后处理工艺Purex流程计算机模拟研究现状及展望
后处理厂流程仿真国内外发展现状

后处理厂流程仿真国内外发展现状后处理厂是指对工业废水、废气等进行处理的生产基地,是确保环境持续改善和保护生态环境的重要环节。
后处理厂流程仿真是通过建立数学模型,模拟和优化处理过程,为厂房的设计、运行和优化提供支持。
目前,国内外后处理厂流程仿真的发展现状如下。
国外发展现状:1. 美国:美国在后处理厂流程仿真方面较为成熟,已经建立了许多相关的仿真软件。
较早应用的软件有WEST, AQUASIM和SUMO等,其中WEST和AQUASIM主要用于废水处理的仿真,SUMO则用于废气处理的仿真。
近年来,PondSim、ModSim和gPROMS等软件也逐渐流行起来。
2.欧洲:欧洲的后处理厂流程仿真研究主要集中在德国和荷兰等国家。
德国的仿真软件ASIM-WWTP主要用于废水处理,而荷兰的SIMBA软件则适用于气体处理。
除了建立数学模型,欧洲还注重实际案例的研究,以实现仿真结果和实际运行数据的对比分析。
3.日本:日本在后处理厂流程仿真方面也有一定的研究力量,主要集中在大阪大学等高校和研究所。
在废水处理方面,日本研发了一套基于水力学和生物技术的仿真软件,以模拟不同工况下污水处理的效果。
国内发展现状:1.研究机构:国内的后处理厂流程仿真研究主要由大学和科研机构开展。
例如,清华大学、华南理工大学和东南大学等高校,在废水处理方面积累了一定的研究经验。
2.仿真软件:国内也有一些后处理厂流程仿真软件被开发出来,例如,炼大环保科技研发的工业废水处理流程仿真软件ISEP。
该软件能够模拟废水处理过程中的各个环节,帮助分析和优化处理效果。
3.实际应用:国内的后处理厂流程仿真技术已经开始在实际应用中得到推广。
一些大型环保项目,如钢铁、化工和电力等行业的废水处理厂,开始采用仿真软件进行设计和优化,以提高处理效果和节约成本。
总的来说,国内外后处理厂流程仿真的发展都处于不同的阶段,但都在致力于提高处理效率和减少环境污染。
国外在仿真软件的开发和应用方面较为成熟,而国内则还处于起步阶段,但已经取得了一些进展。
PUREX流程钚还原反萃过程的计算机模拟研究进展

PUREX流程钚还原反萃过程的计算机模拟研究进展于婷;叶国安;何辉;陈延鑫;刘金平;张岚【摘要】PUREX流程为当前后处理工业的主流流程,其计算机模拟研究为研究热点.国外一些国家已进行全流程模拟计算,能够开展工艺条件分析和工艺优化工作,具有重要的应用价值.铀钚分离工艺单元(1B)和钚反萃单元(2B)是PUREX流程的重要环节,二者计算机模拟的基础为钚的还原反萃单元模型.本文总结了国外PUREX流程计算模拟程序中的钚还原反萃模型的研究进展,重点对模型的建立和算法做了介绍.%PUREX has been a dominant process in nuclear fuel reprocessing industry.The computer simulation of PUREX has been a research hot spot.In some other countries,computer simulation of complete flow scheme has been realized,and the simulation program can be used in analyzing the influence of input parameter on PUREX and optimizing the input parameter of PUREX.Uranium and plutonium separation unit(1B) and plutonium stripping unit(2B) are critical part of PUREX.The computer simulations of them are based on plutonium stripping chemical reduction model.This paper reviews the recent process of the model of the plutonium stripping by chemical reduction model,focuses on the model and algorithm.【期刊名称】《核化学与放射化学》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】11页(P257-267)【关键词】PUREX流程;计算机模拟;反萃;钚还原反应【作者】于婷;叶国安;何辉;陈延鑫;刘金平;张岚【作者单位】中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京 102413;中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京 102413;中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京 102413;中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京 102413;中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京 102413;中国科学院上海应用物理研究所放射化学与工程技术部,上海201800;中国科学院核辐射与核能技术重点实验室,上海201800;中国科学院钍基熔盐堆核能系统卓越创新中心,上海 201800【正文语种】中文【中图分类】TL249核燃料后处理是实现核燃料闭式循环的重要环节,是减少需要长期地质处置的放射性废物的唯一方法和充分利用铀资源的有效途径[1]。
我国核燃料后处理技术的现状与发展_叶国安

嬗变过程可实现核废物的最小化,并有效 降低其放射性毒性的长期危害。乏燃料 若直接进行地质处置,其体积是 2m3/tU, 而经后处理提取铀钚后,需地质处置的 废物体积低于 0.5m3/tU。
地质处置库的装载容量取决于处 置库关闭后巷道内的温度,即残留在玻 璃固化体中的释热核素决定处置库的 容量。以乏燃料直接处置为参照,提高 钚 、次 锕 系 与 高 释 热 核 素 (Sr-90、 Cs-137) 的 回 收 率 ,可 显 著 提 高 处 置 库 的装载容量。
