專利名稱：從生產(chǎn)堆濃縮高放廢液中分離錒系元素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應(yīng)堆乏燃料后處理產(chǎn)生的高放射性廢液的處理方法，從高放廢液中分離錒元素的研究是核能安全利用和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的前沿課題，核燃料裂變時(shí)，除了生成裂變產(chǎn)物外，由于鈾核俘獲中子生成镎、钚、镅、鋦等核素進(jìn)入高放廢液，短壽命的裂變產(chǎn)物存放300-500年后對(duì)人類已無害，而含有長(zhǎng)壽命α放射性的鈾后元素存放106年還是有害的，必須與生物圈隔離。如能把高放廢液中的錒系元素比較簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)地分離出來，送回反應(yīng)堆中嬗變成短壽命的裂變產(chǎn)物，核然料循環(huán)的安全性和經(jīng)濟(jì)性均可提高，這對(duì)推動(dòng)核能事業(yè)的發(fā)展有重要作用。
中國專利CN85105352.1已對(duì)從放射性廢液中分離錒系元素的方法進(jìn)行了說明，但該專利只能處理低含鹽量放射性廢液。我國生產(chǎn)堆高放廢液濃縮倍數(shù)大，為通常高放廢液的20-50倍，采用CN85105352.1專利提取錒系元素就會(huì)產(chǎn)生第二有機(jī)相，使連續(xù)逆流萃取無法進(jìn)行。
為了消除第二有機(jī)相的產(chǎn)生，可采用下列辦法第一種將濃縮的高放廢液稀釋，使其含鹽濃度降低，再用CN85105352.1專利中三烷基氧化膦(TRPO)萃取體系進(jìn)行逆流萃取，這樣可以消除第二有機(jī)相，但至少要稀釋3-5倍，使二次廢液量大為增加，萃取劑和反萃劑用量相應(yīng)也要增加，從環(huán)保角度看，這一方案不合理。第二種方法加入其它溶劑如正辛醇，異辛醇等到三烷基氧化膦萃取體系中，這樣，在萃取高放廢液中的錒系元素時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)第二有機(jī)相。但在此工藝流程中，镅的萃取分配比很小，影響镅的提取率。
針對(duì)上述矛盾，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合萃取體系即磷酸三丁酯(TBP)-三烷基氧化膦(TRPO)-煤油萃取體系，對(duì)濃縮高放射性廢液中的錒系元素進(jìn)行分離的工藝方法，該方法不但避免萃取過程中出現(xiàn)第二有機(jī)相，而且保證了镅及其它錒元素的提取率。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于選用復(fù)合萃取體系即磷酸三丁酯(TBP)-三烷基氧化膦(TRPO)-煤油對(duì)濃縮高廢液中的錒系無素進(jìn)行多級(jí)逆流萃取、洗滌，將廢液中的錒系元素镅、稀土、镎、钚、鈾萃取到有機(jī)相，將負(fù)載有機(jī)相依次用硝酸溶液、草酸溶液、碳酸鈉溶液進(jìn)行反萃取，反萃后的有機(jī)相經(jīng)再生后循環(huán)使用。
本發(fā)明處理高放廢液總蒸殘物濃度為200-400克/升其中 含鋁約 0.6克分子/升-0.9克分子/升鐵為 0.2-0.4克分子/升鈉為 0.2-0.3克分子/升鎳為 0.1-0.2克分子/升鍶、銫、鈾為微量、镎、钚、镅為示蹤量。
萃取過程中流比有機(jī)相/水相為1/3-3/1;萃取溫度20℃-30℃;萃取體系中磷酸三丁酯濃度為15-25%(體積百分?jǐn)?shù))，三烷基氧化磷濃度為25-35%(體積百分?jǐn)?shù));萃取段萃取級(jí)數(shù)為11-15級(jí)，洗滌級(jí)數(shù)為4-8級(jí)。萃取設(shè)備可選用混合澄清槽、離心萃取器或萃取柱。三烷基氧化膦的分子式為R3PO，其中R為6-8個(gè)碳原子的烷基，在常溫下為液體，可與飽合烴類稀釋劑(例如煤油)互溶，而磷酸三丁酯則是核化工業(yè)中常用的萃取劑，具有很高的輻照穩(wěn)定性，又能與飽合烴類稀釋劑互溶，這樣磷酸三丁酯-三烷基氧化膦-煤油體系是一個(gè)均勻的有機(jī)溶液。磷酸三丁酯萃取一部分常量元素例如鐵等，減輕了三烷基氧化膦的萃取負(fù)載和提高了對(duì)錒系元素萃取的能力，而且又可以消除第二有機(jī)相的產(chǎn)生。本發(fā)明選擇了合理的萃取級(jí)數(shù)和洗滌級(jí)數(shù)，從而濃縮高放射性廢液經(jīng)萃取使得錒系元素及稀土元素進(jìn)入有機(jī)相，含裂變產(chǎn)物及常量組分鐵、鈉等的水溶液成為不含α放射性的溶液，有機(jī)相經(jīng)反萃后再復(fù)用。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)消除了在萃取過程中出現(xiàn)的第二有機(jī)相，保證了萃取體系對(duì)濃縮高放廢液中錒系元素萃取工藝過程順利實(shí)現(xiàn)。(2)避免了稀釋法產(chǎn)生大量二次廢液和使用大量萃取劑和反萃取劑。(3)選用的萃取體系易純化，價(jià)格便宜，具有很好的耐輻照性能。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述圖1為本發(fā)明的工藝流程圖濃縮高放廢液(F)從1段后半部加入與從第1級(jí)加入的萃取體系(0)進(jìn)行逆流萃取，所需提取的镅等錒系元素均進(jìn)入有機(jī)相，同時(shí)也萃取了部分不需提取的核素，因此，從1段末級(jí)需加入洗滌劑(S1)，洗去不需萃取的部分，經(jīng)萃取后的水溶液(W)從1段第一級(jí)排出。
