核燃料后处理工学 PUREX(课堂PPT)
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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
(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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
➢ (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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5.2 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
• 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
➢ 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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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
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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
6
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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)
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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
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5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）
✓ 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
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
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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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5.1 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
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
(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）
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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
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
(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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
➢ (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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5.2 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
• 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
➢ 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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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
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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)
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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
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5.2 共去污-分离循环
(2) 铀、钚分离（1B槽）
✓ 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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5.1 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
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
(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）
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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