全分离技术的要点是改进 PUREX 流程,除了分离铀、钚外,同时分离镎、 锝、碘,然后进一步分离高放废液中剩 余的铀、钚和次锕系元素以及锶、铯,分 别得到上述元素的单个产品。部分分 离指分别得到铀和铀/钚(或铀/超铀)混 合产品。部分分离由于得到的是锕系 混合物,只能用于均匀嬗变。在干法后 处理中,钚与其他锕系元素一般难以分 开,属于部分分离。
后处理发展的意义
一是通过后处理提取并复用铀、钚, 可提高铀资源利用率。
后处理可极大地提高铀资源的利用 率。回收的铀、钚可用于热堆循环,但钚 最好用于快堆循环。在热堆中铀资源利 用率不足 1%,而在快堆中铀资源利用率 可以提高到 60%以上,理论上可使地球铀 资源使用达到千年,从而确保核能的可 持续发展。
国外改进普雷克斯流程的进展

国外改进普雷克斯流程的进展普雷克斯(PUREX)流程是现今最有效、最成功的乏燃料后处理流程,采用磷酸三丁酯(TBP)和碳氢化合物(稀释剂)的混合物作为萃取剂,通过溶剂萃取分离出铀钚,包括首端处理过程(机械剪切和化学溶解)、溶剂萃取过程(铀钚共去污、铀钚分离及铀钚纯化)和铀钚尾端过程等部分,如图1所示。
为进一步简化后处理流程,降低成本,减少放射性废物产生量,并降低核扩散风险,许多国家正在对普雷克斯流程进行首端、溶剂萃取和镎锝分离等方面的工艺改进研究,或开展基于普雷克斯流程的新溶剂萃取流程研发工作。
图1普雷克斯流程示意图1工艺改进普雷克斯流程的优化改进,主要是针对首端处理工艺、萃取工艺、无盐试剂的使用以及镎锝的分离。
1.1首端处理工艺高温氧化挥发技术是一种首端处理工艺:在空气、氧气或氮氧化物等含氧气氛下,对乏燃料进行煅烧(〉480C),将UO2陶瓷芯块氧化为易被硝酸溶解的U3O8或者UO3细微粉末。
能够简化燃料与包壳分离工艺,实现高燃料回收率(>99%),加快乏燃料溶解,并有效去除挥发性裂变产物(如氚)。
俄罗斯在建的后处理示范中心已采用该技术,美国也开展了相关研究。
1.1.1俄罗斯氧化挥发法处理技术为验证其研发的简化普雷克斯流程,俄罗斯正在建设一座后处理示范中心(将于2021年建成)。
该中心采用热化学脱壳(1000C的氮气-氧气环境中)和氧化挥发法(500C)进行乏燃料首端处理,取替了原来的机械剪切过程,将致密的乏燃料芯块转化为疏松的细粉状态,使99%以上的氚从芯块释放出来,避免了后续工艺的含氚废水问题,并使设备布置更紧凑,降低了首端处理成本。
22细粉状高价铀氧化物更易溶解,在硝酸浓度较低(1.5〜1.8moSL)的情况下,料液的铀浓度可达到较高水平(超过500y/L)o1.1.2美国干法预处理工艺美国研究了用于除氚的干法高温化学技术。
该工艺段位于剪切工艺段和溶解工艺段之间,一般是在480-800C的空气或氧气中将乏燃料煅烧4小时,使U02发生氧化反应,生成细粉状:。
计算机仿真的发展方向

计算机仿真的发展方向
计算机仿真可以被定义为在特定计算机模拟环境中,使用特定程序,以模拟实际情况的过程。
目前,随着计算机技术的发展,计算机仿真已经成功应用于各种行业和领域,正在发挥重要作用,不断推动着科学技术的发展。
今天,计算机仿真已经成为研究领域中不可或缺的工具,其发展方向也在不断地演变。
首先,加强硬件仿真技术的研究。
目前的计算机仿真技术已经普及到不同的行业和领域,但由于硬件仿真的处理器体系结构受到计算机性能的限制,其效率不能得到满足。
因此,需要对硬件仿真技术进行进一步的研究,提高其处理器体系结构的效能,以满足实际应用的要求。
其次,更好地利用虚拟现实技术。
虚拟现实技术是新一代信息技术,可以真实地呈现计算机模拟的环境。
借助虚拟现实技术,可以获得更深入的视角,更好地理解计算机仿真的过程和模拟结果。
因此,在计算机仿真发展方面,虚拟现实技术将是重要的工具。
此外,也需要加强大数据技术的研究。
目前,计算机仿真已经发展到能够处理大量数据,并基于这些数据做出更准确、更可靠的模拟结果。
加工工艺发展现状及未来趋势分析

加工工艺发展现状及未来趋势分析随着科技的不断发展和全球化的加速推进,加工工艺也在不断演变和进步。
本文将对加工工艺的现状进行总结,并展望未来的发展趋势。
1. 加工工艺的现状当前,加工工艺在各个领域都有着广泛的应用,包括制造业、医疗、航空航天、汽车工业等。
加工工艺的技术水平不断提高,效率不断提升,同时也呈现出以下几个特点:1.1 数字化趋势随着信息技术的发展,加工工艺正朝着数字化方向发展。
传统的机械加工逐渐被数字化控制系统所取代,提高了生产的精度和效率。
数字化加工工艺还可以与虚拟现实、人工智能等技术结合,实现智能化生产。
1.2 自动化和智能化趋势自动化是当前加工工艺的发展趋势之一。
自动化加工设备可以减少人力投入,提高生产效率和质量稳定性。
智能化则是自动化的进一步发展,通过感知、计算和决策来实现高度自适应的生产过程。
1.3 精细化和高效化趋势在加工工艺中,越来越注重产品的精细化制造和高效化生产。
先进的加工技术和设备能够实现高精度加工,提高产品质量。
同时,通过优化流程和减少浪费,实现资源的最大化利用和生产的高效化。
2. 加工工艺的未来趋势2.1 个性化定制生产随着消费者需求的多样化和个性化,加工工艺将更加注重个性化定制生产。
通过先进的加工技术和智能化生产系统,可以快速响应市场需求,满足消费者的个性化要求。
2.2 轻量化和材料创新在追求高效能和环保的同时,加工工艺将更加注重产品的轻量化和材料创新。
应用先进的材料和加工工艺,可以减少产品的重量和能耗,提高资源利用率和环境友好性。
2.3 网络化和协同化生产随着物联网和云计算等技术的发展,加工工艺将更加注重网络化和协同化生产。
通过实时数据采集和分析,可以实现生产过程的监控和优化。
同时,协同化生产可以促进不同企业之间的合作,提高整个产业链的效率。
2.4 环保和可持续发展环保和可持续发展已成为全球的共识,也是加工工艺未来发展的方向之一。
减少能源消耗、优化工艺流程、提高废弃物回收利用率等措施将成为加工工艺发展的重要课题。
Purex流程中铀、钚、锆、钌混合溶液界面污物的成因研究
