Полупромышленные испытания урана (IV)

Из рассмотрения результатов испытаний с ураном (IV) в производственных условиях при противоточной экстракции следует, что в растворах урана значения DF _Pu ниже (10² – 10³), чем для сульфамата железа (10⁴) и в некоторых случаях в растворах плутония значение DF _U также невелико. С целью достижения сравнимых с сульфаматом железа значений коэффициента разделения урана и плутония
(DF _Pu>10⁴, DF _U > 10⁶) технологические условия должны удовлетворять следующим требованиям:

− кислотность в секции подпитки должна быть достаточно высокой, чтобы достигалось высокое извлечение урана (IV) и (VI) и поддерживался низкий расход органической фазы.

− уран (IV) экстрагируется ТБФ, что благоприятствует восстановлению плутония, но при этом возрастает доля урана (IV), поступающего в секцию реэкстракции плутония и в плутониевый реэкстракт; для предотвращения рециркуляции урана следует поддерживать на достаточно высоком уровне кислотность и отношение потоков органической и водной фаз.

− учитывая экстрагируемость урана (IV), его следует вводить в контактор или в ступень подачи содержащего уран и плутоний раствора, или в одну из соседних ступеней. Это обеспечивает достаточно высокую концентрацию восстановителя во всем аппарате.

− концентрация стабилизатора должна поддерживаться на уровне
0,05 – 0,1 М.

− как и в случае сульфамата железа, величина отношения восстановителя к плутонию должна быть выше стехиометрической, а именно от 3:1 до 10:1 [1].

Лабораторные исследования, проведенные в Уиндскейле и позволяющие провести сравнение технологии с использованием урана (IV) и сульфамата железа в соответствии со схемой, представленной на рисунке 3, показали, что при использовании урана (IV) были получены более низкие коэффициенты разделения урана и плутония, чем при использовании сульфамата железа (II) (таблица 2) [1].

 

Таблица 2 – Значения коэффициента разделения урана и плутония при использовании урана (IV) и железа (II) [1]

Восстановитель	Коэффициент очистки от
U	Pu
Fe (II)	2,4·107	1,6·104
U (IV)	2,7·105	4,2·103

 

Полученные данные были рассмотрены в целях выяснения причин наблюдающегося различия между сульфаматом железа и ураном (IV). Отмечены хорошее распределение урана (IV) ([U (IV)] = 0,018 – 0,025 М) во всей секции реэкстракции плутония и примерно равные молярные концентрации урана (IV) и железа (II). Как и в случае сульфамата железа, баланс урана по ступеням контактора указывает на избыточный против стехиометрического расход восстановителя. Коэффициент отмывки урана (IV) из водной фазы найден большим оцениваемого приблизительно в 2 раза, что объясняется либо повышенным извлечением урана (IV) в органическую фазу против ожидаемого, либо разложением урана (IV).

Рисунок 3 – Технологическая схема отделения урана от плутония с помощью урана (IV) [1]

 

 

Более того, исследования показали, что только 76,5% урана (IV) от поступающего в контактор обнаруживается в органических растворах, выходящих из аппаратов. Так как только 5,4% урана (IV) требуется для восстановления плутония (IV), то 18,1% его разлагается в контакторе. Высчитано, что 17,4%
урана (IV), вводимого в систему, может подавить предполагаемую рециркуляцию плутония. Таким образом, на все это расходуется 99,3% урана (IV), используемого в контакторе; следовательно, в аппаратах этого типа происходит некоторое окисление урана (IV) воздухом или в результате других реакций [1].

Дальнейшее сравнение систем на основе урана и сульфамата железа показало, что повышенное значение DF _Pu для железа (II) объясняется его большей эффективностью на ступени подачи раствора и в некоторой степени в реэкстракционной секции. При использовании урана (IV) коэффициент распределения плутония D _Pu найден равным 0,05 – 0,08 (для двухвалентного железа D _Pu < 0,03). Повышенные значения D _Pu для урана (IV) являются следствием более низкой скорости реакции.

Исследования, проведенные в других странах, показали, что нитрат урана может конкурировать с хорошо зарекомендовавшим себя сульфаматом железа, но только в тех процессах, где не требуется проявлений преимущества двухвалентного железа (применение сульфамата железа одновременно обеспечивает высокие значения DF _Pu и DF _U). В тех процессах, где допустимо загрязнение растворов плутония ураном, выгодно использовать уран (IV). Основное преимущество этой схемы заключается в получении «бессолевых» сбросов [1].