乏燃料后處理

1、1.乏燃料的基本情況.............................................................................................................................11.1世界處理乏燃料的模式.......................................................................

2、...................................12.后處理方法..........................................................................................................................................22.1水法后處理。.............................

3、..............................................................................................22.2干法后處理。....................................................................................................................

4、......33.后處理工藝..........................................................................................................................................33.1普雷克斯流程的化學(xué)原理。....................................................

5、...............................................33.2普雷克斯流程的主要工藝步驟。...........................................................................................33.2后處理的發(fā)展趨向....................................................

6、...............................................................44.百科乏燃料后處理...........................................................................................................................44.1核燃料后處理的主要目的........

7、..............................................................................................44.2后處理工藝.....................................................................................................................

8、.........44.2.1水法后處理..................................................................................................................54.2.2干法后處理...........................................................................

9、.......................................54.3后處理技術(shù)..............................................................................................................................51.乏燃料的基本情況比如，一座100萬(wàn)KW的熱中子反應(yīng)堆核電站，每年產(chǎn)生約30t的乏燃料和

10、800t的中低放射性廢物。其中800t的中低放射性廢物加以處置可壓縮成約幾十立方米的低放固體廢物，能直接放入到地質(zhì)表層的中低放廢物處置場(chǎng)。目前，全世界運(yùn)行中的443座核動(dòng)力堆每年卸出約1萬(wàn)tHM乏燃料。過(guò)去40年里，全世界卸出的乏燃料到2000年底，累計(jì)達(dá)22.5萬(wàn)tHM，預(yù)計(jì)到2010年乏燃料累計(jì)量將達(dá)到33萬(wàn)tHM，其中大部分仍貯存在水池或干式貯存設(shè)施中。我國(guó)預(yù)計(jì)到2010年我國(guó)積累的乏燃料將達(dá)到1000tHM，而到了2020年以后

11、，預(yù)計(jì)每年都將卸下近2000tHM乏燃料。核反應(yīng)堆卸出的乏燃料中，有三種類型的放射性核素：一種是長(zhǎng)壽命和短壽命的裂變產(chǎn)物，二是活化產(chǎn)物，三是錒系元素。裂變產(chǎn)物和活化產(chǎn)物都是帶β放射性，除了包含幾種核素之外，其它半衰期都比較短，而錒系元素都是帶α放射性，有些還帶有自發(fā)裂變現(xiàn)象，大多數(shù)的錒系元素具有較短的半衰期，但是其子體的半衰期卻很長(zhǎng)，甚至長(zhǎng)達(dá)幾百萬(wàn)年。1.1世界處理乏燃料的模式由于核電站乏燃料的放射性很強(qiáng)，其中有些核素的毒性又大，所以整

12、個(gè)乏燃料的處理過(guò)程必須在屏蔽和密閉的條件下遠(yuǎn)距離操作運(yùn)行，這就給乏燃料處理過(guò)程帶來(lái)很大的技術(shù)難度。怎樣處置這些放射性強(qiáng)毒性大的乏燃料，長(zhǎng)期存在著爭(zhēng)議，分歧也主要集中在經(jīng)濟(jì)性、安全性和核擴(kuò)散上。于是，世界上不同國(guó)家制訂出了適應(yīng)各自戰(zhàn)略需求不同的技術(shù)路線：①一種是采取開(kāi)環(huán)式或稱“一次通過(guò)”式燃料循環(huán)，即將乏燃料在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的中間貯存后，作為最終廢料直接深埋在地質(zhì)處置庫(kù)中，同時(shí)可以防止燃料中的钚的擴(kuò)散，這是美國(guó)卡特政府1977年制定的決策。

13、②另一種是采取閉合燃料循環(huán)，即對(duì)核電站乏燃料進(jìn)行化學(xué)處理（或稱后處理，以區(qū)別于核燃料在進(jìn)入反應(yīng)前的化學(xué)處理過(guò)程），從中回收總量占96%左右的鈾和1%左右的钚。目前，我國(guó)每年卸出的PWR乏燃料中含有大約1.8tPU，預(yù)計(jì)到2020年卸出的PWR乏燃料中Pu的累積量將達(dá)到約86～120t，且以每年6.5～9.5tPu的速度增加，如果能盡早的形成后處理能力，就可以將獲得的Pu用于核燃料再循環(huán)，并為快中子反應(yīng)堆供應(yīng)核燃料。而只占總量3%左右的壽

