Плутониевое производство

Для успешной и эффективной очистки плутониевого продукта из I цикла экстракции во II цикле экстракции - реэкстракции необходимо преодолеть ряд проблем, главными из которых являются:

1. Риск образования третьей фазы, обусловленный высокой концентрацией плутония и низкой растворимостью комплекса Pu(4+)^.2ТБФ в изопарафиновом разбавителе - гидрогенезированном тетрапропилене - ТРН. Третья фаза может вызвать гидравлические нарушения в работе колонны. Уточненные данные о растворимости комплекса, а также выбор и четкое соблюдение режимов процесса экстракция - промывка, не допускающие достижения предела растворимости, позволяют избежать этого нежелательного явления.

2. Потери плутония с органической фазой, вызванные образованием комплекса Pu(4+) с продуктом гидролиза и радиолиза ТБФ-дибутилфосфорной кислотой (ДБФ). Этот комплекс экстрагируется с очень высоким коэффициентом распределения. Для преодоления этого явления установлен упомянутый выше “плутониевый барьер” и проводится тщательная очистка рециркулируемого экстрагента. Кроме того, введение в экстракт с остатками Pu дополнительного количества U(4+), который образует подобный комплекс, позволяет реэкстрагировать Pu в водную фазу. Концентрация Pu в экстрагенте остается <<0,2 мг/л.

3. Возможные потери Pu с рафинатом из-за образования Pu(4+) в реакции диспропорционирования Pu(4+), который имеет низкий коэффициент распределения. Для устранения этих потерь были уточнены данные по распределению Pu(4+) и кинетические характеристики процессов.

Оптимизация условий проведения операций экстракция - промывка - реэкстракция на II и III плутониевых циклах, позволившая избежать потерь Pu с водной и органической фазами, связана с выбором восстановителя, кислотности, температуры и соотношения потоков фаз. В табл. 2.5.4 приведены свойства U(IV) и гидроксиламина.

Таблица 2.5.4

Сравнение свойств восстановителей Pu(IV) в плутониевых циклах

Восстановление Pu при помощи U(4+) может быть недостаточно стабильной операцией из-за окисления U4+), происходящего в органической фазе, поэтому в качестве восстановителя во II и III Pu-циклах был выбран гидроксиламин.

При этом были установлены следующие условия восстановления:

- температура выше 35°С,

- достаточный избыток гидроксиламина.

Низкая эффективность реэкстракции Pu при восстановлении гидроксиламином объясняется тем, что этот восстановитель действует в водной фазе, и часть Pu, связанная в комплексе с ДБФ, остается недоступной для восстановления.

Результаты очистки плутониевого продукта во II и III циклах представлены в табл. 2.5.5.

Таблица 2.5.5

Характеристики циклов очистки плутониевого продукта на UP 3

* Коэффициент очистки плутония от ¹⁰⁶Ru был достаточно высоким уже после I цикла экстракции, и поэтому остаточная концентрация ¹⁰⁶Ru в плутониевом продукте близка к пределу чувствительности метода определения.

Как уже было упомянуто, в настоящее время в плутониквой ветке испоьзуется только один аффинажный цикл. При проектных требованиях к очистке плутониевого продукта от bg-активности < 296 кБк/г Pu, реальный плутониевый продукт после I и одного аффинажного цикла содержал < 37 кБк/г Pu. Раствор нитрата плутония далее при помощи оксалатного осаждения и прокаливания оксалата плутония превращается в PuO₂.