一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法技术

本发明专利技术属于化工分离和乏燃料后处理技术领域，公开了一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法。乏燃料先经预处理得到八氧化三铀和稀土氧化物的混合物，再与四氯化铀充分混合压团，进行氯化反应将乏燃料中的稀土氧化物转变为稀土氯化物，接着采用真空分离的方法使稀土氯化物挥发分离，得到脱除稀土元素的八氧化三铀和二氧化铀混合物，同时冷凝收集挥发物得到含稀土氯化物。本发明专利技术具有安全性高，工艺流程简单，可高效脱除乏燃料中稀土元素，无杂质引入，无废液、废气产生等优点，具有良好的工业化应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法


[0001]本专利技术属于化工分离和乏燃料后处理
，涉及一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法。

技术介绍

[0002]核裂变能是一种技术成熟的清洁能源，具有高效、低碳和可规模化利用等优点，是解决未来能源持续供应的有效途径之一。然而，当前铀资源贫乏、核反应堆铀资源利用率低且有大量高放乏燃料积存，已成为制约核电发展的瓶颈。为了提高铀资源利用率，减少高放射性裂变产物和长寿命放射性核素的排放，我国科研人员创新性地提出了“加速器驱动先进核能系统(Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System，ADANES)”的全新概念和研究方案。ADANES系统是一种先进的核燃料闭式循环技术，集核燃料增殖、长寿命核素嬗变、核能发电于一体，可将铀资源利用率提升至95％左右，同时减排长寿命核废料95％以上，有望使裂变核能成为安全、可靠、清洁的战略能源。
[0003]乏燃料后处理是ADANES系统中的重要步骤，乏燃料后处理流程包括乏燃料与包壳分离、挥发性裂变元素分离和稀土元素的分离等，其中乏燃料与包壳分离和挥发性产物分离等预处理技术较为成熟，装置设备简单，较易工业化应用，而乏燃料中稀土元素的分离较为困难，是乏燃料安全高效利用亟需解决的重大难题。稀土元素具有较大的中子吸收截面，会严重影响核燃料的增殖和核废料的嬗变。中国专利申请CN1186564A公开了一种从废核燃料中脱除稀土元素的方法，该专利技术首先将废核燃料中的二氧化铀在200
‑/>800℃下氧化为八氧化三铀，再置于1000
‑
1600℃下空气中加热，使稀土元素进入萤石相富集并与重结晶的八氧化三铀相分离，然后通过超声分散
‑
超细滤布过滤脱除稀土元素。该专利技术中相分离后的八氧化三铀(～10μm)和稀土氧化物(～1μm)均很细，并且两者结合紧密，采用超声分散
‑
超细滤布过滤分离的方法仅适用于实验室操作，在实际规模化应用中难以实现。中国专利CN105195328B公开了一种利用含离子液体的双有机相浮选分离体系脱除乏燃料中稀土元素的方法，该专利技术以P507(2
‑
乙基己基膦酸
‑2‑
乙基己基单酯)为稀土分离萃取剂，离子液体为协同强化萃取剂，油酸/煤油为稀释剂，通过多阶串联级差浮选工艺脱除稀土元素。该专利技术中单程稀土脱除率较低，需多次循环分离，导致操作流程复杂，并且使用液相溶剂种类较多、使用量较大，难以规模化应用。中国专利CN108538417B公开了一种利用离子液体直接溶解脱除乏燃料中稀土元素的方法，该专利技术根据二氧化铀与稀土氧化物在离子液体中溶解性的差异，采用特定功能化离子液体选择性溶解脱除稀土元素。该专利技术虽然可以直接脱除稀土元素，然而离子液体使用量较大，并且溶解的放射性稀土元素难以回收，存在核扩散的风险。
[0004]因此，通过工艺和技术创新，安全高效脱除乏燃料中的稀土元素，是实现我国乏燃料循环利用的关键所在。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种安全可靠、绿色环保、流程简单的脱除乏燃料中稀土元素的方法。所述方法能够实现乏燃料中稀土元素的高效脱除，安全性高，无杂质引入，无废液、废气产生，工艺流程简单，操作简便，适合规模化处理。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法，所述方法包括预处理、氯化、真空分离和冷凝等工序，具体包括以下步骤：
[0008](1)乏燃料经剪切、氧化和高温预处理后，得到预处理产物；
[0009](2)将步骤(1)中得到的预处理产物与四氯化铀混合压团，得到团块状混合物；
