Chưng cất chân không tăng cường hiệu quả tái chế dung môi nhiên liệu hạt nhân

Trong quá trình tái chế nhiên liệu hạt nhân, dung môi hoạt động như những "chất làm sạch" không mệt mỏi, làm việc ngày này qua ngày khác để chiết xuất uranium và plutonium có giá trị từ nhiên liệu đã qua sử dụng. Tuy nhiên, những "cỗ máy làm việc" phân tử này dần dần bị suy thoái khi tiếp xúc lâu dài với bức xạ mạnh và hóa chất ăn mòn, làm giảm hiệu quả và có khả năng tạo ra các sản phẩm phụ độc hại, gây ảnh hưởng đến cả an toàn và hiệu quả xử lý.

Giải pháp nằm ở công nghệ tái tạo dung môi. Tại các cơ sở tái chế hạt nhân, hệ thống dung môi hydrocarbon-tributyl phosphate (TBP) đóng một vai trò quan trọng. Theo thời gian, sự tương tác giữa axit nitric, axit nitrous và hydrocarbon dưới bức xạ tạo ra các sản phẩm suy thoái khác nhau, làm giảm hiệu suất chiết xuất và độ ổn định của quá trình. Việc phát triển các phương pháp tái tạo hiệu quả để loại bỏ các chất gây ô nhiễm này đã trở nên cần thiết để duy trì độ tin cậy trong vận hành.

Trong khi các phương pháp truyền thống như rửa hóa học và hấp phụ có những hạn chế về hiệu quả và tạo ra chất thải, chưng cất chân không đã nổi lên như một kỹ thuật tách vật lý đầy hứa hẹn. Phương pháp này mang lại sự đơn giản trong vận hành, hiệu quả tách cao và lợi ích về môi trường bằng cách tránh chất thải thứ cấp.

Công nghệ này tận dụng sự khác biệt về điểm sôi dưới áp suất giảm, cho phép tách ở nhiệt độ thấp hơn, ngăn chặn sự phân hủy TBP trong khi loại bỏ hiệu quả các tạp chất. Tuy nhiên, tính không ổn định nhiệt của TBP và nồng độ cực thấp của các chất gây ô nhiễm đa dạng đặt ra những thách thức kỹ thuật đáng kể, đòi hỏi các hệ thống được kiểm soát chính xác.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Phát triển Tái chế của Trung tâm Nghiên cứu Nguyên tử Indira Gandhi đã phát triển và xác nhận một hệ thống tinh chế dung môi quy mô thí điểm dựa trên chưng cất chân không. Giải pháp tích hợp này kết hợp nhiều đơn vị tách lỏng-khí thành một quy trình tái tạo toàn diện:

• Cột khử nước:Ban đầu loại bỏ hàm lượng nước có thể ảnh hưởng đến hiệu quả chiết xuất và gây ăn mòn thiết bị thông qua các nguyên tắc chưng cất.
• Thiết bị bay hơi màng mỏng khuấy:Tạo ra một màng mỏng được làm nóng để bay hơi dung môi nhanh chóng trong khi ngăn chặn sự phân hủy nhiệt, với hơi được dẫn đến cột chưng cất chân không.
• Cột chưng cất chân không:Cốt lõi của hệ thống, nơi nhiều tiếp xúc hơi-lỏng dưới chân không tách TBP tinh khiết (thu được ở trên cùng) khỏi các sản phẩm suy thoái (giữ lại ở đáy).

Thử nghiệm với các dung môi bị suy thoái mô phỏng đã đánh giá các tính chất vật lý (tỷ trọng, độ nhớt) và hiệu suất chiết xuất (tỷ lệ thu hồi uranium/plutonium), cung cấp dữ liệu quan trọng để tối ưu hóa quy trình.

• Vận hành chân không làm giảm điểm sôi để bảo toàn tính toàn vẹn của TBP
• Tách đa giai đoạn tích hợp để tinh chế toàn diện
• Kiểm soát chính xác các thông số nhiệt độ, áp suất và lưu lượng

Bước đột phá này cung cấp cho các cơ sở hạt nhân một phương pháp hiệu quả để kéo dài tuổi thọ dung môi, giảm chi phí, giảm thiểu chất thải và tăng cường an toàn vận hành. Công nghệ này cũng cho thấy tiềm năng thích ứng trong các ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm để ứng dụng thu hồi dung môi.

• Tối ưu hóa hơn nữa các thông số vận hành
• Phát triển các vật liệu tách tiên tiến
• Triển khai các hệ thống điều khiển tự động

Khi công nghệ chưng cất chân không tiếp tục phát triển, nó hứa hẹn sẽ hồi sinh những "chất làm sạch" phân tử này, hỗ trợ các hoạt động tái chế nhiên liệu hạt nhân bền vững hơn trên toàn thế giới.