核燃料后处理工学 PUREX(课堂PPT)
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五核燃料循环完ppt课件
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
核燃料循环
1 核燃料循环 2 铀资源 3 勘探与采冶 4 转化 5 浓缩 6 元件制造 7 堆内使用和暂存 8 核燃料的处理
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
铀浓缩
铀－235同位素的浓度 天然铀：0.712％（CANDU） 浓缩铀：2(轻水堆)~10％，低浓缩铀、高浓缩铀 贫料铀：0.2%（未料）
铀浓缩 --同位素分离
铀同位素分离扩散机群
Gaseous diffusion
铀同位素离心级联
Ultracentrifugation
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
美国
价格
南非
澳大利亚
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
世界铀资源用于反应堆的产能效率
按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤
天然铀资源
用于热中子反应堆
6.1 核燃料循环 Nuclear Fuel Cycle
前端
后端
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
核燃料循环
1 核燃料循环 2 铀资源 3 勘探与采冶 4 转化 5 浓缩 6 元件制造 7 堆内使用和暂存 8 核燃料的处理
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
铀浓缩
铀－235同位素的浓度 天然铀：0.712％（CANDU） 浓缩铀：2(轻水堆)~10％，低浓缩铀、高浓缩铀 贫料铀：0.2%（未料）
铀浓缩 --同位素分离
铀同位素分离扩散机群
Gaseous diffusion
铀同位素离心级联
Ultracentrifugation
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
美国
价格
南非
澳大利亚
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
世界铀资源用于反应堆的产能效率
按能值折算为标准煤单位：Gt标准煤
天然铀资源
用于热中子反应堆
6.1 核燃料循环 Nuclear Fuel Cycle
前端
后端
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
核燃料循环PPT课件
第五章 核素图和同位素手册
FWHM（60）： 峰康比：64：1 相对效率（60） ：40％
图3 HPGe谱仪60Co能谱图
第五章 核素图和同位素手册
图4 14C标准溶液的液闪谱 图5 90Sr-90Y样品的液闪谱
第五章 核素图和同位素手册
图6 纯化后239Pu 谱图
第五章 核素图和同位素手册
❖ 核燃料循环
核燃料进入反应堆前的制备和在反应堆中燃烧及以后的处理的整 个过程称为核燃料循环。这个过程包括：铀（钍）资源开发、矿 石加工冶炼、铀同位素分离和燃料加工制造，燃料在反应堆中使 用，乏燃料后处理和核废物处理、处置等三大部分。也有一些国 家考虑对乏燃料不进行后处理，或暂不考虑后处理。因此，前者 为闭式核燃料循环（图1-1），后者为开式核燃料循环或一次通过 式核燃料循环（图1-2）。
于1） G3 增殖堆（核燃料转换比大于1）
H．新堆 型开 发阶 段
H1 实验堆 H2 原型堆 H3 商业示范（验证）堆
I1 重水堆，有压力容器式和压力管式之分
I．结构型 式
I2 钠冷快堆，有池式与回路式之分 I3 高温气冷堆，有球床式与柱床式之分 I4 轻水型研究试验堆，有游泳池式、水罐式与
池内罐式之分
479.5 187W 510.6 & 511.0
1460.8 40K
650
600
550
536.7 184Ta 551.5 187W 567.2 583.2 610.5 615.3 618.4 187W 625.5 187W
654.9
685.8 187W
250
200
150
100
50
30.7 179W 58.0 W-K1 & 59.3 W-K2
核燃料后处理
铀钚分离
– 萃取器中铀处于六价态，将钚还原到三价态，实现铀 钚分离 – 方法：化学试剂还原法和电化学还原法
铀的反萃：将有机相中的铀反萃入水相
净化循环过程 钚的净化循环
– 经过铀、钚共去污—分离循环，钚从大量的铀中分离 经过铀、钚共去污— 出来以后，需要进一步除去裂变产物、铀和其他锕系 元素。
铀的净化循环
化学分离（净化与去污过程) 化学分离（净化与去污过程) 铀钚共萃取共去污
– 来自首端处理的铀、钚共萃取料液中含有硝酸铀酰、 硝酸钚、硝酸、裂变产物，将其中的铀和钚一起萃入 有机相，99%以上的裂片元素不被萃取而留在萃取残 有机相，99%以上的裂片元素不被萃取而留在萃取残 液中，使铀、钚共同实现了去污。
核燃料后处理的工艺过程 07辐射防护 07辐射防护 李逢伟
核燃料后处理的工艺过程可分下列几个步骤： 冷却与首端处理 化学分离 净化循环 尾端处理
