超临界流体萃取技术
由于化石燃料的有限性及给环境带来的严重污染，人们的目光投向了清洁且能量巨大的核能。在短短几十年里，核能的迅速发展为我们的生活翻开了新的一页。即使核能具有无污染、能量高的特点，其仍旧是一把双刃剑。核废料的放射性，让人们谈“核”色变，如何更好的处理乏燃料是核电发展的关键问题。同时紧靠有限的天然有资源不能保证核电的可持续发展，所以实现乏燃料的循环也是时代所需。
一、研究背景
乏燃料为在反应堆内经过中子轰击发生核反应，经一定时间从堆内卸出的核燃料，它含有大量未用完的可增殖材料238U或232Th，未烧完的和新生成的易裂变材料239Pu、235U或233U以及核燃料在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素。目前全世界运行的440多个核电反应堆每年卸出约1万吨乏燃料，乏燃料的累计量已达到15万吨，因此对乏燃料的正确管理与合理处理具有很重要的意义。
目前商用的乏燃料后处理流程是Purex流程，该流程首先将乏燃料溶解在硝酸溶液中，然后用TBP煤油体系从溶液中萃取分离铀和钚，裂变产物留在废液中，从而可以大量处理废液。但是此种方法的放射性废液处理技术难度大，成本高。即使废物得到处置后也存在潜在的环境污染问题，此外，萃取过程中还存在有机溶剂辐照降解、界面污染、核临界安全等问题。所以Purex并不能满足乏燃料的处理要求。
近年来,由于超临界流体萃取技术可以简化流程、大幅度减少二次废液的产生，显示出良好的应用背景。因此近年来使用超临界流体萃取技术进行乏燃料后处理备受关注，成为一个十分具有前景的研究方向。
二、超临界流体萃取
超临界流体萃取是利用超临界流体或含夹带剂的超临界流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取特定组分以达到分离目标产物的一种新型分离技术。早在1998年，就有基于超临界流体萃取的后处理技术流程SF-PUREX，其与PUREX流
取代了PUREX中使用的有机溶剂，具有速度快，萃取程相似，主要是用SC-CO
2
时间短的优点，但是由于仍然要先将乏燃料用硝酸溶液溶解，使得并不能很好的应用到工业。
目前取得效果较好的为日本提出的Supper-DIREX后处理流程，采用的是含
TBP-HNO
3络合剂的SC-CO
2
进行萃取。经过认证后，Supper-DIREX流程用于后处
理是具有可行性的，且比传统的方法更具有经济竞争力，其对U的萃取率可以达到80%-90%。
1、原理
超临界流体是指温度和压力同时高于其临界温度和压力时的物质，不同于气体和液体，具有许多独特的物理性质。如，具有较好的流动、传质、传热和溶解性能，并可通过对温度、压力和调节方便地控制溶质在超临界流体中的溶解和析出。
超临界流体一般是非极性物质，例如，CO2。若直接进行萃取金属离子型化合物，效率十分低，所以在其中加入可与金属离子形成络合物的络合剂，例如络合剂CO2(SC-CO2),可形成SC-CO2金属络合物，就可以实现超临界流体对金属离子的有效萃取。
2、技术流程
(1)乏燃料元件经剪切后，燃料芯块经氧化后制成粉末，使UO
2转变为U
3
O
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，
同时去除裂变气体；
(2)将包壳与燃料粉末分离，只将粉末装入萃取柱；
(3)用含TBP-HNO
3的SC-CO
2
直接萃取粉末中的铀和钚，温度控制在40~60℃，
压力为10~20MPa。裂变产物不被萃取，作为固态高放废物直接进行玻璃固化；
(4)萃取后得到的含铀钚有机相在反萃柱中反萃，得到U,PU的硝酸溶液
(5)该溶液经浓缩、结晶和脱硝过程分别制得U产品和U、PU产品，送元件制
造厂制造快堆燃料。
3、Supper-DIREX流程与传统Purex对比
(1)Purex流程中的酸溶解、澄清净化、调价和萃取过程在S中只需1个“直接
萃取”（含TBP-HNO
3的SC-CO
2
直接萃取粉末中的铀和钚）过程就可以实现，这
样大幅度降低了二次废物的体积。
(2)由于裂变产物元素基本不被萃取、一固体形式与U和Pu分离，直接进行玻璃固化，这样减少高放废液贮罐和浓缩设备；
(3)用惰性CO2气体代替煤油，排除了起火和爆炸的潜在危险
(4)此流程建立在低去污燃料循环基础上，有利于防止核扩散
总的来说，因为此种方法不需要酸溶解UO2，所以对于乏燃料后处理和核废物处理具有重要的意义。
三、结束语
我国自上世纪60年代就开始建设后处理厂，但是由于我国在后处理工艺设备、自动控制以及维修等方面与国际先进水平相差甚远，使得我国的后处理发展缓慢。我国虽然也进行了关于超临界流体萃取技术相关方面的基础研究，但人才与资源的匮乏是发展的绊脚石。所以作为核技术专业的学生，我们任重而道远！
近年超临界流体在乏燃料后处理研究中成为了热点，但是由于起步比较晚，尚处于小型实验研究阶段，但也有不少国家都取得了可喜的进展，例如INET正在开展将电化学法解体石墨与超临界流体萃取结合用于高温气冷堆乏燃料的研究，技术可行性得到初步验证。乏燃料的后处理得到了各个核能大国的广泛关注，也投入了大量的资金，相信不久的将来，核燃料也会找到其最好的“归宿”。
