способ регенерации экстрагента

Формула изобретения

1. Способ регенерации экстрагента трибутилфосфат в разбавителе путем промывки водными растворами органических оснований с последующим разложением отработавших промывных растворов, отличающийся тем, что промывку экстрагента проводят водными растворами органических оснований, содержащих оксиэтильные группы, после чего производят разложение этих реагентов в отработавших промывных растворах упаркой в присутствии азотной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органических оснований используют оксиэтилгидразин или этаноламины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к экстракционной технологии регенерации облученного ядерного топлива, использующей в качестве экстрагента трибутилфосфат (ТБФ) в органическом разбавителе. В процессе работы в экстрагенте накапливается продукт его разложения - дибутилфосфорная кислота (ДБФ), которую необходимо непрерывно удалять.

Известен способ очистки экстрагента от ДБФ, заключающийся в промывке его водным раствором карбоната натрия. При этом благодаря низкому значению коэффициента распределения ДБФ D = C_орг/С_вод (D 5 10^-4), она практически полностью переходит в водный раствор за один контакт с экстрагентом [1].

Недостатком этого способа регенерации экстрагента является то, что при его использовании образуется большое количество нитрата натрия, что приводит к увеличению объема среднеактивных водных отходов (САО) на 20-30%.

Наиболее близким техническим решением сокращения объема САО (выбранным нами в качестве прототипа) является предложение проводить промывку оборотного экстрагента водными растворами гидразинкарбоната и гидразиноксалата с последующим разрушением их электролизом [2]. Использование этого предложения позволит сократить содержание солей в отработавших растворах, получающихся после регенерации экстрагента, до ~5%(мол.).

Недостатком предложенного способа является низкая эффективность при очистке экстрагента, т.к. коэффициенты распределения дибутилфосфорной кислоты на 2-3 порядка выше, чем для раствора карбоната натрия (510^-4), что приводит к необходимости увеличения числа ступеней на операции промывки экстрагента до 4, а соотношения объемов фаз n = V_орг : V_вод - до 0,2 [2]. В случае использования карбоната натрия соответствующие значения в 2 раза ниже. Другим недостатком прототипа является необходимость включения в технологическую схему процесса дополнительной операции электрохимического разложения солей гидразина.

Технической задачей изобретения является уменьшение числа ступеней промывки экстрагента и объема промывного раствора при регенерации экстрагента.

Эта задача решается путем использования для регенерации экстрагента трибутилфосфат в разбавителе водных растворов органических оснований, содержащих оксиэтильную группу, например, оксиэтилгидразина (HOCH₂CH₂N₂H₃), или этаноламинов (моно - HOCH₂CH₂NH₂, ди - (HOCH₂CH₂)₂NH и три - (HOCH₂CH₂)₃N), а также проведением разложения предложенных реагентов в отработавших промывных растворах упаркой в присутствии азотной кислоты.

Общим признаком всех этих соединений является наличие в их молекулах HOC₂H₄ - группы. Это, как показали специальные опыты, приводит к существенному снижению коэффициента распределения ДБФ между 30%-ным раствором трибутилфосфата и водными растворами органических оснований. Значения коэффициентов распределения для них близки к величинам для раствора карбоната натрия. Уменьшение значений коэффициента распределения ведет, с одной стороны, к уменьшению объема водного раствора, необходимого для очистки экстрагента, в 2 раза, с другой - к двухкратному сокращению числа ступеней на операции его регенерации.

Для разрушения рекомендуемых реагентов не требуется подвергать их электролизу, т. к. при нагревании с азотной кислотой они практически полностью разлагаются с образованием газов. Это позволяет решить проблему разрушения использованных реагентов - направить отработавший промывной раствор на упарку среднеактивных водных растворов.

Пример осуществления изобретения.

30%-ный раствор ТБФ в додекане, содержащий ~0,005 моль/л дибутилфосфорной кислоты, промывали при соотношении объемов n = V_орг:V_вод = 10 водными растворами различных органических оснований. Концентрация последних составляла 0,12-0,14 моль/л, причем во всех опытах молярное соотношение реагента к НДБФ составляло 2,5. Анализировали содержание ДБФ в равновесной органической и водной фазах и рассчитывали значение D= C_орг/C_вод. Результаты опытов приведены в таблице 1.

Из приведенных данных видно, что коэффициенты распределения ДБФ в случае этаноламинов и оксиэтилгидразина на 1-2 порядка ниже, чем для солей гидразина и бутиламина. Из этого следует, что их эффективность при очистке экстрагента от ДБФ намного выше, чем у прототипа и у других оснований, не содержащих осиэтильную группу.

В колбу с концентрированной азотной кислотой добавляли водный раствор органического основания после промывки экстрагента, концентрация азотной кислоты при этом составляла 11,8 моль/л. Содержимое колбы нагревали на водяной бане, причем проходила бурная реакция окисления с выделением NO, NO₂, N₂, CO, CO₂. После прекращения газовыделения в водном растворе определяли содержание нитрата аммония. Результаты анализа: моноэтаноламин - 6,1%, диэтаноламин - < 3%, триэтаноламин - 4,6%, оксиэтилгидразин - 4% (мол.) от содержания азота в исходном растворе органических оснований.

В ходе электролитического разложения гидразинкарбоната и гидразиноксалата также образуется несколько процентов иона аммония. Из этого следует, что электрохимическое разложение рекомендуемых органических оснований не имеет преимуществ перед их окислением азотной кислотой.

Из приведенного примера осуществления изобретения следует, что способ регенерации оборотного экстрагента путем промывки водными растворами этаноламинов или оксиэтилгидразина имеет новый технический результат, состоящий в том, что коэффициенты распределения ДБФ для них на 1-2 порядка ниже, чем для оксалата и карбоната гидразина, что приводит к уменьшению расхода промывных растворов примерно в 2 раза и к двукратному сокращению числа ступеней на операции промывки.

Окисление предлагаемых реагентов азотной кислотой, сопровождающееся образованием небольшого количества NH₄-иона, позволяет исключить операцию электролиза отработавшего промывного раствора, необходимую для разрушения карбоната и оксалата гидразина.

Источники информации

1. С. Столер, Р.Ричардс "Переработка ядерного горючего" Атомиздат, М., 1964, с.184.

2. M.Ozawa, S.Nemoto, J.Ueda Recod-91, v.2, p.729, 1991 - прототип.