收稿日期:2020-10-27作者简介:支冬安(1994 ),男,陕西渭南人,硕士,现主要从事核能与核技术工程方面研究通讯作者:夏良树,E -m a i l :x l s 1966@h o t m a i l .c o m第41卷 第2期核科学与工程V o l .41 N o .22021年4月N u c l e a r S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n gA pr .2021P u r e x 流程中铀㊁钚㊁锆㊁钌混合溶液界面污物的成因研究支冬安1,张志成1,王 辉2,夏良树1,*(1.南华大学核科学技术学院,湖南衡阳421001;2.中国原子能科学研究院 放射化学研究所,北京102413)摘要:本文采用C e 模拟P u ,以U ㊁C e ㊁Z r ㊁R u 混合溶液模拟乏燃料溶解液,磷酸二丁酯(H D B P)模拟降解产物,采取单级萃取方式研究乏燃料溶解液中界面污物的生成情况,定性分析了界面污物的基本组成,探讨了界面污物的成因㊂结果表明,铀㊁锆㊁铈会都会参与界面污物的生成;铀㊁锆对界面污物的生成有促进作用,铈对界面污物生成的影响不大,而硝酸浓度对界面污物的生成起逆向作用㊂关键词:界面污物;磷酸二丁酯;锆;钌;铈;铀中图分类号:T L 24文章标志码:A文章编号:0258-0918(2021)02-0427-06S t u d y on t h e F o r m a t i o n o f I n t e r f a c i a l C r u d e i n t h e M i x e d S o l u t i o n o f U r a n i u m ,P l u t o n i u m ,Z i r c o n i u m a n d R u t h e n i u m i n t h e P u r e x P r o c e s sZ H I D o n g a n 1,Z H A N G Z h i c h e n g 1,WA N G H u i 2,X I A L i a n gs h u 1,*(1.U n i v e r s i t y o f S o u t h C h i n a ,I n s t i t u t e o f N u c l e a r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,H e n g y a n g of H u n a n P r o v .421001,C h i n a ;2.I n s t i t u t e o f R a d i a t i o n C h e m i s t r y ,C h i n a I n s t i t u t e o f A t o m i c E n e rg y ,B e i j i n g 102413,C h i n a )A b s t r a c t :C e w a s u s e d t o s i m u l a t e P u ,t h e m i x e d s o l u t i o n o f U ,C e ,Z r a n d R u w a su s e d t o s i m u l a t e t h e s p e n t n u c l e a r f u e l s o l v e n t ,a n d d i b u t y l p h o s ph a t e (H D B P )w a s u s e d t o s i m u l a t e t h e d e g r a d a t i o n p r o d u c t s .T h e f o r m a t i o n o f i n t e r f a c i a l d i r t i n t h e s pe n t n u c l e a rf u e l s o l v e n t w a s s t u d i e d b y s i ng l e -s t a g e e x t r a c t i o n ,th e b a si c c o m po s i t i o n o f t h e i n t e r f a c i a l c r u d e w a s q u a l i t a t i v e l y a n a l yz e d ,a n d t h e c a u s e s o f t h e i n t e r f a c i a l c r u d e w e r e d i s c u s s e d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t u r a n i u m ,z i r c o n i u m a n d c e r i u m w i l l a l l b e i n v o l v e d i nt h e f o r m a t i o n o f t h e i n t e r f a c e c r u d e ;u r a n i u m a n d z i r c o n i u m c o u l d p r o m o t e t h e g e n e r a -t i o n o f i n t e r f a c i a l c r u d e ,w h i l e c e r i u m h a d l i t t l e e f f e c t o n t h e g e n e r a t i o n o f t h e i n t e r f a c i a lc r ude ,w h i l e a c i d i t y p l a ye d a r e v e r s e r o l e o n t h e g e n e r a t i o n of t h e i n t e r f a c i a l c r u d e .K e y wo r d s :I n t e r f a c i a l c r u d e ;H D B P ;Z i r c o n i u m ;R u t h e n i u m ;C e r i u m ;U r a n i u m 724随着核能的发展,乏燃料的处理处置越来越受到重视㊂湿法工艺中的P u r e x流程由于其对铀㊁钚回收率高,废物量小,20世纪50年代,美国开始大规模使用P u r e x流程进行核燃料后处理,之后该工艺被认为是世界上最有效㊁最成功的乏燃料后处理工艺[1,2]㊂P u r e x流程是通过萃取的方式用磷酸三丁脂(T B P)从乏燃料中提取铀㊁钚并净化裂片元素的一种化学工艺[3]㊂由于乏燃料的放射性会导致T B P裂解生成磷酸二丁酯(H D B P)和磷酸一丁酯(H2M B P)[4],这些降解产物容易与后处理过程中的裂变产物尤其是锆生成界面污物存在于两相中间,而界面污物的生成会使得有机相接受的辐照剂量更大,萃取剂的去污效率降低,甚至在严重时会影响液体的流动,影响萃取设备正常运行㊂针对这种情况,各国学者进行了多种研究,解决方案主要集中在两点:一种是研发新的萃取剂,从而减少或者消除界面污物的影响,例如酰胺类萃取剂[5,6],亚砜类萃取剂[7],大环化合物[8,9]等新型萃取剂,这些萃取剂或是不易降解,或是易于除去降解产物,或是降解产物对裂变元素的萃取能力极弱;但是这些新型萃取剂存在对U的萃取效率低等问题并不能完全取代T