14、命（3）鈾、環(huán)尾端處理。鈾、環(huán)尾端處理是將硝酸鈾酰和硝酸钚溶液制成氧化物產(chǎn)品。硝酸鈾酰采用流化床脫硝制成二氧化鈾。硝酸钚經(jīng)草酸沉淀、煅燒制成二氧化钚。2.2干法后處理干法后處理是在非水條件下進(jìn)行乏燃料后處理的工藝過(guò)程。干法后處理分揮發(fā)法和高溫法兩大類：（1）揮發(fā)法。揮發(fā)法可以分為氟化物揮發(fā)法和氯化物揮發(fā)法。（2）高溫法。高溫法又可分為物理法和化學(xué)法。物理法包括分級(jí)蒸餾法、分級(jí)結(jié)晶法和熔融金屬萃取法；化學(xué)法包括熔融金屬萃取法、熔融鹽萃取法

15、、熔融鹽電解法和熔融精煉法。在乏燃料后處理過(guò)程中，乏燃料中各主要成分的分離純化和回收，必須達(dá)到一定的要求。產(chǎn)品回收率是乏燃料后處理廠的一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)，一般水法流程對(duì)鈾、钚的回收率已經(jīng)分別可達(dá)99.8％和99.5％以上。產(chǎn)品放射性則是后處理廠一項(xiàng)主要的質(zhì)量指標(biāo)，應(yīng)對(duì)乏燃料的特性，產(chǎn)品用途，燃料元件再加工技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)、安全等方面進(jìn)行綜合考慮后再提出要求。3.后處理工藝下面以壓水堆低富集鈾氧化物燃料的乏燃料后處理為例，對(duì)水法普雷

16、克斯溶劑萃取流程的主要工藝步驟加以簡(jiǎn)要的闡述。3.1普雷克斯流程的化學(xué)原理昔雷克斯流程采用稀釋過(guò)的磷酸三丁酯（TBP）為萃取劑。TBP的化學(xué)穩(wěn)定性好、閃點(diǎn)高、揮發(fā)性低，與水僅稍微混溶，處理乏燃料后容易實(shí)現(xiàn)再生，也可重復(fù)使用，為了改善其密度與粘度，需要對(duì)它加以稀釋，性能最好的稀釋劑是正十二烷，比較經(jīng)濟(jì)適用的是優(yōu)質(zhì)煤油。當(dāng)TBP與含硝酸的水溶液接觸時(shí)，它能選擇性地萃取鈾和钚，而對(duì)裂變產(chǎn)物及其它雜質(zhì)的萃取率則十分低。因此，通過(guò)多級(jí)逆流萃取可使

17、鈾、钚與裂變產(chǎn)物分離。另一方面，TBP對(duì)三價(jià)钚的萃取率很低，所以選用合適的還原方法將四價(jià)钚還原成三價(jià)钚，可以實(shí)現(xiàn)鈾、钚的分離。3.2普雷克斯流程的主要工藝步驟處理不銹鋼包殼或鋯合金包殼的壓水堆低富集氧化鈾燃料的普雷克斯流程，主要工藝步驟如下：（1）去殼溶解。早期采用化學(xué)去殼法，即用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑硫酸和氟化物分別將不同包殼材料（不銹鋼和鋯合金）進(jìn)行溶解。這種方法會(huì)帶來(lái)容器的腐蝕，還有大量放射性廢液及鈾、钚損失等問(wèn)題。因此，對(duì)動(dòng)力堆乏燃料普

18、遍采用切斷——浸取法來(lái)去殼，溶解過(guò)程需采用適當(dāng)方法以確?？赡馨l(fā)生的臨界安全。（2）去污萃取。由萃取段和洗滌段組成，在萃取段中，鈾和钚經(jīng)30％（體積）TBP——正烷烴稀釋劑，多級(jí)逆流萃取后再進(jìn)入有機(jī)相；裂變產(chǎn)物基本上仍留在水相萃余液中；镅、鋦也進(jìn)入萃余液中，镎則在兩相之間進(jìn)行分配。在洗滌段，用約3molL的硝酸洗滌來(lái)自萃取段的有機(jī)相，在除去其中夾帶的裂變產(chǎn)物后，再返回萃取段。萃取段往往是在室溫下進(jìn)行操作，萃取設(shè)備的物料滯留量要盡量減少，以