含錒系元素的有機(jī)萃取體系進(jìn)入2段，為了從萃取劑中反萃取镅與稀土元素，從2段后半部加入反萃取劑(S2)，含镅及稀土的水溶液(P1)從2段第一級(jí)收集。從2段末級(jí)加入洗滌劑(S3)，洗去萃取體系(0)中所含部分酸，為下一步反萃取钚和镎作準(zhǔn)備。負(fù)載的萃取體系(0)再進(jìn)入3段與反萃取劑(S4)逆流接觸，所得到的含钚、镎反萃取水溶液為P2。這樣只含鈾元素的負(fù)載萃取液進(jìn)入4段，再與反萃取液(S5)逆流接觸，得到含鈾的反萃取水溶液(P3)，用過的萃取體系(O)經(jīng)再生循環(huán)使用。


圖1為本發(fā)明工藝流程中1 萃取段2 镅和稀土元素反萃取段3 镎和钚的反萃取段4 鈾的反萃取段F濃縮高放射性廢液S1洗滌劑O復(fù)合萃取體系
W萃余液S2镅和稀土元素反萃劑S3镅和稀土元素反萃段洗滌劑P1含镅和稀土元素水溶液S4镎和钚反萃段反萃劑P2含镎、钚水溶液S5鈾的反萃段反萃劑P3含鈾水溶液O1需再生的萃取體系出實(shí)施例在25℃溫度下，進(jìn)行串級(jí)試驗(yàn)(見圖1流程)，按流程描述中所述過程，具體數(shù)據(jù)如下F含0.4-0.8克分子/升硝酸的模擬高放廢液O萃取體系其成分為(15-25%)磷酸三丁酯-(25-35%)三烷基氧化膦-煤油S1含0.7-1.0克分子/升硝酸的洗滌液S2含4.0-5.5克分子/升硝酸的反萃取镅、稀土元素的水溶液S3含0.1-0.3克分子/升硝酸的洗滌液S4含0.3-0.7克分子/升草酸的反萃取镎、钚的水溶液S5含5%-12%碳酸鈉反萃取鈾的水溶液級(jí)數(shù)1段 16-20級(jí)2段 8-12級(jí)3段 6-8級(jí)4段 6-8級(jí)合計(jì)36-48級(jí)流比有機(jī)相/水相為1/3-3/1
分別得到三種水溶液P1，P2，P3P1含99.9%的镅與稀土元素的水溶液P2含99.9%的镎與钚的水溶液P3含99.5%的鈾的水溶液從模擬的濃縮高放射廢液中成功地提取了大于99.9%的镅、镎、钚、鈾等錒系元素，證明本發(fā)明具有實(shí)用價(jià)值，可推廣到含鹽量高的高放射性廢液的處理上，把大體積的含α核素的高放射性廢液分解成小體積的含α核素的廢液與大體積的非α廢液，大大降低了進(jìn)一步處置的費(fèi)用，這將具有巨大經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
權(quán)利要求
1.一種包括三烷基氧化膦的萃取體系從酸性放射性廢液中分離錒系元素的方法，其特征在于選用的萃取有機(jī)相體系為磷酸三丁酯(TBP)-三烷基氧化膦(TRPO)-煤油，萃取體系與濃縮高放射性廢液進(jìn)行多級(jí)逆流萃取、洗滌，將廢液中的錒系元素镅、稀土、镎、钚、鈾萃取到有機(jī)相萃取體系中，負(fù)載有機(jī)相依次用硝酸溶液；草酸溶液，碳酸鈉溶液進(jìn)行反萃取，反萃后的有機(jī)相萃取體系經(jīng)再生后循環(huán)使用。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的濃縮高放射性廢液的蒸殘物濃度為200-400克/升。
3.按照權(quán)利要求1.2所述的方法，其特征在于所述的萃取有機(jī)相體系中磷酸三丁酯濃度為15-25%(體積百分?jǐn)?shù))，三烷基氧化膦的濃度為25-35%(體積百分?jǐn)?shù))。
4.按照權(quán)利要求1.2.3所述的方法，其特征在于所述的多級(jí)逆流萃取、洗滌，萃取級(jí)數(shù)為11-15級(jí)，洗滌級(jí)數(shù)為4-8級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明從生產(chǎn)堆濃縮高放射廢液中分離錒系元素的方法，屬于反應(yīng)堆乏燃料后處理產(chǎn)生的高放廢液的處理的工藝。該工藝選用磷酸三丁酯(TBP)—三烷基氧化膦(TRPO)—煤油萃取體系對(duì)濃縮高放射性廢液中的錒系元素進(jìn)行多級(jí)逆流萃取、洗滌，使錒系元素進(jìn)入有機(jī)相，水相變成不含α核素的水溶液。本發(fā)明工藝合理，大大降低了高放廢液的處理費(fèi)用。具有巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
文檔編號(hào)C22B7/00GK1092110SQ93102120
公開日1994年9月14日 申請(qǐng)日期1993年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月4日
發(fā)明者朱永, 焦榮洲, 楊大助, 劉秉仁 申請(qǐng)人:清華大學(xué)