B P作为P u r e x流程中的萃取剂㊂因此就出现了界面污物的另外一个研究方向,那就是研究如何减少或者消除界面污物㊂由于影响界面污物形成的条件比较复杂,国内外这方面的报道较少,主流的研究方向分为两个方面,一是通过寻找与研发合适的化学试剂减少或者避免界面污物的生成,例如叶安国等提出的利用乙羟肟酸来消除锆界面污物[10,11];二是通过改变P u r e x流程的工艺条件来减少界面污物的生成㊂而他们大多集中于以锆等为单元素形成界面污物研究上㊂如在文献[12,13]中以锆为研究对象,研究了H D B P㊁H2M B P㊁锆浓度㊁硝酸浓度对界面污物生成量的影响,并对界面污物的基本组成进行了分析㊂但以多元素混合溶液模拟乏燃料溶解液研究界面污物的报道较少㊂本文在U㊁P u㊁Z r㊁R u混合溶液中,用C e模拟P u,用U㊁C e㊁Z r㊁R u混合溶液模拟乏燃料溶解液,探究H D B P作为降解产物时乏燃料溶解液中界面污物的生成情况,并对界面污物的基本组成㊁官能团结构和晶型结构进行探讨,以期为P u r e x流程共去污过程提供参考,减少界面污物对萃取过程的影响㊂1实验部分1.1仪器与试剂1.1.1仪器I R P r e s t i g e-21型红外光谱仪(日本岛津S h i m a d z u公司);3014-z2型X射线衍射分析仪(日本理学株式会社理学公司);O X F O R D X-M a X型能谱分析仪(捷克泰思肯公司);B P H-6123真空干燥箱(上海丙林电子科技有限公司);H J-4多头加热磁力搅拌器(常州润华电器有限公司);L D Z-08医用离心机(北京医用离心机厂);IC A P6300D u o+M F C型电感耦合等离子体光谱仪(T h e r m o S c i e n t i f i c)㊂1.1.2试剂煤油(洛阳三诺,A R);T B P(苏州文益,A R);H D B P(翁江试剂,A R);五水合硝酸锆(国药集团化学试剂有限公司,A R);二氧化铀(中核二七二铀业责任有限公司);六水合硝酸铈(阿拉丁,99.5%);亚硝酰基硝酸合钌(Ⅲ)(上海笛柏,A R);硝酸(湖南汇虹,A R)㊂1.2料液的配制与标定1.2.1硝酸锆溶液的配制与标定称取适量的五水合硝酸锆固体,用3m o l/L硝酸溶解,过滤后转移到500m L容量瓶中,再用3m o l/L硝酸定容,使锆浓度约为10g/L,用I C P-A E S进行标定㊂1.2.2硝酸铈溶液的配制与标定称取适量的硝酸铈固体,用蒸馏水溶解,过滤后转移到500m L容量瓶中,再用蒸馏水定容,使铈浓度约为20g/L,用I C P-A E S进行标定㊂1.2.3铀溶液的配制与标定称量一定量的二氧化铀固体,向反应器中加入定量的6m o l/L硝酸,加热至70ħ,缓慢加入二氧化铀粉末,至溶液呈透亮的黄色,待溶液冷却后过滤,用三氯化钛还原,重铬酸钾滴定法标定其浓度,用以草酸铵作为缓冲824剂,用氢氧化钠滴定其硝酸浓度㊂1.2.4水相溶液的配制按照所需浓度向100m L容量瓶中加入适量的硝酸锆溶液,硝酸铈溶液,硝酸铀酰溶液,摇匀,测其硝酸浓度,用15m o l/L硝酸调整其硝酸浓度㊂1.2.5 T B P的洗涤用5%的碳酸钠溶液按照1ʒ1的比例与T B P混合,充分震荡或搅拌15分钟,然后静置,去掉水相,重复操作三次,然后用0.1m o l/L的硝酸和蒸馏水分别重复上述操作一次㊂1.2.6有机相溶液的配制取T B P,H D B P,煤油按照一定体积比例(见2.1.1)进行混合㊂1.3界面污物的生成与收集1.3.1界面污物的生成与观察在300m L烧杯中分别加入50m L配置好的水相料液和有机相料液,充分搅拌30分钟,将其转移到离心管中,离心5分钟,观察界面污物生成情况㊂界面污物的生成量的描述,可以在相同离心条件下,观察本次离心后界面污物生成情况并记录㊂1.3.2界面污物的收集在U㊁Z r㊁R u㊁C e体系的界面污物的收集中,由于界面污物的粘稠性太高,过滤法收集界面污物较难,所以采用洗涤法收集界面污物㊂具体操作是小心地将离心管中的清液用滴管吸出,向离心管中分别加入5m L蒸馏水和5m L石油醚进行洗涤3次,然后用5m L石油醚洗涤三次,洗涤结束后将界面污物转移到表面皿中,在50ħ条件下烘干㊂1.4界面污物的分析与表征1.4.1 E D S分析在样品托上粘上导电胶,取适量样品粘在导电胶上,粘好之后用洗耳球吹洗导电胶上面的样品,保证样品托上样品的稳定性㊂样品粘好之后在样品及样品托表面同时镀一层金属膜,保证导电性,此处选用的是离子溅射镀膜法镀一层金膜㊂调整S E M的图像,并将图像输入到E D S进行采集分析㊂1.4.2 F T-I R分析取足够压片的量的溴化钾,研磨成粉末状后加入一定量的待测样(约为溴化钾粉末体积的0.5%),充分研磨碾碎,置于压片机中进行压片制样㊂将制好的样放入样品室进行测试,得到界面污物的官能团结构㊂1.4.3 X R D分析将烘干的样品充分研磨至粉末状,装入样品槽中,将样品槽中的样品表面整理平整㊂将处理好的样品放入样品室使用C u射线检测,观察X R D图像,得到界面污物晶型结构㊂2结果与讨论2.1混合溶液中界面污物生成量的研究2.1.1 H D B P对界面污物生成的影响以H D B P-30%T B P-煤油作为萃取剂,U㊁Z r㊁C e㊁R u混合溶液作为待萃取溶液,在铀浓度为250g/L㊁铈浓度为1g/L㊁锆浓度为1g/L㊁钌浓度为1g/L时改变H D B P浓度,观察界面污物生成量,结果如表1㊂表1H B D P对界面污物生成量的影响T a b l e1T h e i n f l u e n c e o f H B D P o n t h ef o r m a t i o n o f t h e i n t e r f a c i a l c r u d eH D B P浓度/(m o l/L)00.0150.030.0450.060.075界面污物生成量*************注:界面污物的生成量较难以定量的形式呈现,因此对于界面污物的生成量,采用观察的形式,以*代表界面污物的生成量,*越多界面污物生成量越多,无*代表无界面污物的生成,下同㊂由表1可知,H D B P浓度在0.015~ 0.075m o l/L范围内随着其浓度的升高,界面污物生成量逐渐上升㊂这是因为锆和H D B P 的结合是生成界面污物的主要原因,因此随着H D B