Исследование осаждения фосфатов редкоземельных элементов (компонентов облученного ядерного топлива) из расплавов на основе эвтектической смеси NaCl-2CsCl

Abstract

Пирохимическая переработка облученного ядерного топлива из высокотемпературных расплавов на основе щелочных металлов является одной из возможных альтернатив экстракционной технологии. Пирохимический процесс включает растворение ядерного топлива в солевой ванне (электрохимическими или химическими способами), очистка и экстракция урана и плутония (в виде металлов или диоксидов) а также очистка расплавленной соли для последующего повторного использования в технологическом цикле. Редкоземельные элементы (РЗЭ) составляют важную группу продуктов деления, которые остаются в солевой фазе после извлечения урана и плутония. РЗЭ, должны быть удалены из расплава, прежде чем расплав использован повторно. Осадки элементов продуктов деления в виде фосфатов является привлекательным решением. Большинство неорганических фосфатов нерастворимы в хлоридах, и таким образом, эти осадки могут быть легко отделены от расплавов. Разделение отходов в виде фосфатов также очень удобно для последующего стеклования, так как они образуют стабильные невыщелачиваемые стекла, и фосфаты сами по себе очень устойчивы в средах с высокой радиоактивностью. Оптимизация процедуры осаждения фосфатов требует детального знания реакций. Осаждение фосфатов f-элементов из расплавленных солей изучено для NaCl-2CsCl. В зависимости от условий эксперимента (состав расплава, температура, природа фосфата) реакции приводили к образованию моно (LnPO4) или двойных [M3Ln2 (PO4)3, M3Ln (PO4)2] фосфатов.

Pyrochemical reprocessing of spent nuclear fuels in high-temperature alkali chloride-based melts is one of the possible alternatives to the current solvent extraction technology. A typical pyrochemical process involves the dissolution of spent fuel in a molten salt bath (by electrochemical or chemical means), the purification and extraction of uranium and plutonium (as metals or dioxides) and the purification of the solvent salt before subsequent reuse in the further technological cycle. Rare earth elements (REEs) constitute an important group of fission products that remain in the salt melt after uranium and plutonium are extracted. The REE need to be removed from the melt before it can be reused. Precipitation of fission product elements as phosphates offers an attractive solution. Most of the inorganic phosphates are insoluble in chloride melts and thus these precipitates can easily be separated from liquid melts. Separating wastes in phosphate form is also very con- venient for future vitrification, since they form stable non-leachable glasses, and phosphates themselves are very stable in highly radioactive environments. Optimising the procedures of phosphate precipitation requires a detailed knowledge of the reactions involved. Precipitation of f-element phosphates from molten salts was studied for NaCl-2CsCl-based melts. Depending on the experimental conditions (melt composition, temperature, nature of the phosphate precursor) the reactions resulted in the formation of single (LnPO4) or double [M3Ln2 (PO4)3, M3Ln (PO4)2] phosphates.