离子液体中溶解UO<sub>2</sub>、PuO<sub>2</sub>或乏燃料的方法

专利名称:离子液体中溶解UO₂、PuO₂或乏燃料的方法
离子液体中溶解U02、 Pu02或乏燃料的方法技术领域：
本发明属于乏燃料后处理技术领域：
，具体涉及一种将U02、 Pu02或者乏燃料溶解在离子液体之中以备回收的方法。
技术背景乏燃料后处理是实现核燃料闭合循环的关键环节。由于燃耗深、冷却期短、 钚含量高的乏燃料(尤其是快堆乏燃料)的处理技术具有潜在应用前景，干法后处 理技术成为了研究的热点。各主要核能国家均投入大量人力物力开展干法后处理 技术的研究，并将主要精力集中在熔盐体系电解的干法后处理流程开发上。熔盐电解后处理技术是使用熔融盐作为介质溶解乏燃料。由于这些熔融盐一般是在高温下变成液体的盐，这样熔盐电解后处理技术存在一些技术上的缺陷由于操作温度高，对过程设备腐蚀问题严重，因而对设备提出了非常苛刻的要求； 同时，由于高温条件下放射性核素的蒸汽压增加，操作过程中防护要求严格，流 程需要在惰性气氛保护下的密闭设备中才能完成。近些年来，人们研究发现了一些在室温条件下熔融的盐或者盐的混合物，被 称为"离子液体"。离子液体的主要特征是室温下蒸汽压为零、溶剂化能力高、 液相区大(例如高达30(TC)、导电能力高和电化学窗口宽，使得它能够作为独特 溶剂开展电化学研究。例如，在离子液体体系中，能够电解制备许多不能在水溶 液中存在、化学性质活泼的金属。离子液体在室温下就是熔融盐，如果用离子液体来替代在高温化学流程中的 碱金属氯化物作为介质，通过电解精炼的方法来回收铀、钚以及其它有价值元素， 那么熔融盐电解后处理流程在室温条件下也能进行，这将对高温熔盐电解流程做 出重大改进。在现有技术中，李汝雄在《绿色溶剂一离子液体的合成与应用(2004)》 一书 中对离子液体的合成方法、性质以及在催化、有机合成和电化学等方面的应用情3况进行了一般性描述。L. Heerman等在J. Electroanal. Chem， 193,289 (1985) 中介绍了将U(V溶解在氯化N-丁基吡啶鎗和三氯化铝离子液体中的方法。Y. Ikeda等在2005 Fall Meeting of the Atomic Energy Society of J印an(2005) 一文中，介绍了在氯化1-甲基-3-丁基-咪唑鎗和十氟丁基硫酸中通入氯气溶解 二氧化铀的方法。专利CN97196972,8中介绍了将离子液体通过加入硝酸、硫酸 或者[N0][BF4]溶解U02的方法，并对电解沉积回收U进行了一般性描述。但该方 法中引入了[BFr]，给溶解体系引入了不希望存在的杂质，同时[N0][BF4]溶解试 剂的市场价格较高，不利于工业规模使用。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的问题，提供一种经济实用、不引入杂质的离子 液体中溶解1]02、 Pu02或乏燃料的方法。一种离子液体中溶解U02、 Pu02或乏燃料的方法，是将U02、 Pu02或乏燃料溶 解于含有强氧化剂的离子液体中，关键在于所述的强氧化剂是气态或液态的NA 或N02，或者是可反应生成&04或N02的物质。本技术方案对所用的离子液体没有任何限制，不仅包括吡啶鎗、咪唑鎗和其 它可以组成离子液体的阳离子，以及C厂、S 042 — 、 N03— 、 PF6— 、 BF4—、 N (CF3S02) 2—等其它阴离子构成已知的离子液体，而且包括未合成出来的其它 类型的离子液体。本技术方案所涉及的处理对象不仅包括金属单质，而且包括其化合物，如金 属氧化物。金属包括铀(一般为U02、 U308)、钚(一般为Pu02)和钍(一般为Th02) 以及常见的裂变产物元素；也包括用氧化性离子液体溶解燃料棒包壳的其它金 属，如锆合金包壳材料和不锈钢包壳材料。NA溶于离子液体之中，生成N0+和N0:「， N0+是亚硝鎗，具有很强的氧化性， 它能氧化处于低价的金属或其化合物。其离子化过程如下式所示NA— N0++N03—本发明所给出的将NA、 N02溶解在离子液体中，然后利用其氧化性溶解1]02、 Pu02或乏燃料的方法，具有溶解速率快，经济性好，适合各种离子液体，不向溶 解体系引入固体杂质的特点。