[0010](3)将步骤(2)中得到的团块状混合物进行氯化反应，得到氯化产物；
[0011](4)将步骤(3)中得到的氯化产物进行真空分离，得到脱除稀土元素的八氧化三铀和二氧化铀混合物，同时冷凝收集挥发物得到含稀土氯化物。
[0012]所述步骤(1)中，乏燃料中二氧化铀含量大于94％、稀土元素含量0.1
‑
5％、挥发性裂变元素含量0.1
‑
1％。所述稀土元素是指La、Pr、Nd、Sm、Yb、Gd中的一种或几种。所述挥发性裂变元素是指H、I、Xe、Kr、C、Cs、Te、Mo中的一种或几种。
[0013]所述步骤(1)中，预处理产物为八氧化三铀与稀土氧化物的混合物。
[0014]所述步骤(2)中，四氯化铀的添加摩尔量与乏燃料中稀土元素摩尔量的比值为(0.75
‑
0.825)：1。
[0015]所述步骤(3)中，氯化温度为400
‑
900℃，氯化时间为0.5
‑
5h，系统压力为80
‑
150kPa。
[0016]所述步骤(4)中，真空分离温度为600
‑
1600℃，真空分离时间为1
‑
10h，真空度为0.00001
‑
9000Pa。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下突出优点：
[0018](1)本专利技术以四氯化铀为氯化剂，通过氯化
‑
真空分离，可以高效脱除乏燃料中的稀土元素，工艺流程及设备结构简单，操作简便，便于规模化处理，具有良好的工业化应用前景。
[0019](2)本专利技术中无杂质引入，无溶剂添加或废液、废气产生，分离后的稀土元素和铀氧化物均呈固相，便于回收，避免了核扩散的风险，安全性高。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法的流程图。
具体实施方式
[0021]本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本专利技术，不应该视为对本专利技术的具体限制。
[0022]下面以附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0023]需要特别说明的是，由于乏燃料具有强放射性，故实施例采用相同成分的无放射性或极低放射性模拟物料代替乏燃料。
[0024]实施例1
[0025]一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法，所述方法具体包括以下步骤：(1)乏燃料经剪切、氧化和高温预处理后，得到预处理产物；(2)将步骤(1)中得到的预处理产物与四氯化铀混合压团，得到团块状混合物；(3)将步骤(2)中得到的团块状混合物进行氯化反应，得到氯化产物；(4)将步骤(3)中得到的氯化产物进行真空分离，得到脱除稀土元素的八氧化三铀和二氧化铀混合物，同时冷凝收集挥发物得到含稀土氯化物。
[0026]实施例2
[0027]本实施例采用实施例1所述一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法，所用模拟物料中UO2含量98.88％、Nd2O3含量0.12％、I含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯化法脱除乏燃料中稀土元素的方法，所述方法包括以下步骤：1)乏燃料经剪切、氧化和高温预处理后，得到预处理产物；2)将步骤1)中得到的预处理产物与四氯化铀混合压团，得到团块状混合物；3)将步骤2)中得到的团块状混合物进行氯化反应，得到氯化产物；4)将步骤3)中得到的氯化产物进行真空分离，得到脱除稀土元素的八氧化三铀和二氧化铀混合物，同时冷凝收集挥发物得到含稀土氯化物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，乏燃料中二氧化铀含量大于94％、稀土元素含量0.1
‑
5％、挥发性裂变元素含量0.1
‑
1％；所述稀土元素是指La、Pr、Nd、Sm、Yb、Gd中的一种或几种；所述挥发性裂变元素是指H、I、Xe、Kr、C、Cs、Te、Mo中的一种或几种。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，预处理产...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜占，朱庆山，范川林，潘锋，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：