冷却与首端处理 燃料元件解体，元件去壳
– 化学去壳法、机械去壳法、包壳与芯体同时溶解法、 机械机械-化学去壳法
溶解燃料芯块
– 燃料元件的剪切 – 燃料元件的学溶解
– 将来自共去污分离循环的铀溶液再经过两个TBP萃取循 将来自共去污分离循环的铀溶液再经过两个TBP萃取循 环以进一步除去裂片元素、镎和钚。
尾端处理 经过铀、钚共去污经过铀、钚共去污-分离循环过程，净化循环过程 后，铀和钚主要以硝酸铀酰和硝酸钚溶液的形式 存在，而对最终产品贮存成本分析结果表明，贮 存二氧化铀和二氧化钚比贮存硝酸铀酰、硝酸钚 溶液更经济。因此，通常将铀和钚制成二氧化铀 和二氧化钚。
核燃料后处理工学PUREXppt课件
11
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) ➢ ① 料液铀浓度 ➢ ② 料液和洗涤剂的硝酸浓度 ➢ ③ TBP浓度 ➢ ④ 铀饱和度 ➢ ⑤ 流比 ➢ ⑥ 温度
12
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ① 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
13
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ② 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。
25
5.2 共去污-分离循环
(3) 铀的反萃取（1C槽）
➢ ① 硝酸浓度 ➢ ② 温度
提高温度有利于 • 铀的反萃 • 分相，减少相夹带
➢ ③ 流比
铀的收率 反萃水相的铀浓度不致太低
26
5.2 共去污-分离循环
(4) 污溶剂的净化与复用
➢ 定义 ➢ 目的 ➢ 要求 ➢ 方法
27
5.2 共去污-分离循环
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
5
6
5.2 共去污-分离循环
(一) 过程概述 ➢ (1) 共萃取共去污(1A)
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) ➢ ① 料液铀浓度 ➢ ② 料液和洗涤剂的硝酸浓度 ➢ ③ TBP浓度 ➢ ④ 铀饱和度 ➢ ⑤ 流比 ➢ ⑥ 温度
12
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ① 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
13
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ② 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。
25
5.2 共去污-分离循环
(3) 铀的反萃取（1C槽）
➢ ① 硝酸浓度 ➢ ② 温度
提高温度有利于 • 铀的反萃 • 分相，减少相夹带
➢ ③ 流比
铀的收率 反萃水相的铀浓度不致太低
26
5.2 共去污-分离循环
(4) 污溶剂的净化与复用
➢ 定义 ➢ 目的 ➢ 要求 ➢ 方法
27
5.2 共去污-分离循环
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
5
6
5.2 共去污-分离循环
(一) 过程概述 ➢ (1) 共萃取共去污(1A)
核燃料后处理解析ppt课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
乏燃料中剩余易裂变燃料和可转换材料只有经后处理分离 净化后才能得到回收复用。 ☞ 对低加浓铀乏燃料中尚含有235U～0.9％、238U～95％和新生 成的易裂变物质239Pu～1％，经后处理可以从中回收有用的 铀和钚，再制成UO2、PuO2或UO2＋PuO2（MOX）燃料返 回热堆或快堆使用，使核燃料得以有效利用，缓解发展核电 与铀资源不足的矛盾。 ☞ 对于燃料的初始235U富集度为3.3％、燃耗为33000 MWd/t 的1000 MWe（即100万千瓦）的压水堆电站，若燃料用后不 再循环，每年需要天然铀（以U3O8计）约200t；而通过后处 理使铀可节约天然铀约15％，铀、钚同时循环使用，可节约 天然铀40％。此外，实现铀循环还可节约分离功6-10％，实 现铀、钚同时循环可节约分离功约40％。如果使用混合氧化 物燃料的快中子增殖堆核燃料闭路循环，对铀资源的利用率 可从热堆的0.5-1％提高到60-70％！
☞ 核弹头的主要装料是239Pu 与235U的生产相比较，用天然铀作原料，在反应堆内将238U
转换为239Pu，然后通过后处理提取军用钚是发展核武器 的更加经济而有效的途径。另一方面，核弹性能上，钚 弹的临界质量要比铀弹要小，同样威力的原子弹用钚量 只有用铀量的1/3-1/4左右。 谁掌握了后处理技术，谁就有可能制造更经济的核武器。
工业上曾先后使用过的主要流程有磷酸铋流程、Redox流 程、Butex流程、Thorex流程和Purex流程。而在各种萃取 流程中性能最好、使用最成功的是以TBP为萃取剂的Purex 流程：目前世界各国用来处理电站辐照核燃料的工艺流程 （而离子交换法则是用于尾端处理，作为钚或镎产品的纯 化、浓缩手段）。
第六章-核燃料循环PPT课件
.