P浓度的升高,界面污物的生成量会逐渐升高㊂2.1.2锆浓度对界面污物生成的影响以H D B P-30%T B P-煤油作为萃取剂,U㊁Z r㊁C e㊁R u混合溶液作为待萃取溶液,在铀浓度为250g/L㊁铈浓度为1g/L㊁钌浓度为9241g/L时,改变锆浓度,观察界面污物生成量,结果如表2㊂表2锆浓度对界面污物生成量的影响T a b l e2T h e i n f l u e n c e o f t h e Z r c o n c e n t r a t i o n o n t h e f o r m a t i o n o f t h e i n t e r f a c i a l c r u d eZ r浓度/(g/L)0.30.5123界面污物生成量************由表2可知,H D B P浓度为0.075m o l/L 时,Z r浓度在0.3~3g/L范围内随着Z r浓度的升高,界面污物生成量逐渐上升㊂这是因为锆与H D B P的结合是生成界面污物的主要原因,因此随着锆浓度的升高,界面污物的生成量逐渐升高㊂2.1.3铈浓度对界面污物生成的影响以H D B P-30%T B P-煤油作为萃取剂, U㊁Z r㊁C e㊁R u混合溶液作为待萃取溶液,在铀浓度为250g/L㊁锆浓度为1g/L㊁钌浓度为1g/L㊁H D B P浓度为0.075m o l/L 时,改变铈浓度,观察界面污物生成量,结果如表3㊂表3铈浓度对界面污物生成量的影响T a b l e3T h e i n f l u e n c e o f t h e C e c o n c e n t r a t i o n o n t h e f o r m a t i o n o f t h e i n t e r f a c i a l c r u d eC e浓度/(g/L)12345界面污物生成量*****由表3可知,C e浓度在1~5g/L范围内,界面污物生成量无明显变化㊂这是因为H D B P和锆的结合能力远高于铈,且铀浓度远高于铈,导致铈进入界面污物的量非常少,同时2.2.2中能谱的数据也表现出在界面污物中铈的存在极其少,因此界面污物的变化无法用肉眼观察到,所以随着铈浓度的变改变界面污物的生成量并无明显变化㊂2.1.4铀浓度对界面污物生成的影响以H D B P-30%T B P-煤油作为萃取剂,U㊁Z r㊁C e㊁R u混合溶液作为待萃取溶液,在锆浓度为1g/L㊁H D B P浓度为0.075m o l/L 时㊁铈浓度为1g/L㊁钌浓度为1g/L时,改变铀浓度,观察界面污物生成量,结果如表4㊂表4铀浓度对界面污物生成量的影响T a b l e4T h e i n f l u e n c e o f t h e U c o n c e n t r a t i o n o n t h ef o r m a t i o n o f t h e i n t e r f a c i a l c r u d eU浓度/(g/L)050100150200250界面污物生成量****************由表4可知,随着铀浓度的升高,界面污物生成量逐渐上升,但是铀浓度为0g/L时的界面污物生成量明显大于50~250g/L时的生成量,与250g/L时的生成量大致相同㊂在铀浓度0~250g/L范围内,界面污物的生成量先出现明显的降低再升高现象,这主要是因为在铀存在的情况下,有机相中的H D B P会大量与铀络合,使得H D B P有效剂量减少,且铀会与锆争夺H D B P上的络合位置,导致界面污物的生成量陡然减少;但随着铀浓度的持续升高,界面污物的生成量会随着铀浓度的升高而升高㊂这是因为,随着铀浓度的升高,铀逐渐进入界面污物;另外硝酸铀酰被萃入到有机相中,Z r与H D B P萃合物上的H D B P会因氢键的断裂而脱落生成Z r-D B P,作为界面污物的形式存在[12]㊂2.1.5硝酸浓度对界面污物生成的影响以H D B P-30%T B P-煤油作为萃取剂,U㊁Z r㊁C e㊁R u混合溶液作为待萃取溶液,在铀浓度为250g/L㊁铈浓度为1g/L㊁锆浓度为1g/L㊁钌浓度为1g/L㊁H D B P浓度为0.075m o l/L时,改变硝酸浓度,观察界面污物生成量,结果如表5㊂表5硝酸浓度对界面污物生成量的影响T a b l e5T h e i n f l u e n c e o f t h e a c i d i t y o n t h ef o r m a t i o n o f t h e i n t e r f a c i a l c r u d eH+浓度/(g/L)11.522.53界面污物生成量***************由表5可知,在1~3m o l/L的硝酸浓度范围内,随着硝酸浓度的升高,界面污物的生成量逐渐减少㊂这是因为H D B P参与界面污物生成时,随着界面污物的生成会析出氢离子,因此高酸条件不利于该反应的进行,从而使得界面污物的生成量减少㊂0342.2 界面污物的组成及结构分析2.2.1 界面污物晶型结构分析用X R D 对界面污物进行晶型结构分析,结果如图1所示㊂图1 界面污物的X R D 分析图谱F i g .1 T h e X R D s pe c t r u m of t h e i n t e r f a c e c r u d e 由图1可知,谱图中无尖锐的峰形成,可判断该界面污物没有无定型状态的非晶体㊂2.2.2 界面污物组分分析用E D S 对界面污物进行能谱分析,结果如图2所示㊂图2 界面污物的E D S 分析图谱F i g .2 T h e E D S a n a l ys i s o f t h e i n t e r f a c e c r u d e 由图2可知,U 浓度在50~250g /L 范围内,界面污物中含有较多的C ㊁O ㊁P ㊁U ㊁Z r ㊁C e 元素㊂根据实验,T B P 不会和U ㊁Z r ㊁C e 络合产生界面污物,因此C ㊁P 元素极大可能性是来自于H D B P ㊂界面污物中还含有部分Z r ㊁U ㊁C e 元素,表明界面污物是由U ㊁Z r ㊁C e 和H D B P 相互作用而成的㊂2.2.3 界面污物官能团分析用红外光谱分析界面污物官能团结构,结果如图3所示㊂图3 界面污物的红外光谱图谱U 1 不含铀;U 6含铀F i g .3 T h e i n f r a r e d s pe c t r u m of t h e i n t e r f a c i a l c r u d e U 1 w i t h o u t u r a n i u m ;U 6 c o n t a i n i ng ur a