，要在沉淀之前，对硝酸钚溶液进行纯化浓缩。
[0004]现有的钚纯化浓缩的方法是溶剂萃取法，该法是在混合澄清槽中通过萃取、补充萃取铀和反萃等步骤实现钚的纯化浓缩。该法虽然可使钚的浓度提高十倍左右，但是也存在以下缺点:(I)铀的补充萃取步骤虽然可进一步降低钚产品液中的铀含量，但是会降低钚的反萃收率，而钚作为具有重要意义的核材料是需要充分回收的。另外，由于每3.5g/L钚溶液中的铀浓度已低至0.007g/L，无需为了净化铀而进行铀的补充萃取。(2)对硝酸钚溶液纯化浓缩时钚浓度较 高，钚释放了大量容易被溶剂吸收的α射线，溶剂会发生辐解效应，溶剂辐解产生的辐解产物对钚的纯化及钚的反萃效果将产生不利影响。溶剂萃取分离过程是一个多次两相混合-分相的过程，由于混合澄清槽是利用重力将两相分离，因此分相时间较长，使得混合澄清槽单级停留时间通常在I分钟以上，溶剂的辐解效应较为严重。
[0005]因此，需要研究一种钚纯化浓缩的新方法。
【发明内容】
[0006](一)发明目的
[0007]根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种方法步骤简单、耗时短、溶剂辐解效应小并且在钚浓度提高至10倍以上的同时满足还能够使钚反萃收率高达99.98%的钚的纯化浓缩方法。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]为了解决现有技术所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种钚的纯化浓缩方法，该方法包括萃取和反萃两个步骤:
[0011]⑴萃取
[0012]将硝酸钚溶液中的Pu( IV )萃取进入有机相30% TBP -煤油溶液中，对Pu(IV)进行浓缩；萃取后用I~1.5mol/L HN03作为洗涤剂洗涤，进一步净化Zr、Ru及其他裂片元素；
[0013]⑵反萃
[0014]使用含二甲基羟胺的硝酸溶液作为还原剂将30% TBP-煤油溶液的Pu( IV )还原为Pu (III)，Pu (III)反萃进入水相，从而使硝酸钚溶液得到纯化浓缩。[0015]优选地，所述步骤(1)中30 % TBP-煤油溶液的体积为硝酸钚溶液体积的1/3~1/4。
[0016]优选地，所述步骤(2)中含二甲基羟胺的硝酸溶液的体积为30% TBP-煤油溶液体积的1/3~1/4。
[0017]优选地，所述步骤⑵中二甲基羟胺的浓度为0.4~1.0mol/Lo
[0018]优选地，所述步骤(1)和步骤⑵是在离心萃取器中进行操作的。
[0019]优选地，所述步骤(1)中萃取的级数为10~12级，洗涤的级数为6~8级，步骤
(2)中反萃的级数为12~14级。
[0020]优选地，所述萃取和反萃过程中有机相:硝酸钚溶液:洗涤剂:还原剂的流比为1:4:1:0.25。
[0021]优选地，所述(I)和步骤⑵中萃取和反萃时单级停留时间为5~60秒。(三)有益效果
[0022]本发明提供的硝酸钚溶液的纯化浓缩方法，该方法采用萃取和反萃两个步骤实现硝酸钚溶液的纯化浓缩，具有以下有益效果:
[0023](I)钚的反萃收率和浓缩倍数高
[0024]由于取消了铀的补充萃取这一步骤，不但简化了方法步骤而且还提高了钚的反萃收率；另外，通过将硝酸钚溶液中的Pu( IV )萃入相对小体积的30% TBP-煤油和使用相对小体积的含二甲基羟胺的硝酸溶液反萃两个步骤，将钚的浓度最高可提高至16倍，实现了钚的纯化和浓缩。
[0025](2)溶剂辐解效应小、耗时短
[0026]本方法中的萃取和反萃均是在离心萃取器中进行操作的，使得料液可在5~60s内利用离心力完成两相混合-分相，单级停留时间为秒级。在进行硝酸钚溶液的纯化浓缩同时，尽量降低溶剂的辐解程度，最大程度地避免溶剂的辐解产物对钚的纯化和反萃收率
产生影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是钚的纯化浓缩方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明作进一步阐述。
[0029]实施例1
[0030]在离心萃取器中进行钚的纯化浓缩，该方法包括萃取和反萃两个步骤，其方法的工艺流程如图1所示。
[0031]⑴萃取
[0032]将组成为3.3g/L钚-3.5mol/L硝酸的硝酸钚溶液中的Pu ( IV )萃取进入有机相30% TBP-煤油溶液中，在对Pu (IV)进行浓缩的同时，进一步净化Zr、Ru及其他裂片元素；其中30% TBP-煤油的体积为硝酸钚溶液的1/4。萃取级数为10级。然后用lmol/L硝酸洗涤，洗涤级数为6级。