39
铀的浓缩方法
• 气体扩散法
最成功、最经典的方法 轻同位素气态时移动较快，通过多孔分离膜抽取，
如3%浓、0.2%贫,需要3900级 美国、法国等使用
• 气体离心法
通过重力和离心场，重的在外 单位分离功耗电只是气体扩散法的5%，成本下降
了75% 日本、欧洲等
• 气体喷嘴法
高速吹向凹型壁，惯性和离心力使重物近壁面
• 地下开采：井巷掘进
用于埋藏较深的矿体
凿岩爆破
井巷工程：决定了矿山基建时间
• 原地浸出（地浸）in situ leaching,ISL
通过地表钻孔将化学反应剂注入矿带，通过化学反应选择性地溶解 矿石中的铀，并将浸出液提取出地表
具有生产成本低，劳动强度小
仅适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床（砂岩型）
.
7
世界铀资源
勘定储量：5Mt 推测储量：25Mt 包括海水中的铀：25Gt 世界上重要的铀矿资源国家
• 澳大利亚44％ • 哈萨克斯坦20％ • 加拿大18％ • 南非8％ • 美国、独联体、刚果、尼日利亚等
我国的东北、西北、西南及中南地区都蕴藏有铀
.
8
世界铀资源分布
加拿大
哈萨克斯坦
主要的铀矿床
• 相山铀矿田、郴县铀矿床、下庄铀矿田、产子坪铀矿田、青龙铀 矿田、腾冲铀矿床、桃山铀矿床、小丘源铀矿床、黄村铀矿床、 连山关铀矿床、蓝田铀矿床、若尔盖铀矿床、芨岭铀矿床、伊犁 铀矿床、白杨河铀矿床
已经建成和新建的厂矿
• 衡阳铀矿、郴州铀矿、大浦街铀矿、上饶铀矿、抚州铀矿、乐安 铀矿、翁源铀矿、衢州铀矿、澜河铀矿、仁化铀矿、本溪铀矿、 蓝田铀矿、伊犁铀矿等
• 堆浸heap leaching
核燃料循环与乏燃料后处理、分离与嬗变思想页PPT文档
核燃料循环与乏燃料后处理、 分离与嬗变（P/T）思想
核燃料循环
• 必要性： • 1、补充裂变物质 • 2、过分的腐蚀与辐射损伤 • 3、回收转化得到的裂变物质 • 4、从回收物质中去除吸取中子的裂变产物
未烧完的和新生
成的易裂变材料 钚239、铀235或 铀233
乏燃料
裂变元素锶90、 铯137、锝99
PYROX流程
• 乏燃料中超过98%的U 被还原成金属U，而 Cs，Sr 和Ba 进入熔盐，TRU、稀土和贵金属 仍留在阴极吊篮中，大部分稀土和Zr 仍然 以氧化物的形式存在。
处理LWR 氧化物乏燃料的PYROX 流程示意图
电还原处理氧化物燃料
氧化物燃料电还原处理的原理示意图
氟化挥发法
DDP流程的改进
TBP--磷酸三丁酯
• 化学稳定性，挥发性小,与水仅稍微混溶 • 在很强的辐照场下发生部分分解，分解产
物磷酸二丁酯和磷酸一丁酯可用碱溶液洗 除，因此它容易再生使用。
• 密度与水相近，粘度较大，需要加入稀释 剂以降低密度和粘度。
Purex process流程
准备：核燃料溶解于 硝酸；调节PH与浓度， 使钚处于四价状态。
乏燃料 辐照核燃料
大量未用完的 可增殖材料： 铀238或钍232
在辐照过程中产生的镎、 镅、锔等超铀元素
其它
乏燃料的影响
时间
30—300年，Cs（铯） 300～10 000
和Sr（锶）是主要 年．钚和镅是
的放射性来源
主要放射来源
10 000～250 000 年，铀同位素占 主要来源
250 000年以后， Np（镎）、 I和 Tc（锝）是最主 要的放射源
docin/sanshengshiyuan doc88/sanshenglu
核燃料循环
• 必要性： • 1、补充裂变物质 • 2、过分的腐蚀与辐射损伤 • 3、回收转化得到的裂变物质 • 4、从回收物质中去除吸取中子的裂变产物
未烧完的和新生
成的易裂变材料 钚239、铀235或 铀233
乏燃料
裂变元素锶90、 铯137、锝99
PYROX流程
• 乏燃料中超过98%的U 被还原成金属U，而 Cs，Sr 和Ba 进入熔盐，TRU、稀土和贵金属 仍留在阴极吊篮中，大部分稀土和Zr 仍然 以氧化物的形式存在。
处理LWR 氧化物乏燃料的PYROX 流程示意图
电还原处理氧化物燃料
氧化物燃料电还原处理的原理示意图
氟化挥发法
DDP流程的改进
TBP--磷酸三丁酯
• 化学稳定性，挥发性小,与水仅稍微混溶 • 在很强的辐照场下发生部分分解，分解产
物磷酸二丁酯和磷酸一丁酯可用碱溶液洗 除，因此它容易再生使用。
• 密度与水相近，粘度较大，需要加入稀释 剂以降低密度和粘度。
Purex process流程
准备：核燃料溶解于 硝酸；调节PH与浓度， 使钚处于四价状态。
乏燃料 辐照核燃料
大量未用完的 可增殖材料： 铀238或钍232
在辐照过程中产生的镎、 镅、锔等超铀元素
其它
乏燃料的影响
时间
30—300年，Cs（铯） 300～10 000
和Sr（锶）是主要 年．钚和镅是
的放射性来源
主要放射来源
10 000～250 000 年，铀同位素占 主要来源
250 000年以后， Np（镎）、 I和 Tc（锝）是最主 要的放射源
docin/sanshengshiyuan doc88/sanshenglu
5.1_核燃料后处理解析
核燃料后处理是核燃料循环中的一个重要组成部分，同
时它又是军民两用技术。核工业中的地位和作用如下： 1. 后处理对于充分利用核能资源意义重大 ☞ 核电是我国能源的重要组成部分。对动力堆乏燃料进行后 处理，实现核燃料闭路循环，对充分利用铀资源、实现核 能可持续发展，起着举足轻重的作用。我国已探明的铀资 源量有限，且铀矿品位低、规模小，如果不搞后处理，铀 资源将会限制我国核能的发展。 ☞ 核燃料通过反应堆使用一次，只能利用燃料总量的极少 部分。生产堆仅用了千分之几，较先进的动力堆，燃料的 利用率也只有百分之几。
3. 化学分离过程
任务是除去裂变产物，高收率地回收核燃料物质。化学分
离流程分为水法和干法两大类：
☞ 水法流程指采用诸如沉淀、溶剂萃取、离子交换等在水 溶液中进行的化学分离纯化过程；
☞ 干法流程则指采用诸如氟化挥发流程、高温冶金处理、
高温化学处理、液态金属过程、熔盐电解流程等在无水状 态下进行的化学分离方法。 目前，工业上应用的后处理流程都是水法流程。历史上曾 采用沉淀法流程从辐照天然铀中提取核武器用钚。但不久
离较差，综合提取同位素较困难等，目前尚未被实际应用.
4. 尾端处理过程
经溶剂萃取分离和净化得到的硝酸钚或硝酸铀
酰溶液，无论在纯度或存放形式上有时还不能完
全满足要求，因而在铀、钚主体萃取循环之后， 还需要采取一些尾端处理步骤。其目的在于将纯
化后的中间产品进行补充净化、浓缩以及将其转
化为所需最终形态。
（3）高的技术要求和指标