n i u m 由图3可知,在不含U 的情况下,界面污物中无羟基峰的出现,而通过文献[13]对H D B P 的红外光谱研究并结合H D B P 的结构,H D B P 中存在羟基,这说明不含U 的溶液中,界面污物可能是由H D B P 上羟基的H +离解后与金属离子结合形成的,但是在含U 的界面污物中,有羟基峰的生成,可能是因为可能有水分子通过氢键与铀酰离子与H D B P 的络合进入了界面污物中㊂2.3 界面污物的成因分析用硝酸浓度为2m o l /L ㊁锆浓度为1g /L的锆溶液分别与H D B P 浓度为0.075m o l /L的H D B P -30%T B P -煤油和H D B P 浓度为0.075m o l /L 的H D B P -煤油进行等量混合并充分萃取,两次萃取后两相中间都有不溶物出现,可知H D B P 极易与Z r 络合成存在于两相的界面污物㊂用硝酸浓度为2m o l /L ㊁钌浓度为1g /L的钌溶液分别与H D B P 浓度为0.075m o l /L的H D B P -30%T B P -煤油和H D B P 浓度为0.075m o l /L 的H D B P -煤油进行等量混合并充分萃取,两次萃取分相后两相皆呈现为红色透明液体,且容器中无固体或其他不溶于两相的存在,可知H D B P 会和钌发生络合反应,但络合产物不会形成第三相㊂用硝酸浓度为0m o l /L ㊁铈浓度为1g /L的铈溶液分别与H D B P 浓度为0.075m o l /L134的H D B P-30%T B P-煤油和H D B P浓度为0.075m o l/L的H D B P-煤油进行等量混合并充分萃取,两次萃取后两相中间都有不溶物出现,用硝酸浓度为1m o l/L铈浓度为1g/L的铈溶液与H D B P浓度为0.075m o l/L的H D B P-30%T B P-煤油进行等量混合并充分萃取,萃取过后两相为澄清溶液,可知铈在无硝酸浓度的情况下可与H D B P络合成为界面污物,但是在有硝酸存在的情况下,界面污物会消失㊂用硝酸浓度为2m o l/L㊁铀浓度为250g/L 的铀溶液分别与H D B P浓度为0.075m o l/L 的H D B P-30%T B P-煤油和H D B P浓度为0.075m o l/L的H D B P-煤油进行等量混合并充分萃取,不含T B P的混合液中存在沉于水相底部的胶体状物质,但该胶装物质容易溶于T B P中㊂在文献中有关于该物质的报道,在不同硝酸浓度下它有两种呈现方式,不溶的粉末和不溶的胶体[14]㊂根据上述情况,U和C e不能单独与H D-B P结合生成界面污物㊂但能谱和红外光谱分析却发现界面污物中含有U㊁Z r㊁C e,这可能是因为界面污物中U和C e并非是单独与H B D P进行络合,而是同时络合在Z r-H D B P 的多聚体分子上㊂3结论(1)含H D B P-30%T B P-煤油萃取U㊁Z r㊁R u㊁C e混合溶液时,会有界面污物生成㊂保持其他物料浓度相同,改变其中一个物料的浓度,界面污物的生成情况如下:锆浓度在0.3~3g/L范围内,界面污物的生成量随着锆浓度的升高而升高;H D B P浓度在0.015~ 0.075m o l/L范围内,界面污物随着H D B P 浓度的升高而升高;铀浓度在50~250g/L范围内,界面污物随着铀浓度的升高而升高;硝酸浓度在1~3m o l/L范围内,随着硝酸浓度的升高,界面污物的生成量逐渐减少㊂(2)U㊁Z r㊁R u㊁C e混合溶液产生的界面污物是由U㊁Z r㊁C e与H D B P和Z r-H D B P 的多聚体相互作用而成的㊂(3)对提取出来的界面污物进行红外光谱分析,发现不含铀的混合溶液与H D B P生成的界面污物没有羟基的存在,而含铀的混合溶液与H D B P生成的界面污物中有羟基的存在㊂参考文献[1]张晓霞,王婧,徐建华,等.核燃料后处理设施物项分级现状及建议[J].核科学与技术,2020,8(1):7. [2]叶国安,蒋云清.我国核燃料后处理技术的现状与发展[J].中国核工业,2015,54(012):26-30.[3]王辉,刘方.国外乏燃料后处理P U R E X流程简析[A].中国核学会.中国核科学技术进展报告(第五卷)中国核学会2017年学术年会论文集第6册(核化工分卷㊁核化学与放射化学分卷㊁辐射物理分卷)[C].中国核学会:中国核学会,2017:9.[4] A n d e r s o n T L,B r a a t z A,E l l i s R J,e t a l.S y n e r g i s t i c E x-t r a c t i o n o f D y s p r o s i u m a n d A g g r e g a t e F o r m a t i o n i n S o l v e n tE x t r a c t i o n S y s t e m s C o m b i n i n g T B P a n d H D B P[J].S o l v e n tE x t r a c t i o n&I o n E x c h a n g e,2013,31(6):617-633.[5]张荣锁,陈文浚,黄忠良,等.酰胺化合物对U(Ⅵ),E u(Ⅲ),S r(Ⅱ)和F e(Ⅲ)的萃取[J].核化学与放射化学, 2001,23(02):24-28+50.[6]周今,毛国淑,杨素亮,等.N,N'-二甲基-N,N'-二辛基-3-氧戊二酰胺对N p(Ⅳ)的萃取性能研究[J].中国原子能科学研究院年报,2017:145-146.[7]杨延钊,杨永会,孙思修,等.亚砜类萃取剂萃取铀(Ⅵ)的研究[J].山东大学学报:理学版,1998,33(03): 309-313.[8]彭静,俞初红,崔振鹏,等.用于90S r萃取分离的冠醚试剂的辐射化学研究进展[J].同位素,2011,024(B12): 29-35.[9]王成,彭国文,肖方竹,等.新型杯[4]芳烃磷酸酯衍生物的合成及其对U(Ⅵ)的萃取性能[J].中国有色金属学报,2019,029(003):659-664.