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普雷克斯流程

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核燃料水法后處理流程之一,是用磷酸三丁酯萃取法從輻照核燃料中回收鈾、鈈的一種化工過程。普雷克斯流程(英文名:Purex Process),是核燃料水法后處理流程之一,是用磷酸三丁酯萃取法從輻照核燃料中回收鈾、鈈的一種化工過程。 Purex一詞為plutonium uranium recovery by extraction(另一說為plutonium uranium reduction extraction)的縮寫。

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2 普雷克斯流程 -正文

purex一詞為plutonium uranium recovery by extraction(另一說為plutonium uranium reduction extraction)的縮寫。20世紀50年代中期,該流程首先被用來處理生產堆輻照核燃料,從中提取核武器用的鈈並回收鈾。后被用來處理電站用輕水堆的輻照核燃料,從中回收、純化鈾和鈈。普雷克斯流程是現今最有效、最成功的核燃料后處理流程。研究試驗還證明,它還是發展中的新型電站用堆──快中子增殖堆──的輻照核燃料適用的后處理流程。
  化學原理  磷酸三丁酯 (TBP)對鈾、鈈和裂變產物的萃取能力的差別是普雷克斯流程的化學分離基礎。由於TBP對鈾(在過程中以UO卂 形式存在)和鈈(Pu4+)具有比對裂變產物(重要的有十餘種)更大的萃取能力(圖1),普雷克斯流程通過多級萃取可使鈾、鈈和裂變產物相分離。又由於TBP對三價鈈(Pu3+)萃取能力很小,利用這一性質可以分離鈾、鈈。在普雷克斯流程中,含有還原劑(如氨基磺酸亞鐵)的水溶液與萃取有鈾、鈈的TBP接觸,鈈還原成三價轉入水溶液,與留在TBP中的鈾分離。
  TBP具有良好的化學穩定性,閃點高,揮發性小,與水僅稍微混溶,在很強的輻照場下發生部分分解,分解產物磷酸二丁酯和磷酸一丁酯可用鹼溶液洗除,因此它容易再生使用,適用於核燃料后處理。但 TBP的密度與水相近,粘度較大,需要加入稀釋劑以降低密度和粘度。含有12~14個碳的飽和烴可以用作稀釋劑,最佳的稀釋劑是正十二烷,實用的是含烯烴和芳烴少的高級煤油。
  流程概述  在普雷克斯流程處理之前輻照核燃料預先溶解於硝酸,然後將溶解液調節到所需的酸濃度、鈾濃度並使鈈處於四價狀態。分離過程在多級逆流萃取設備(如混合澄清槽、萃取柱)中進行。首先是含鈾、鈈、裂變產物的料液在第一個萃取設備中與TBP接觸(圖2),普雷克斯流程鈾和鈈被TBP萃取,而大部分裂變產物則留於水溶液中,從而實現鈾、鈈與裂變產物的初級分離;在下一個萃取設備中用稀硝酸反萃取鈾、鈈。這樣經過一次萃取和反萃取的操作過程,稱為一個萃取循環。經過第一萃取循環得到的鈾、鈈溶液經過適當的處理(如蒸濃,調節硝酸和鈾的濃度,並使鈈重新處於四價狀態)後進行第二次鈾、鈈萃取,以進一步與殘留的裂變產物分離,再用還原劑溶液反萃取鈈以實現鈾、鈈分離,然後用稀硝酸反萃取鈾。這時所得到的鈾、鈈產品純度往往還達不到要求,因此需要進行第三個萃取循環以提高純度。
  以上所述僅是普雷克斯流程的一種類型,還有其他類型。例如在第一萃取循環中就進行鈾、鈈分離;用其他方法代替第三萃取循環(如用硅膠吸附法純化鈾,用陰離子交換法純化鈈);或經兩個萃取循環后鈾、鈈產品純度已滿足要求,就不需第三個萃取循環了。
  分離凈化效果  普雷克斯流程可以達到很好的分離凈化效果(見表)。
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  參考書目
 J.M.克利夫蘭著,《鈈化學》翻譯組譯:《鈈化學》,科學出版社,北京,1974。(J.M.Cleveland,The Chemistry of Plutonium,Gordcn & Breach, New York, 1970.)

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