核燃料后处理的主要目的是回收核燃料物质。 根据这些物质进一步加工的方式、方法的不同， 对净化有不同的要求。 一般都要求对经后处理回收的核燃料物质在进 行再加工时要能做到不需要昂贵的防护和远距离 操作设备。这就要求后处理过程具有高的净化系 数，如 107 ；高的铀钚分离系数，如 108 。从而得 到优质的铀、钚产品。这些都是远高于一般化工 分离过程的要求。此外，还要求对核燃料物质有 尽可能高的回收率。
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23
5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）
9
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
10
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
✓ 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。
✓ 缺点： • 增加了铀/钚净化循环除钌的负担。
16
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ③ 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
核燃料化学工艺学
Part Ⅱ 核燃料后处理
第五章 溶剂萃取工艺过程
第十三讲 聂小琴
1
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
2
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)
13
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ① 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
14
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ② 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。
15
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ② 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
➢ ① 氨基磺酸亚铁用量 ➢ ② 硝酸浓度 ➢ ③ 补充萃取剂用量
22
Hale Waihona Puke 5.2 共去污-分离循环(2) 铀、钚分离（1B槽）
➢ ① 氨基磺酸亚铁用量 ➢ [Fe(NH2SO3)2]
➢ 铀和钚分离的程度，取决于Pu(Ⅳ)还原到Pu(Ⅲ)的完全程度。
Fe(Ⅱ)/ Pu(Ⅳ) 10/1-40/1 15/1 • 在保证钚回收率的前提下，亚铁用量尽量少 还原反萃剂1BX中的亚铁浓度和1BP的浓缩倍数 • 通过实验确定
(2) 铀、钚分离（1B槽）
原理 选择适当的还原反萃剂，将钚由Pu(Ⅳ)还原到不被
TBP萃取的Pu(Ⅲ)，从有机相转入到水相。铀仍以六 价状态存在于有机相中，从而实现了铀与钚的分离。 关键 还原反萃剂的选择 还原反萃剂的浓度确定 各种干扰因素的排除
21
5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）
• 提高铀饱和度，导致运行不稳定，造成铀/钚的流失量增大。
19
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ⑥ 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℃
20
5.2 共去污-分离循环
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ④ 铀饱和度
➢ 有利于去除裂片元素 ➢ 增加铀/镎/钚的损失 ➢ 60%-80%
18
5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ⑤ 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
➢ (2) 1B槽(铀钚分离槽) ➢ (3) 1C槽
8
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(30％TBP－煤油) ➢ 1AW: 水相萃残液 ➢ 1AS：洗涤剂(1～3mol/L HNO3) ➢ 1AP：萃取液（有机相）
5
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
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5.2 共去污-分离循环
(一) 过程概述 ➢ (1) 共萃取共去污(1A)
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2~3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。
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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) (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
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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) ➢ ① 料液铀浓度 ➢ ② 料液和洗涤剂的硝酸浓度 ➢ ③ TBP浓度 ➢ ④ 铀饱和度 ➢ ⑤ 流比 ➢ ⑥ 温度
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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：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
5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）
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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
