[发明专利]羟亚氨基链烷酸在钚的还原反萃取中作为抗亚硝酸化剂的应用

说明书

本申请涉及包含至少四个碳原子的羟亚氨基链烷酸在钚的还原反萃取操作中作为抗亚硝酸化剂的应用。本申请可用于任何包括一个或更多个钚的还原反萃取操作的乏燃料的后处理方法，并且，更具体而言，可用于现代核燃料后处理装置中实施的PUREX法，以及由其衍生的方法。

技术领域

本申请涉及处理乏燃料的领域。

更具体而言，本申请涉及羟亚氨基链烷酸在钚的还原反萃取操作中作为抗亚硝酸化剂的应用。

本申请可以应用于任何包括一个或更多个钚的还原反萃取操作的乏燃料的处理方法。

所述操作尤其包含在PUREX法中，PUREX法例如是在现代核燃料处理厂(即，法国拉海牙的UP3和UP2-800工厂，以及日本的六所村工厂)中实施的方法，首先执行第一净化循环的U/Pu分配步骤，其次在在第一净化循环之后提高钚净化循环中裂变产物的钚净化(通常称为“第二钚循环”)。

所述操作也包含在一定数量的由PUREX法衍生的方法中，由PUREX法衍生的方法例如是国际申请PCT WO 2006/072729[1]中描述的方法(称为COEX法)，或国际申请PCT WO2011/000844[2]中描述的方法。

背景技术

在前述的乏燃料的处理方法中实施的钚的还原反萃取操作中，通过将钚还原成氧化态III(在该状态下，钚对有机相的亲和力非常低)使钚从它处于氧化态IV的有机相(或溶剂相)进入水性相中。

将还原剂添加到用于反萃取的水性相中并且用抗亚硝酸化剂使其稳定，该还原剂诱导钚(IV)还原成钚(III)。

对于例如现代核燃料后处理厂中实施的PUREX法(在本文其余部分中将简称为“PUREX法”)的第一净化循环，在U/Pu分配步骤中反萃取钚所使用的还原剂是铀(IV)(或硝酸铀)，而抗亚硝酸化剂是硝酸肼(也称为肼)。

要考虑的主要化学反应是：

使用铀(IV)将钚(IV)还原成钚(III)(功能反应)：

U⁴⁺+2Pu⁴⁺+2H₂O→UO₂²⁺+2Pu³⁺+4H⁺

钚(III)再氧化成钚(IV)(寄生反应)：

Pu³⁺+HNO₂+1.5H⁺+0.5NO₃^-→Pu⁴⁺+0.5H₂O+1.5HNO₂

使用肼将亚硝酸破坏成叠氮酸(有用反应)：

N₂H₅NO₃+HNO₂→N₃H+HNO₃+2H₂O。

前两个反应发生在水性相和有机相中，而肼的亚硝酸破坏反应仅发生在水性相中，这是由于肼不能被由在氢化四丙烯(或HTP)中30％(v/v)的磷酸三正丁酯(或TBP)组成的有机相萃取。

有机相中存在钚(III)，即使少量，也会通过前两个反应催化铀(IV)的氧化，从而产生亚硝酸。

能够确定，在实验室离心萃取器中进行实验研究时，即使萃取器停留时间很短(约几秒钟)，铀(IV)由氧化造成的消耗也非常高。铀(IV)的氧化主要发生在有机相中，因为肼仅包含在水性相中。结果，钚的还原反萃取操作方案提供了大量过量的还原剂。

根据以下反应，由亚硝酸经由肼的破坏反应所形成的叠氮酸反过来与亚硝酸反应：