不用络合剂多级分馏萃取分离镅和稀土元素的方法

摘要

一种不用络合剂多级分馏萃取分离镅和稀土元素的方法，属萃取分离技术。该方法是用烷基磷酸作为萃取剂，多级逆流串级萃取，第一阶段萃取剂从原料液中萃取镅、镨等元素进入萃取剂中，将镧、铈等元素留在水相中，第二阶段加入洗涤剂硝酸将萃取剂中的镅洗到水溶液中。在中间适当位置引出含镅＞95％的水溶液，该水溶液中的锯可以返回反应堆嬗变成非α核素。本发明由于不用络合剂萃取，所以可以大大减少二次放射性废物。

说明书

本发明涉及核化学化工，萃取分离技术，特别是锕系元素的分离。

近年来从核燃料后处理厂产生的高放射性废液（HLW）中除去锕系元素的研究受到各国科学家的很大关注。一种处理高放射性废液的方法是用玻璃固化法，即将HLW固化在玻璃中，再进行深埋处理。但用该法处理HLW，所需费用约为100万元/米³废液。如将HLW中的高放射元素锕系元素及裂片元素锶、铯等除去后，所需处理费用约为0.5万元/米³废液，两者费用相差近200倍。

现有的从HLW中除去锕系元素的方法是用三烷基氧磷（TRPO）萃取剂从HLW中除去锕系元素。（中国专利CN85105352.1 CN88104175.5）这样可使高放废液分成大体积的非α废液和小体积的α废液从而大大减少了需深地层永久储存（10⁴-10⁵年）的废物量。用上述方法分离出的含镅溶液中伴带着稀土元素，为了进一步把镅从含稀土的溶液中分离出来，目前的方法有二种。一种是从含乳酸和络合剂二乙基三胺基五乙酸（DTPA）的镅和稀土混合液中用二乙基己基磷酸选择性地萃取稀土，把镅留在水相中。另一种是用二乙基己基磷酸把镅和稀土萃取入有机相中，再用乳酸和络合剂二乙基三胺基五乙酸选择性地反萃取镅入水相。这两种方法都要消耗大量络合剂DTPA和乳酸，增加二次放射性废物量，PH值调节困难，而且反应动力学较慢，不宜于大规模操作。

本发明的目的是提供一种不用络合剂分离镅的方法。

本发明的内容是不加络合剂用烷基磷酸作为萃取剂经多级分馏萃取从含镅的稀土混合物中分离镅，其萃取流程为逆流串级萃取，萃取剂烷基磷酸与含镅及稀土元素的溶液在第一阶段经充分搅拌混合即可将易萃取组分（镅、镨、钕、钐、铕、钆）萃入萃取剂中，不易萃取的组分镧、铈则留在水相中。为使萃取相中的镅与镨、钕…等核素进一步分开，在第二阶段加入洗涤剂稀硝酸选择性地把镅从萃取剂中洗到水溶液中，这样即可将镅从溶液中分离出来。

说明附图及实施例如下：

图1为本发明的萃取流程框图

本发明萃取流程为多级逆流萃取，萃取剂烷基磷酸，2-乙基己基磷酸单2-乙基己基酯HEH（EHP）（国内简称为P507）在第1级进入，含镅及稀土的水溶液从20级（总级数为50级）或30级（总级数为70级）处进入，与萃取剂逆流接触。两者经充分搅拌混合使易萃取组分镅、镨、钕、钐、铕、钆进入萃取剂中，不易萃取的组分镧、铈留在水相中。为了使镅与镨，钕等核元素进一步分开，在第50级或第70级加入洗涤剂（HNO₃选择性地把镅从萃取剂中洗到水溶液中。在第10级或第12级可引出镅98-99%，稀土10%（重量比）的水溶液。这样在萃取剂中留有＞95%（重量比）的钕、钐、等元素和＜0.5%的镅。通过这一萃取过程有三种产品①含镧、铈＞95%及镅＜0.5%的水溶液，②含镅98-99%及稀土＜10%的水溶液。③含镅＜0.5%及钕，钐，铕等元素＞95%的萃取剂相。其中①，③两种产品可按中、低放射性废物处理，第②种产品则可反回反应堆嬗变成非α核素，达到尽可能减小α核素长其期危害的目的。

注：上面所说的各元素成分都以原溶液中该元素的含量为100%计算。

上述萃取过程的具体参数如下：

介质：硝酸

①    液料：原料液镅+稀土总浓度0.1～0.3Mol/L，稀土元素中镧为13.7%，铈20%，镨11.1%，钕49%，钐5.8%，铕、钆等。

②    萃取设备：离心萃取器或混合澄清槽50-70级

③    运行方式：多级逆流分馏萃取

④    萃取剂：2-乙基己基磷酸单2-乙基己基脂

浓度    0.8MOL/L～1.5MOL/L

皂化度    10～40%

⑤    洗涤液：硝酸    0.3～0.7MOL/L

⑥    萃取段    20级

洗涤段    30级

中间出口（10-12级）引出含镅及少量稀土元素的水溶液

⑦    流比：萃取剂∶料液∶洗涤液∶含镅水相为6.0∶1.0∶1.9～2.3∶0.4～0.6（体积比）

⑧    温度：20～25℃

⑨    在运行过程中，要调整平衡水溶液酸度到PH值为2-3以保证有好的分离效果。

采用本发明的萃取方法因不用络合剂所以可以大大减少二次放射性废物量。有利于核废料的处理及镅元素的再利用。