[科普中国]-首端过程

首端过程指将乏燃料制备成可供溶剂萃取分离用的合格进料液的全过程。处理轻水堆乏燃料采用的是机械与化学方法相结合的工艺过程。

首端过程 指乏燃料后处理工在铀杯和裂变产物进行分离前要进行的过程，包括燃料组件的卸料解体、去壳、切割，燃料芯体的溶解、蒸煮、过滤或离心和调料等预处理。肖端处理的另一个作用是避免燃料体以外的物质进入分离工艺，从溶解液中去除固体物质和某此裂变产物，提高分离流程的处理效果。1

首端过程具体包含有三个过程：机械剪切、化学溶解、料液预处理

1.机械剪切

由于轻水型动力堆燃料元件的包壳和组件的格架材料使用锆合金或不锈钢制作，常用的化学试剂难以将其溶解，除非采用加入氟离子的强腐蚀性试剂或引入电解质的手段。而且若将其与燃料芯体一起溶解，它们会进入溶剂萃取过程的高废液中使含盐量大大增加，从而减少随后的蒸发浓缩倍数。因此，自20世纪70年代中期起，已全部采用机械剪切法，即将整个燃料组件集束剪切成5cm左右长的元件小段，已暴露出两端的燃料芯体。剪断的元件段经溜槽和分配器落入溶解器的吊篮之中。

机械剪切系统集束十分复杂，造价昂贵，须布置在大型屏蔽热室中，采用远距离操作和维修方式，还要解决剪切粉末回收、防止锆屑自燃及气溶胶处理等问题。

2.化学溶解

往溶解器中加入硝酸，通过吊篮上的空隙与里面的元件芯体接触。在稍低于沸点的温度下，硝酸与二氧化铀芯体发生化学反应使其溶解（此过程称为“浸取”），而对元件包壳不起作用。溶解结束后提出吊篮，经稀酸漂洗后用专门仪器检测其中的残余燃料量。若损失率小于0.1%，则将包壳作为废物处理，否则返回在溶解。

对于铝合金做包壳的生产堆天然铀金属燃料，先用氢氧化钠溶液去包壳，用水漂洗后再用硝酸溶解芯体；而对以铝（或镁）合金作包壳、以铝（或镁）与富集铀金属弥散体为芯体的研究试验堆辐照燃料，则也可用硝酸一次性予以溶解。

溶解过程可分批或（半）连续地在带夹套（内通加热蒸汽或冷却水）和雾化蒸汽冷凝器的溶解器中进行。无核临界限制的溶解器常为锅式；而需考虑临界安全的溶解器为几何安全或几何良好的的圆柱状，对于形状和尺寸均有一定限制。

3.料液预处理

溶解产品液预先须作一番处理才可送后续工序。首先经过过滤（以玻璃棉或烧结不锈钢粉末体为滤材）或离心的作用（用高速离心沉降机）使料液澄清，以除去其中极细微的不溶性颗粒（主要是剪切过程产生的包壳粉和未完全溶解及化学上极难溶解的组分）。澄清所得料液还要加入若干化学试剂来调节铀浓度、酸度镎、钚的化学价态。在溶解以后，铀自然处于最易被萃取的Ⅵ价（UO22+）；而钚必须靠NaNO2才能几乎全部稳定在易被萃取的Ⅳ价（Pu4+）。有时为改善裂变产物（如钌）的去污，也可用化学试剂加以处理。最终，在此制备成合格的溶剂萃取料液。2

本词条内容贡献者为:

宋培峰 - 高级工程师 - 环境保护部核与辐射安全中心