[10] B a r o c a s A,B a r o n c e l l i F,B i o n d i G B,e t a l.T h e c o m-p l e x i n g p o w e r o f h y d r o x a m i c a c i d s a n d i t s e f f e c t o n b e-h a v i o u r o f o r g a n i c e x t r a c t a n t s i n t h e r e p r o c e s s i n g o f i r-r a d i a t e d f u e l s I I:T h e c o m p l e x e s b e t w e e n b e n z o-h y d r o x a m i c a c i d a n d t h o r i u m,u r a n i u m(I V)a n d p l u t o-n i u m(I V)[J].J o u r n a l o f I n o r g a n i c&N u c l e a r C h e m i s-t r y,1966,28(12):2961-2967.[11]张崇海,林灿生,郭景儒,等.锆与H D B P形成萃取界面污物的行为研究[J].核化学与放射化学,1995,17(03):153-158.[12]林灿生,张崇海,王效英,等.P u r e x流程中界面物的形成和机理研究[J].中国核科技报告,1998:553-569.[13]张崇海,林灿生,王效英,等.锆与H_2M B P生成萃取界面污物的行为研究[J].核化学与放射化学,1996,18(02):84-88.[14] P o w e l l B A,N a v r a t i l J D,T h o m p s o n M C.C o m p o u n d s o fH e x a v a l e n t U r a n i u m a n d D i b u t y l p h o s p h a t e i n N i t r i c A c i dS y s t e m s[J].S o l v e n t E x t r a c t i o n&I o n E x c h a n g e,2003,21(3):347-368.234。
我国乏燃料贮存以及后处理的现状
科学技术Science technology2021年10月26日国务院发布《2030年前碳达峰行动方案的通知》,即中国承诺在2030年前,二氧化碳的排放不再增长,达到峰值后再慢慢减下去。
为了实现“碳达峰、碳中和”战略目标,我国将致力于发展清洁能源,而其中核电将成为电力中重要的“发展对象”。
但是随着核电站数量以及发电量的增加,核电站里有核反应产生的乏燃料也会随之累积增加。
针对这一现象本文系统地归纳了我国对于乏燃料的贮存以及后处理的现状。
分析了我国对乏燃料以及后处理所采取措施的发展趋势,并对此提出了相应的研究思路以及选择,为这两方面的发展提供指导。
核电作为一种清洁能源,对满足电力的需求、优化能源结构、保障能源的安全以及促进经济发展等方面的优点使核能得到了广泛的认可。
但是,在核电站的运行过程中,会有一部分燃料不能反应彻底,这部分未燃尽的燃料我们称之为乏燃料[1]。
因为取出后的乏燃料具有很强的放射性,如果对其处理不妥当将会对生态环境以及周边的人类身体健康造成不利的影响,故我们在取出乏燃料后先需要将乏燃料放入冷水池中进行冷却,然后乏燃料冷却到一定程度以后再将乏燃料送往后处理,因为我国的乏燃料处理手段和国际上一些其他国家相比稍有不足,所以我们大量的乏燃料是需要进行贮存的。
目前,乏燃料的处理方法主要有以下两种,开式燃料循环和闭式燃料循环。
开式燃料循环是指将乏燃料通过装在密闭性、吸收放射性的罐后进行长期的地质深埋存储;而闭式循环是指通过化学以及物理的方式将乏燃料中未燃烧充分的部分乏燃料进行提取以及分离,经过一定处理后再加入反应堆内利用。
然而,因为核电站对于乏燃料后处理的效率远远低于其产生的效率,故我们需要对剩余的乏燃料采取贮存的手段,由于核电站能用来贮存的空间十分有限,所以一般采用离堆贮存的手段[2]。
本文总结了我国当前乏燃料后处理以及贮存的现状,根据我国核电目前的发展现状,分析了我国对乏燃料的后处理以及贮存的需求存在的问题,为我国的核电的发展提出一些展望。
我国核燃料后处理技术的现状与发展_叶国安
次循环的物料衔接角度考虑,全分离流 程适应性更强。
需要指出的是,俄、法、日、印、韩等 国均规划了快堆的发展计划,积极开发 先进后处理-快堆嬗变(也可增殖)核燃 料循环技术。2008 年至 2012 年欧洲 12 个国家发起了由 34 个研究机构参与的 ACSEPT(分离-嬗变使锕系再循环)计 划,主要开展水法和干法先进分离技术 研究。在新萃取剂合成、组分离、锕/镧 分离和锶/铯分离流程开发以及干法分 离等方面均取得了阶段进展。韩国在 干法后处理研究中也取得了较大成绩, 2012 年完成了干法后处理示范设施的 建设(PRIDE),目前正在开展干法流程 铀试验;日、法等则在快堆嬗变次锕系 的元件制造和干法后处理等方面开展 大量研究。
3.后处理科技项目研究进程 自上世纪开始,国内即开展先进 无盐 PUREX 两循环流程、高放废液 分离等研究。在此基础上,提出了具 有自主知识产权、具有第三代后处理 技术特点的先进无盐全分离流程。 该流程中的先进无盐两循环 APOR 流程,进行了十多次全流程台 架 温 试 验 验 证 与 改 进 ,结 果 表 明 , APOR 流程具有良好的适应性,适宜 高燃耗乏燃料处理。铀钚分离使用 的二甲基羟胺还原剂和单甲基肼支 持还原剂具有良好稳定性。
全分离技术的要点是改进 PUREX 流程,除了分离铀、钚外,同时分离镎、 锝、碘,然后进一步分离高放废液中剩 余的铀、钚和次锕系元素以及锶、铯,分 别得到上述元素的单个产品。部分分 离指分别得到铀和铀/钚(或铀/超铀)混 合产品。部分分离由于得到的是锕系 混合物,只能用于均匀嬗变。在干法后 处理中,钚与其他锕系元素一般难以分 开,属于部分分离。
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
we r e a n a l y z e d b y t h i s p r o g r a m.I t i s f o u n d t h a t t h e d e c o n t a mi n a t i o n f a c t o r( DF( Tc / U) )i n
I . 计 算 机 模 拟 及 工 艺 参 数 分 析
陈延鑫, 何 辉, 张春龙 , 常 利, 李瑞雪, 唐洪彬 , 于 婷
中 国原 子 能 科 学 研 究 院 放 射 化 学 研 究 所 , 北 京 1 0 2 4 1 3
摘要: 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 HNO s 、 U、 P u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 1 0 。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
