首端過程指將乏燃料製備成可供溶劑萃取分離用的合格進料液的全過程。處理輕水堆乏燃料採用的是機械與化學方法相結合的工藝過程。
基本介紹
- 中文名：首端過程
首端過程 指乏燃料後處理工在鈾杯和裂變產物進行分離前要進行的過程，包括燃料組件的卸料解體、去殼、切割，燃料芯體的溶解、蒸煮、過濾或離心和調料等預處理。肖端處理的另一個作用是避免燃料體以外的物質進入分離工藝，從溶解液中去除固體物質和某此裂變產物，提高分離流程的處理效果。
首端過程具體包含有三個過程：機械剪下、化學溶解、料液預處理
1.機械剪下
由於輕水型動力堆燃料元件的包殼和組件的格架材料使用鋯合金或不鏽鋼製作，常用的化學試劑難以將其溶解，除非採用加入氟離子的強腐蝕性試劑或引入電解質的手段。而且若將其與燃料芯體一起溶解，它們會進入溶劑萃取過程的高廢液中使含鹽量大大增加，從而減少隨後的蒸發濃縮倍數。因此，自20世紀70年代中期起，已全部採用機械剪下法，即將整個燃料組件集束剪下成5cm左右長的元件小段，已暴露出兩端的燃料芯體。剪斷的元件段經溜槽和分配器落入溶解器的吊籃之中。
機械剪下系統集束十分複雜，造價昂貴，須布置在大型禁止熱室中，採用遠距離操作和維修方式，還要解決剪下粉末回收、防止鋯屑自燃及氣溶膠處理等問題。
2.化學溶解
往溶解器中加入硝酸，通過吊籃上的空隙與裡面的元件芯體接觸。在稍低於沸點的溫度下，硝酸與二氧化鈾芯體發生化學反應使其溶解（此過程稱為“浸取”），而對元件包殼不起作用。溶解結束後提出吊籃，經稀酸漂洗後用專門儀器檢測其中的殘餘燃料量。若損失率小於0.1%，則將包殼作為廢物處理，否則返回在溶解。
對於鋁合金做包殼的生產堆天然鈾金屬燃料，先用氫氧化鈉溶液去包殼，用水漂洗後再用硝酸溶解芯體；而對以鋁（或鎂）合金作包殼、以鋁（或鎂）與富集鈾金屬彌散體為芯體的研究試驗堆輻照燃料，則也可用硝酸一次性予以溶解。
溶解過程可分批或（半）連續地在帶夾套（內通加熱蒸汽或冷卻水）和霧化蒸汽冷凝器的溶解器中進行。無核臨界限制的溶解器常為鍋式；而需考慮臨界安全的溶解器為幾何安全或幾何良好的的圓柱狀，對於形狀和尺寸均有一定限制。
3.料液預處理
溶解產品液預先須作一番處理才可送後續工序。首先經過過濾（以玻璃棉或燒結不鏽鋼粉末體為濾材）或離心的作用（用高速離心沉降機）使料液澄清，以除去其中極細微的不溶性顆粒（主要是剪下過程產生的包殼粉和未完全溶解及化學上極難溶解的組分）。澄清所得料液還要加入若干化學試劑來調節鈾濃度、酸度鎿、鈽的化學價態。在溶解以後，鈾自然處於最易被萃取的Ⅵ價（UO22+）；而鈽必須靠NaNO2才能幾乎全部穩定在易被萃取的Ⅳ價（Pu4+）。有時為改善裂變產物（如釕）的去污，也可用化學試劑加以處理。最終，在此製備成合格的溶劑萃取料液。