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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
✓ 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。
✓ 缺点： • 增加了铀/钚净化循环除钌的负担。
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ③ 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
核燃料化学工艺学
Part Ⅱ 核燃料后处理
第五章 溶剂萃取工艺过程
第十三讲 聂小琴
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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
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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)
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ① 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
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ② 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。
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ② 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
➢ ① 氨基磺酸亚铁用量 ➢ ② 硝酸浓度 ➢ ③ 补充萃取剂用量
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Hale Waihona Puke 5.2 共去污-分离循环(2) 铀、钚分离（1B槽）
➢ ① 氨基磺酸亚铁用量 ➢ [Fe(NH2SO3)2]
➢ 铀和钚分离的程度，取决于Pu(Ⅳ)还原到Pu(Ⅲ)的完全程度。
Fe(Ⅱ)/ Pu(Ⅳ) 10/1-40/1 15/1 • 在保证钚回收率的前提下，亚铁用量尽量少 还原反萃剂1BX中的亚铁浓度和1BP的浓缩倍数 • 通过实验确定
(2) 铀、钚分离（1B槽）
原理 选择适当的还原反萃剂，将钚由Pu(Ⅳ)还原到不被
TBP萃取的Pu(Ⅲ)，从有机相转入到水相。铀仍以六 价状态存在于有机相中，从而实现了铀与钚的分离。 关键 还原反萃剂的选择 还原反萃剂的浓度确定 各种干扰因素的排除
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5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）
• 提高铀饱和度，导致运行不稳定，造成铀/钚的流失量增大。
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ⑥ 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℃
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5.2 共去污-分离循环
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ④ 铀饱和度
➢ 有利于去除裂片元素 ➢ 增加铀/镎/钚的损失 ➢ 60%-80%
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5.2 共去污-分离循环
(1) 共萃取共去污(1A) ➢ ⑤ 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
➢ (2) 1B槽(铀钚分离槽) ➢ (3) 1C槽
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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(30％TBP－煤油) ➢ 1AW: 水相萃残液 ➢ 1AS：洗涤剂(1～3mol/L HNO3) ➢ 1AP：萃取液（有机相）
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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
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5.2 共去污-分离循环
(一) 过程概述 ➢ (1) 共萃取共去污(1A)
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2~3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。
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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) (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
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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) ➢ ① 料液铀浓度 ➢ ② 料液和洗涤剂的硝酸浓度 ➢ ③ TBP浓度 ➢ ④ 铀饱和度 ➢ ⑤ 流比 ➢ ⑥ 温度
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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：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