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Processo PUREX

1950
  • Herbert H. Anderson
  • Larned B. Asprey
Instalação de reprocessamento nuclear que utiliza o processo PUREX para extração de urânio e plutônio.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

PUREX, an acronym for Plutonium and Uranium Recovery by Extraction, is the primary industrial método for reprocessing spent nuclear fuel. It employs liquid-liquid extraction (LLE) to separate uranium and plutonium from highly radioactive fission products. The process uses a 30% solution of tributyl phosphate (TBP) in a hydrocarbon diluent to selectively extract U(VI) and Pu(IV) from a nitric acid feed.

O processo PUREX, desenvolvido no final da década de 1940 como parte do programa nuclear dos EUA, tornou-se o padrão global para o reprocessamento nuclear. Seu sucesso reside na alta seletividade do extrator, fosfato de tributila (TBP), para urânio e plutônio em estados de oxidação específicos. O processo começa com a dissolução de barras de combustível irradiado em ácido nítrico quente. Na primeira etapa de extração, a solução aquosa de ácido nítrico contendo urânio, plutônio e produtos de fissão é colocada em contato com o solvente TBP/querosene. O TBP forma complexos estáveis ​​com urânio hexavalente (como UO₂(NO₃)₂(TBP)₂) e plutônio tetravalente (como Pu(NO₃)₄(TBP)₂), extraindo-os para a fase orgânica, enquanto a maioria dos produtos de fissão, tipicamente nos estados de oxidação +1, +2 ou +3, permanece no refinado aquoso.

A separação do urânio e do plutônio é então realizada em uma etapa subsequente. Um agente redutor, como sulfamato ferroso ou nitrato de hidroxilamina, é adicionado para reduzir seletivamente o plutônio de Pu(IV) para o estado Pu(III), que não pode ser extraído. Isso permite que o plutônio seja "extraído" de volta para uma nova fase aquosa, enquanto o urânio permanece na fase orgânica. Finalmente, o urânio é extraído do solvente orgânico usando uma solução diluída de ácido nítrico. O processo é altamente eficiente, mas gera volumes significativos de resíduos radioativos líquidos e apresenta riscos de proliferação devido à separação do plutônio puro. Variantes avançadas do processo PUREX estão sendo desenvolvidas para coextrair plutônio com outros actinídeos, a fim de criar um produto mais resistente à proliferação.

UNESCO Nomenclature: 2209
Física nuclear e de altas energias

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • descoberta da fissão nuclear e dos elementos transurânicos
  • a necessidade do projeto Manhattan de separação do plutônio (por exemplo, o processo anterior de fosfato de bismuto)
  • Desenvolvimento do fosfato de tributilo (TBP) como plastificante e solvente
  • avanços na tecnologia de manipulação remota de materiais altamente radioativos
  • desenvolvimento de misturador-decantador e contatores de coluna pulsados

Aplicações

  • Recuperação de materiais físseis (urânio-235, plutônio-239) para reutilização em reatores nucleares.
  • produção de plutônio separado para armas nucleares
  • fabricação de combustível de óxido misto (MOX)
  • Reduzir o volume e a radiotoxicidade a longo prazo dos resíduos nucleares de alta atividade.
  • Isolamento de isótopos específicos para uso médico ou industrial.

Patentes:

  • US2924506A

Ideias de Inovação Potencial

  • advanced PUREX variants (e.g., UREX+) that co-extract minor actinides with plutonium to reduce proliferation risk
  • development of ionic liquids as alternative solvents to reduce volatile organic waste
  • centrifugal contactors to reduce solvent degradation from radiation exposure by minimizing contact time
  • electrochemical methods for oxidation state control to replace chemical reagents
  • advanced sensors for real-time monitoring of uranium and plutonium concentrations
  • pyroprocessing as a non-aqueous alternative to PUREX
  • partitioning and transmutation strategies that use PUREX-derived products to destroy long-lived radioactive waste
  • microfluídica PUREX systems for research and analytical purposes
  • development of selective stripping agents for separating minor actinides from lanthanides
  • integrating PUREX with vitrification processes for more efficient waste management
Relacionado a: PUREX, reprocessamento nuclear, combustível nuclear irradiado, plutônio, urânio, fosfato de tributila, TBP, extração por solvente, química nuclear, resíduos radioativos.

Contexto histórico

Processo PUREX

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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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