一种适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺的制作方法

本发明属于乏燃料分离纯化，具体涉及一种适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺。

背景技术：

1、目前成熟的乏燃料分离纯化工艺主要是以溶剂萃取法为代表的水法工艺，溶剂萃取法利用化合物在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同来分离锕系元素。金属乏燃料具有高燃耗、高钚含量、强放射性、高释热率的特点。在强放射性下，有机试剂辐解会严重影响萃取效果。在高钚含量的条件下，水和有机试剂作为中子慢化剂，大大提高了处理过程中临界风险。同时溶剂萃取法产生的含有锕系及长寿命裂片元素的高放废液的储存和处理也是非常严峻的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，使用该工艺能够对反应堆辐照后的金属乏燃料进行妥善处理，将其中的有用核素回收，并妥善处理放射性废物。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，包括以下步骤：

4、s1、对乏燃料短段进行电解精炼和产品纯化，获得铀金属产品；

5、s2、对步骤s1中经电解精炼后的熔盐进行电解提取和产品纯化，获得锕系合金产品。

6、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s1具体为：

7、s11、上料：将乏燃料短段倒入电解精炼设备的阳极篮内，将所述阳极篮和阴极安装到所述电解精炼设备的反应罐内，将预制熔盐送至所述反应罐内；

8、s12、电解精炼：对所述电解精炼设备反应罐内的乏燃料短段执行电解精炼工艺，金属铀在阴极不断沉积，形成铀枝晶；

9、s13、铀产品纯化和熔锭：使用铀产品纯化设备对铀枝晶进行纯化，得到除盐后的金属铀粉末；使用铀金属熔锭设备对金属铀粉末进行高温熔锭，冷却后得到铀金属产品。

10、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s2具体为：

11、s21、上料：将阳极和液态阴极安装到电解提取设备的反应罐内，将铀电解精炼后的熔盐送至所述电解提取设备的反应罐内；

12、s22、电解提取：对所述电解提取设备反应罐内的熔盐执行电解提取工艺，锕系合金在阴极坩埚内沉积，形成锕系-镉合金产品；

13、s23、超铀产品纯化和熔锭：使用超铀产品纯化设备对锕系-镉合金产品进行纯化，得到超铀产品，所述超铀产品经熔锭冷却后得到锕系合金产品。

14、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s11中所述阳极篮的材质为不锈钢，阴极材质为不锈钢；所述预制熔盐的熔盐体系为licl-kcl共晶盐。

15、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s12中在所述电解精炼设备内或外，通过刮刀将铀枝晶从阴极刮落至铀枝晶收集坩埚。

16、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s12中电解精炼的反应温度为400-600℃。

17、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s13中所述铀产品纯化设备的工作温度为500-1000℃，工作压力为10-105pa；所述铀金属熔锭设备的工作温度为1200-1500℃。

18、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s21中所述电解提取设备的阳极材质为碳基材料或贵金属，阴极材质为液态镉。

19、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s22中电解提取的反应温度为400-600℃；步骤s23中所述超铀产品纯化设备的工作温度为500-1000℃，工作压力为10-105pa。

20、进一步，如上所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，步骤s23中通过所述超铀产品纯化设备升温实现超铀产品的熔锭，或单独设置超铀产品熔锭设备实现超铀产品的熔锭。

21、与现有技术相比，本发明提供的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，具有以下有益效果：

22、本发明采用高温液态熔盐电解技术对反应堆辐照后的金属乏燃料进行锕系分离，从而获得铀金属及锕系合金两种产品，使得深燃耗、强放射性的金属乏燃料实现了短期内处理，回堆复用。

23、本发明提供的干法分离纯化工艺采用无机非水试剂，不存在试剂辐解问题；不引入水作为慢化剂，降低了临界安全风险；不产生难以处理的高放废液，对环境更加友好，是一种更适合金属乏燃料分离纯化的工艺。总之，该工艺流程短、临界风险低，可有效降低投资成本。

技术特征：

1.一种适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s1具体为：

3.根据权利要求2所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s2具体为：

4.根据权利要求2所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s11中所述阳极篮的材质为不锈钢，阴极材质为不锈钢；所述预制熔盐的熔盐体系为licl-kcl共晶盐。

5.根据权利要求4所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s12中在所述电解精炼设备内或外，通过刮刀将铀枝晶从阴极刮落至铀枝晶收集坩埚。

6.根据权利要求5所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s12中电解精炼的反应温度为400-600℃。

7.根据权利要求2-6任一项所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s13中所述铀产品纯化设备的工作温度为500-1000℃，工作压力为10-105pa；所述铀金属熔锭设备的工作温度为1200-1500℃。

8.根据权利要求3所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s21中所述电解提取设备的阳极材质为碳基材料或贵金属，阴极材质为液态镉。

9.根据权利要求8所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s22中电解提取的反应温度为400-600℃；步骤s23中所述超铀产品纯化设备的工作温度为500-1000℃，工作压力为10-105pa。

10.根据权利要求8或9所述的适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，其特征在于，步骤s23中通过所述超铀产品纯化设备升温实现超铀产品的熔锭，或单独设置超铀产品熔锭设备实现超铀产品的熔锭。

技术总结本发明公开了一种适用于金属乏燃料的干法分离纯化工艺，涉及乏燃料分离纯化技术领域，该方法包括以下步骤：S1、对乏燃料短段进行电解精炼和产品纯化，获得铀金属产品；S2、对步骤S1中经电解精炼后的熔盐进行电解提取和产品纯化，获得锕系合金产品。本发明所提供的工艺能够对反应堆辐照后的金属乏燃料进行妥善处理，使得深燃耗、强放射性的金属乏燃料实现短期内处理，回堆复用。技术研发人员：林如山,张磊,陈志华,张金宇,唐洪彬,叶国安受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/11