[科普中国]-普雷克斯过程

简介

普雷克斯过程（Purex Process），是核燃料水法后处理流程之一，是用磷酸三丁酯萃取法从辐照核燃料中回收铀、钚的一种化工过程。 Purex一词为plutonium uranium recovery by extraction(另一说为plutonium uranium reduction extraction)的缩写。

20世纪50年代中期，该流程首先被用来处理生产堆辐照核燃料，从中提取核武器用的钚并回收铀。后被用来处理电站用轻水堆的辐照核燃料，从中回收、纯化铀和钚。普雷克斯流程是现今最有效、最成功的核燃料后处理流程。研究试验还证明，它还是发展中的新型电站用堆──快中子增殖堆──的辐照核燃料适用的后处理流程。1

原理磷酸三丁酯 (TBP)对铀、钚和裂变产物的萃取能力的差别是普雷克斯流程的化学分离基础。由于TBP对铀和钚(Pu4+)具有比对裂变产物（重要的有十余种）更大的萃取能力,通过多级萃取可使铀、钚和裂变产物相分离。又由于TBP对三价钚(Pu3+)萃取能力很小，利用这一性质可以分离铀、钚。在普雷克斯流程中，含有还原剂(如氨基磺酸亚铁)的水溶液与萃取有铀、钚的TBP接触，钚还原成三价转入水溶液，与留在TBP中的铀分离。

TBP具有良好的化学稳定性，闪点高，挥发性小,与水仅稍微混溶，在很强的辐照场下发生部分分解，分解产物磷酸二丁酯和磷酸一丁酯可用碱溶液洗除，因此它容易再生使用，适用于核燃料后处理。但 TBP的密度与水相近，粘度较大，需要加入稀释剂以降低密度和粘度。含有12～14个碳的饱和烃可以用作稀释剂，最佳的稀释剂是正十二烷，实用的是含烯烃和芳烃少的高级煤油。1

普雷克斯流程编辑

(1)去壳和溶解：早期采用化学去壳法，即用适当的化学试剂硫酸和氟化物分别将不同包壳材料 (不锈钢和锫合金)溶解。这种方法带来容器腐蚀，大量放射性废液及铀、钚损失等问题。因此，对动力堆乏燃料普遍采用切断浸取法去壳。溶解过程需采用适当方法以确保临界安全。

(2)共去污萃取：由萃取段和洗涤段组成，在萃取段中，铀和钚经30%(体积)TBP-正烷烃稀释剂多级逆流萃取进入有机相; 裂变产物基本上仍留在水相萃余液中;镅、锔也进入萃余液中，镎则在两相之间进行分配。在洗涤段，用约3 mol/L的硝酸洗涤来自萃取段的有机相，在除去其中夹带的裂变产物后，再返回萃取段。萃取段通常在室温下操作，萃取设备的物料滞留量要少，以减少溶剂辐照降解。提高洗涤段的温度有利于除钌。

(3)铀、钚分离：TBP对不同价态的钚有不同的萃取能力，三价钚的分配系数比四价钚的低得多。硝酸浓度低时，三价钚的分配系数更低。采用适当的还原方法，将载有铀、钚的有机相中的钚还原成三价而铀仍保持六价，即可将钚还原反萃而与铀分离。还原剂可用亚铁离子、四价铀、硝酸羟胺。

(4)铀的纯化：铀、钚分离后，铀用稀酸反萃，再经1～2个TBP萃取循环纯化。

(5)钚的纯化：铀、钚分离后的钚仍含有一定量的铀、镎和裂变产物，再经过两个萃取循环纯化。反萃时，可用稀酸(0.35 mol/L硝酸)选择性反萃取钚，也可用还原反萃。还可采用阴离子交换作为钚的尾端净化步骤。

(6)溶剂再生返回使用：处理过大量裂变产物和钚的溶剂必须除去其中所含的裂变产物和降解(辐照降解和化学降解)产物，回收所含铀和钚。常用的溶剂处理方法是洗涤法，以酸、碱交替洗涤为主，近年来在研究新的溶剂再生方法。

(7)废水处理：后处理过程产生大量多种废水，放射性废水按其比活度大小分为高放、中放和低放废水，并可根据含盐量、含酸量进行分类。高放废水多采用蒸浓储存以待进一步处理。低放废水可采用凝聚沉淀法、离子交换法处理。还可用电渗析法、反渗透法处理。对于放射性水平低于露天水源中最大允许浓度的废水，可经稀释直接排入江河、海洋。1

优点它的优点主要表现在以下几方面：

1) 废液量少，废液中作为盐析剂的硝酸，可以通过蒸发去除或回收。

2) 磷酸三丁酯与其它萃取剂相比，挥发性小而闪点高，使操作更加安全可靠。

3) 磷酸三丁酯抗硝酸浸蚀的能力强。

4) 生产运行费低。

由于普雷克斯过程具有上述优点，使它很快在世界各核国家中得到应用和发 展。它不仅可以用于低燃耗、低比活度的生产堆乏燃料后处理，而且改进后也完全适用于处理高燃耗、高比活度的动力堆和快堆乏燃料。

从20世纪60年代以来，所有新建的或改建的后处理厂基本上均采用此种流程或者是它的变体流程。2