可用于任何乏燃料后处理的溶解过程，也可用于铀矿石或铀矿浓縮物的制备纯化。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术方案作进一步阐述。本实施例所用离子液体按文献李汝雄，绿色溶剂一离子液体的合成与应用 (2004) —书中的方法进行合成并纯化，用质谱、核磁共振光谱进行了表征；固 体1102粉末购自国营821厂；NA购自天津特种气体厂；N02气体为将N204液体在 4(TC水浴中加热分解制得，或者浓硝酸加热、亚硝酸盐与强酸反应制得。其它化 学试剂都购自于北京化学试剂公司。实施例1在2ml合成的离子液体六氟磷酸l-甲基-3-丁基咪唑中加入NA液体0. 5ml， 振荡，该溶液迅速变为深绿色，液体表面有棕色气体逸出，黏度比加入N204液体 前降低很多。在溶解有NA的离子液体中加入0. lgU02粉末，振荡l一2min，溶液中U02 粉末完全消失，再加入O. lgU02粉末，U02粉末又有部分溶解，然后加热至50。C 保温30min，溶液绿色消失变为深黄色，底部只留有少量固体。取少量深黄色溶液用TiCl3—KCr204法进行滴定分析其中铀浓度为10g/L。实施例2在2ml合成的离子液体六氟磷酸l-N-甲基-2-N-丁基咪唑中通入鹏2气体， 振荡，该溶液迅速变为深绿色，液体表面有棕色气体逸出，黏度降低很多。在溶解有冊2的离子液体中加入0. lgU02粉末，振荡l一2min，溶液中1102粉 末完全消失，再加入O. lgU02粉末，1102粉末又有部分溶解，然后加热至50。C保 温30min，溶液绿色消失变为深黄色，底部只留有少量固体。取少量深黄色溶液用TiCl3 — KCrA法进行滴定分析其中铀浓度为10g/L。实施例3在2ml合成的离子液体二(三氟甲基)硫酰胺1-甲基-3-己基咪唑中加入^04液体0.5ml，振荡，该溶液迅速变为深绿色，液体表面有棕色气体逸出，黏度降 低很多。在溶解有NA的离子液体中加入0. lgU02粉末，振荡l一2min，溶液中U02 粉末完全消失，再加入O. lgU02粉末，1102粉末又有部分溶解，然后加热至50'C 保温30min，溶液绿色消失变为深黄色，底部只留有少量固体。取少量深黄色溶液用TiCl3—KCrA法进行滴定分析其中铀浓度为10g/L。实施例4收集所生成的N02气体。在2ml合成的离子液体硝酸l-甲基-3-丁基咪唑中通入N02气体，振荡，该 溶液迅速变为深绿色，液体表面有棕色气体逸出，黏度比加入NA液体降低很多。在溶解有NA的离子液体中加入O. lgU02粉末，振荡l一2min，溶液中U02 粉末完全消失，再加入O. lgU02粉末，1]02粉末又有部分溶解，然后加热至30(TC 保温30min，溶液绿色消失变为深黄色，底部只留有少量固体。取少量深黄色溶液用TiCl3—KCr2(V法进行滴定分析其中铀浓度为10g/L。
权利要求
1.一种离子液体中溶解UO2、PuO2或乏燃料的方法，是将UO2、PuO2或乏燃料溶解于含有强氧化剂的离子液体中，其特征在于所述的强氧化剂是气态或液态的N2O4或NO2。
2. 根据权利要求
1所述的离子液体中溶解U02、 Pu02或乏燃料的方法，其 特征在于所述的NA或冊2还可以是化学反应生成的物质。
3. 根据权利要求
1所述的离子液体中溶解U02、 Pu02或乏燃料的方法，其 特征在于所述的溶解过程在室温 30(TC温度下进行。
专利摘要
本发明公开了一种将UO₂、PuO₂或者乏燃料溶解在离子液体之中以备回收的方法。该方法是将UO₂、PuO₂或乏燃料溶解于含有N₂O₄或NO₂强氧化剂的离子液体中，具有溶解速率快，经济性好，适合各种离子液体，不向溶解体系引入杂质的特点。
文档编号G21C19/42GKCN101252027SQ200810089970
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月14日
发明者辉 何, 张秋月, 黄小红 申请人:中国原子能科学研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan