Разделение урана и плутония с нептунием. Восстановительная реэкстракция.

Для разделения урана и плутония с нептунием требуется перевод плутония и нептуния в слабо экстрагируемую форму (при этом коэффициенты плутония и нептуния уменьшаются):

UO₂ ²⁺ → UO₂ ²⁺;

Pu⁴⁺ → Pu³⁺;

NpO₂ ²⁺ → NpO₂ ⁺.

Рис. 1. Схема восстановительной реэкстракции.

Подпитка – для экстракции урана из водной фазы, реэкстрагировавшегося на средних ступенях.

Восстановители

Требования к восстановителю:

· селективность к нептунию и плутонию;

· отсутствие коррозионно-активных веществ;

· низкий солевой фон;

· должен быть эффективен при малом количестве;

· дешевизна.

Восстановитель вводят в две ступени для равномерного распределения по ступеням.

В качестве восстановителя используют железо двухвалентное и четырехвалентный уран.

1. Fe²⁺

Преимущества:

+ быстрота протекания реакции;

+ ионная форма веществ не изменяется.

Недостатки:

- реакция идет на границе раздела фаз, т. к. железо не экстрагируется ТБФ;

- реэкстракт плутония и нептуния загрязнен железом.

Получение Fe²⁺

4 Fe³⁺ + N₂H₄ → 4 Fe²⁺ + 4H⁺ + N₂

Гидразин N₂H₄ - восстановитель железа, выполняет функцию стабилизатора.

В качестве восстановителя могут быть использованы сульфидамин, сульфат железа, стабилизированный сульфаматом, аскорбиновая кислота, водород.

Соотношение объемов:

V _{экстракт} / V _{восстановитель} = 5; V_{подпитки} = 0,1*V _{экстракт}.

Концентрация азотной кислоты = 0,5 – 1М, т. к. при увеличении концентрации азотной кислоты будет восстанавливаться нептуний:

NpO₂²⁺ + 4H⁺ → Np⁴⁺ + 2H₂O.

Количество вводимого железа в 2-5 раз больше, чем по стехиометрии из-за побочных реакций.

2. U ⁴⁺

2Pu⁴⁺ + U⁴⁺ + 2H₂O → 2Pu³⁺ + UO₂²⁺ + 4H⁺

Преимущества:

+ уран экстрагируется ТБФ, реакция идет в объеме;

+ не вводится дополнительных солей,

Недостатки:

- низкая скорость процесса, т. к. изменяется ионная форма;

- уран окисляется азотистой кислотой:

U⁴⁺ + 2HNO₂ → UO₂²⁺ + 2NO + 2H⁺.

Источники образования азотистоводородной кислоты:

- примесь в азотной кислоты из производства;

- появляется в результате радиолиза азотной кислоты;

- появляется в результате реакции

U⁴⁺ + HNO₃ + H₂O → UO₂²⁺ + HNO₂ + 2H⁺

Приведенная реакция блокируется при введении гидразина.

Количество вводимого урана в 20 раз больше, чем по стехиометрии из-за побочных реакций.