[0033](2)反萃[0034]使用含有二甲基羟胺的硝酸溶液作为还原剂将30% TBP-煤油溶液的Pu( IV )还原为PuUII )，Pu(III)反萃进入水相，从而使硝酸钚溶液得到纯化浓缩。其中含有二甲基羟胺的硝酸溶液的体积为30% TBP-煤油溶液的1/4。反萃级数为12级，二甲基羟胺的浓度为 0.4mol/L。
[0035]其中有机相:硝酸钚溶液:洗涤硝酸:还原剂=1:4:1:0.25，
[0036]步骤⑴和步骤⑵中萃取和反萃时单级停留时间为5秒。
[0037]台架实验结果为:给定工艺条件下钚萃取收率为99.91 %，钚反萃收率为99.98%，浓缩后硝酸钚溶液中钚浓度为50.5g/L。
[0038]实施例2
[0039]与实施例1的方法和步骤相同，不同的是步骤(1)中30% TBP-煤油的体积为硝酸钚溶液的1/3，萃取级数为11级。然后用1.5mol/L硝酸洗涤，洗涤级数为7级。
[0040]步骤⑵中其中含有二甲基羟胺的硝酸溶液的体积为30% TBP-煤油溶液的1/3。反萃级数为13级，二甲基羟胺的浓度为0.8mol/L。
[0041]台架实验结果为:给定工艺条件下钚萃取收率为99.93 %，钚反萃收率为99.98%，浓缩后硝酸钚溶液中钚浓度为30.5g/L。 [0042]实施例3
[0043]与实施例1的方法和步骤相同，不同的是步骤(1)中30% TBP-煤油的体积为硝酸钚溶液的1/4，萃取级数为12级。然后用1.5mol/L硝酸洗涤，洗涤级数为8级。
[0044]步骤⑵中其中含有二甲基羟胺的硝酸溶液的体积为30% TBP-煤油溶液的1/3。反萃级数为14级，二甲基羟胺的浓度为lmol/L。
[0045]台架实验结果为:给定工艺条件下钚萃取收率为99.91 %，钚反萃收率为99.99%，浓缩后硝酸钚溶液中钚浓度为40.2g/L。
[0046]实施例4
[0047]与实施例1的方法和步骤相同，不同的是步骤(1)中30% TBP-煤油的体积为硝酸钚溶液的1/5，萃取级数为10级。然后用lmol/L硝酸洗涤，洗涤级数为6级。
[0048]步骤(2)中其中含有二甲基羟胺的硝酸溶液的体积为30% TBP-煤油溶液的1/5。反萃级数为12级，二甲基羟胺的浓度为0.4mol/L。
[0049]台架实验结果为:给定工艺条件下钚萃取收率为99.31 %，钚反萃收率为99.47%，浓缩后硝酸钚溶液中钚浓度为78.2g/L。
[0050]实施例5
[0051]与实施例1的方法和步骤相同，不同的是反萃的单级停留时间不同，表1是反萃过程中单级停留时间不同对钚反萃率的影响，其中每种停留时间测两次钚反萃收率。
[0052]表1:单级停留时间不同对钚反萃收率的影响[0053]
【权利要求】
1.一种钚的纯化浓缩方法，其特征在于，该方法包括萃取和反萃两个步骤: (1)萃取 将硝酸钚溶液中的Pu( IV )萃取进入有机相30% TBP-煤油溶液中，对Pu(IV)进行浓缩；萃取后用I~1.5mol/L HNO3作为洗涤剂洗涤，进一步净化Zr、Ru及其他裂片元素； (2)反萃 使用含二甲基羟胺的硝酸溶液作为还原剂将30% TBP-煤油溶液的Pu( IV )还原为Pu (III)，Pu (III)反萃进入水相，从而使硝酸钚溶液得到纯化浓缩。
2.根据权利要求1所述的一种钚的纯化浓缩方法，其特征在于，所述步骤(1)中30%TBP-煤油溶液的体积为硝酸钚溶液体积的1/3~1/4。
3.根据权利要求1所述的一种钚的纯化浓缩方法，其特征在于，所述步骤(2)中含二甲基羟胺的硝酸溶液的体积为30% TBP-煤油溶液体积的1/3~1/4。
4.根据权利要求1所述的一种钚的纯化浓缩方法，其特征在于，所述步骤(2)中二甲基轻胺的浓度为0.4~1.0mol/Lo
5.根据权利要求1所述的一种钚的纯化浓缩方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)是在离心萃取器中进行操作的。
6.根据权利要求1所述的一种钚的纯化浓缩方法，其特征在于，所述步骤(1)中萃取的级数为10~12级，洗涤的级数6~8级，步骤⑵中反萃的级数为12~14级。
7.根据权利要求1所述的一种钚的纯化浓缩方法，其特征在于，所述萃取和反萃过程中有机相:硝酸钚溶液:洗涤剂:还原剂的流比为1:4:1:0.25。
8.根据权利要求1所述的一种钚的纯化浓缩方法，其特征在于，所述⑴和步骤(2)中萃取和反萃时单级停留时间为5~60秒。
【文档编号】C22B60/04GK104004928SQ201410238344
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】晏太红, 左臣, 郑卫芳, 鲜亮, 李传博 申请人:中国原子能科学研究院