核燃料后处理工学 P UR EX
46页1、1,核燃料化学工艺学,Part 核燃料后处理 第五章 溶剂萃取工艺过程 第十三讲 聂小琴,2,第五章 溶剂萃取工艺过程,5.1 普雷克斯流程概述 5.2 共去污-分离循环 5.3 钚的净化循环 5.4 铀的净化循环,3,5.1 普雷克斯流程概述,普雷克斯 (Purex: Plutonium Uranium Recovery by Extraction萃取回收铀钚) 定义: 采用磷酸三丁酯(30%)为萃取剂,正十二烷、煤油或烃混合物作稀释剂,硝酸作盐析剂,从乏燃料硝酸溶解液中分离回收铀、钚的溶剂萃取流程。 原理: 该流程利用TBP易萃取四价钚、六价铀,而不易萃取三价钚和裂变产物的这一化学性能,并采用适当的方法调节钚的价态,经过23个萃取循环,实现铀和钚的分离和回收,以及对裂变产物的净化。有些普雷克斯流程中最后一步用阴离子交换纯化钚,用硅胶吸附纯化铀。,4,5,5.1 普雷克斯流程概述,共去污分离循环 装置:1A,1B,1C混合澄清槽 任务: 实现铀钚与裂片元素的分离,以及铀钚之间的分离。 铀的净化循环 装置:2D,2E混合澄清槽 任务:完成第一循环铀产品液的进一步净化 钚的净化循环 装置
2、:2A,2B混合澄清槽 任务:完成第一循环钚产品液的进一步净化,6,5.1 普雷克斯流程概述,蒸发浓缩器 装置: 1CU 任务:便于对2DF调料 调料罐 装置: 2DF,2AF 任务:调酸调价 水相废液 装置:1AW,2DW,2AW 污溶剂 装置:1CW,2BW,2EW,7,8,5.2 共去污-分离循环,(一) 过程概述 (1) 共萃取共去污(1A) (2) 1B槽(铀钚分离槽) (3) 1C槽,9,5.2 共去污-分离循环,(一) 过程概述 (1) 共萃取共去污(1A) 1AF: 萃取料液 1AX: 有机萃取剂(30TBP煤油) 1AW: 水相萃残液 1AS:洗涤剂(13mol/L HNO3) 1AP:萃取液(有机相),10,5.2 共去污-分离循环,(一)过程概述 (2) 1B槽(铀钚分离槽) 1BX:还原反萃剂 1BS:补充萃取剂 1BP:水相反萃液 1BU:含U有机相,11,5.2 共去污-分离循环,(一) 过程概述 (3) 1C槽 1CX:铀反萃取剂 1CU:含铀水相反萃液 1CW:污溶剂,12,5.2 共去污-分离循环,(二) 工艺条件的选择 (1) 共萃取共去污(1A)
3、(2) 铀钚分离(1B槽) (3) 铀的反萃取(1C槽) (4) 污溶剂的净化与复用,13,5.2 共去污-分离循环,(二) 工艺条件的选择 (1) 共萃取共去污(1A) 料液铀浓度 料液和洗涤剂的硝酸浓度 TBP浓度 铀饱和度 流比 温度,14,5.2 共去污-分离循环,(1) 共萃取共去污(1A) 料液铀浓度 高(生产能力/进料级的铀饱和度) 太高(粘度/密度/流动性) 加浓铀燃料元件:200-300g/L 天然铀或低加浓铀:1.8mol/L,15,5.2 共去污-分离循环,(1) 共萃取共去污(1A) 料液和洗涤剂的硝酸浓度 高酸(3mol/L)进料低酸(1mol/L)洗涤 优点: 有利于去除钌/锆/铌 缺点: 降低了设备的生产能力; 有机相降解比较严重; 提高了试剂消耗量,增加了强放废液处理和贮存费用。,16,5.2 共去污-分离循环,(1) 共萃取共去污(1A) 料液和洗涤剂的硝酸浓度 低酸(0.5-1mol/L)进料高酸(2-3 mol/L)洗涤 依据: 当1AF料液中锆铌含量比钌多时 优点: 由于采用较高铀浓度的料液而提高了设备的生产能力; 降低了强放废液1AW的硝酸浓度
4、。 缺点: 增加了铀/钚净化循环除钌的负担。,17,5.2 共去污-分离循环,(1) 共萃取共去污(1A) TBP浓度 所处理对象 高加浓铀燃料元件 2%-15%(体积)TBP浓度 天然铀及低加浓铀燃料元件 30% (20%-40%) (体积)TBP浓度 生产能力 水力学性能 铀/钚和裂片元素分配系数,18,5.2 共去污-分离循环,(1) 共萃取共去污(1A) 铀饱和度 有利于去除裂片元素 增加铀/镎/钚的损失 60%-80%,19,5.2 共去污-分离循环,(1) 共萃取共去污(1A) 流比(1AF:1AX:1AS的流量比) X:F 有机相和料液比 X:S 有机相和洗涤剂比 流比大 降低铀饱和度,对去除裂片元素不利 流比小 提高铀饱和度,导致运行不稳定,造成铀/钚的流失量增大。,20,5.2 共去污-分离循环,(1) 共萃取共去污(1A) 温度 TBP萃取铀/钚的过程是一个放热反应过程 高温 有利于除钌,改善澄清分相,对铀/钚的收率有好处 低温 有利于除锆/铌 洗涤段加热到50-55,21,5.2 共去污-分离循环,(2) 铀、钚分离(1B槽) 原理 选择适当的还原反萃剂,将钚由P
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