t h e s t e a d y — s t a t e b e h a v i o r o f HN03 ,U ,Pu a n d Tc i n Tc S . Th e r e l i a b i l i t y o f t h e p r o g r a m wa s
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t e r tc lmo e a e c a d o o e s f r d a h e r s n a i e o h it i u h o e ia d l m d Rih r s n m d 1wa o me s t e r p e e t t ft e d s rb — n v
混 合 澄 清 槽 模 拟 方 面 开展 了部 分 研 究 工 作 , 国 外 存 在 较 大 的差 距 。 与
关 键 词 : ue P rx流 程 ; 算 机 模 拟 ; 学 模 型 计 数 中 图分 类 号 : L 4 T 29 文献标志码 : A
Ap i a i n S a u nd Pr s c fCo pu e i u a i n o r x plc to t t s a o pe t o m t r S m l to f Pu e
后 ห้องสมุดไป่ตู้ 理 工 艺 P rx流 程 计 算 机模 拟 ue
研 究 现 状 及 展 望
陈延鑫, 辉 , 何 唐洪彬, 张春龙, 婷 于
中 国原 子 能 科 学 研 究 院 放 射 化 学研 究 所 , 北京 12 1 043
摘要 : 利用 与 P rx流程 相关 的 基 础 数 据 , 展 P rx流程 计 算 机模 拟 研究 并 形 成 模 拟 程 序 , 够开 展 工 艺 条 ue 开 ue 能 件 分 析 和 工 艺 优 化 工 作 , 有 重 要 的应 用 价 值 。国 外 对 于 此 类 研 究 开 展 的 较 早 , 分 配 比模 型 研 究 上形 成 了 具 在
第3 4卷 第 4期
2 1 年 8月 02
核
化
学
与
放
射
化
学
Vo. 4 NO 4 13 .
J u n l o Nu la a d Ra ic e ity o r a f ce r n do h m sr
Au . 2 1 g 02
文 章 编 号 :239 5 ( 0 20 — 130 0 5 — 9 0 2 1 ) 40 9 — 8
CH EN n x n,HE H u Ya — i i ,TANG o g b n,ZH ANG u —o g,YU n H n —i Ch n l n Ti g
De at e to do h mity,Chn n tt t fAtm i En r y,B in 0 4 3,Chn p rm n fRa ic e sr iaI si eo o c e g u ej g 1 2 1 i ia
ton m o e . Ba e h tr e a k m o e n he d s e son mo lr s c i l i d1 s d on t e s ir d t n d la d t i p r i de e pe tvey,S n O ma y sm u a i r g a we e d v l pe o sm u a i h xta ton b h v o ft e m i rs t lr i l ton p o r m r e e o d t i l tng t e e r c i e a i r o h xe — e te c nt a t nd h pu s d o u n Be a e c mput r i u a i n of Pu e s a re t o r c ora t e l e c l m . c us o e sm l to r x wa c r id ou lt ri i a e n Ch na,t e e a e o y s h r r nl ome r s a c e hedit i to de nd t i e e r h son t s rbu i n mo la he smulto f ain o
以 Ri ado c r sn模 型 为 代 表 的半 理 论 模 型 ; 合 澄 清 槽 和 脉 冲 萃 取 柱 的计 算 机 模 拟 也 分 别 在 全 混 模 型 和 扩 散 h 混
模 型 的 基 础 上 开 展 了 大量 的研 究 工 作 , 成 了 较 多 的 模 拟 程 序 。我 国 开 展 此 类 研 究 稍 晚 , 在 分 配 比模 型 和 形 仅
国内从20世纪70年代开始也开展了类似的研究中3b工艺段中羟胺还原艺流程进行了计算机模拟研究通过27次的模拟计算探索研究了个重要因子对3b和分离系数影响的定量关系从而节省了大量的人力和时间为后期的计算机模21世纪初中国原子能科学研究院的何辉27采用新型还原剂n二甲基羟胺作为还原剂开展了相关的计算机模拟工作同时采用稳态趋近模型对1a工艺段开展了计算机模拟工作以典型的1a工艺流程作为输入条件考察了流量变化对铀钚收率的影响获得了流量的边界条件为工艺运行提供了参考
Ab t a t I i S i po t n t do e e r h n he om pu e sm u a i r x s d n sr c : t S O m ra t o r s a c o t c t r i l ton of Pu e u e i
nu la u lr pr c s i s s e ba e h t m e a i t r x snc t i u a e c e r f e e o e sng y t m s d on t e da u r l tng o Pu e i e he sm l t d pr g a c n b s d i na y i he i l e e o npu r m e e n Pu e nd op i zn o r m a e u e n a l zng t nfu nc f i t pa a t r o r x a tmii g t np a a e e f Pu e . I t r c nt is,s c t i s c r id o a le ,a s m i he i ut p r m t r o r x n o he ou re u h s ud e a re ut e ri r e —