一種萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對高放廢液中三價錒系與鑭系離子萃取分離的方法，屬于核燃料循環(huán)及廢液處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]核燃料循環(huán)過程中會產(chǎn)生大量的放射性廢物。目前，無論是發(fā)展核武器還是核能應(yīng)用過程中都遺留下來了大量的高放廢液，其處理處置問題已成全世界關(guān)注的焦點?！胺蛛x-嬗變”法是一個處理高放廢物的先進(jìn)方法，就是采用化學(xué)分離法從高放廢液中把所占比例很小但毒性很大的錒系元素選擇性地分離出來，將殘余的廢液變成非α廢物。三價錒系與鑭系元素的有效分離是實現(xiàn)“分離-嬗變”先進(jìn)燃料循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。然而，由于三價錒系與鑭系元素的物理化學(xué)性質(zhì)極為接近，其有效分離一直是分離領(lǐng)域的難題之一。在溶劑萃取分離法中，含S、N等軟配體的萃取劑表現(xiàn)出良好的分離性能。1995年，商業(yè)試劑Cyanex 301被發(fā)現(xiàn)能夠從常量鑭系元素中有效分離三價錒系元素，隨后發(fā)現(xiàn)其純化產(chǎn)品二(2，4，4-三甲基戊基)二硫代次膦酸(HC301)對示蹤量和常量的鑭系元素中的示蹤量的三價錒系都具有非常好的萃取分離效果，并提出了分離工藝(Zhu Y.J.et al, Rad1chim.Acta, 1995, 68 (2): 95-98)。
[0003]工業(yè)上，以HC301-煤油體系萃取分離常量的三價錒系離子時，萃取劑HC301需要根據(jù)水相中三價錒系離子的含量以NaOH或NH4OH進(jìn)行皂化，但皂化產(chǎn)物NaC301或者NH4C301既不溶于水相也不溶于有機(jī)相。目前的解決方法是在有機(jī)相中加入相修飾劑以提高皂化產(chǎn)物在有機(jī)相中的溶解度，保證此萃取體系在設(shè)備上的正常運行。然而，由于相修飾劑在水相中的溶解度較大，因此萃取過程中會發(fā)生相修飾劑的流失，導(dǎo)致水相的PH變化(Chen, J.et al, Atalante 2012Internat1nal Conference on Nuclear ChemistryforSustainable Fuel Cycles, C.Poinssot, Editor.2012.172-177)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種利用功能化離子型化合物萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]I)使用由一種陽離子和一種陰離子構(gòu)成的功能化離子型化合物作為萃取劑，使用長鏈烷烴類有機(jī)化合物或者煤油作為稀釋劑；
[0007]2)將體積為VOTg的有機(jī)相與體積為Vaq的水相混合，其中有機(jī)相中萃取劑的濃度不低于3Cm.Vaq/Vorg, Cm為水相中婀系離子濃度，并調(diào)節(jié)水相pH為2?5 ;混合時間至少為5分鐘，兩相分離后，水相中錒系離子被萃入有機(jī)相，鑭系離子則不被萃取或萃取率極小。
[0008]本發(fā)明所述的功能化離子型化合物中陽離子為1-烷基-3-甲基咪唑陽離子，烷基的鏈長為C6-C10 ;陰離子為二(2，4，4-三甲基戊基)二硫代次膦酸陰離子；所采用的稀釋劑為長鏈烷烴類有機(jī)化合物或煤油。
[0009]優(yōu)選地，所述的長鏈烷烴類有機(jī)化合物的鏈長為C7-C12。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果:萃取過程不需要對HC301進(jìn)行皂化，且體系對三價錒系離子具有高效、高選擇性的萃取性能，具有較好應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0011]下面通過具體實施例對本發(fā)明的方法進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不局限于此。下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。
[0012]本發(fā)明使用由一種陽離子和一種陰離子構(gòu)成的功能化離子型化合物作為萃取劑，使用長鏈烷烴類有機(jī)化合物或者煤油作為稀釋劑；所使用的萃取劑為由1-烷基-3-甲基咪唑陽離子(Cnmim，n = 6,8, 10，烷基的鏈長為C6-C10)和二 (2，4，4-三甲基戊基)二硫代次膦酸陰離子(C301)構(gòu)成的功能化離子型化合物，使用的稀釋劑為長鏈烷烴類有機(jī)化合物(鏈長為C7?C12)或煤油，高選擇性地萃取水相中的三價錒系元素，而三價鑭系元素則不被萃取或萃取率極小。
[0013]具體實施時，將體積為VOTg的有機(jī)相與體積為V aq的水相混合，調(diào)節(jié)水相pH為2?5，混合時間至少為5分鐘，兩相分離后，水相中錒系離子被萃入有機(jī)相，萃取效率不低于99%，鑭系離子基本不被萃取，萃取效率不高于1%。有機(jī)相中萃取劑的濃度不低于3CM-VatZVorg，其中Cm為水相中錒系離子濃度。實施過程中，錒系離子選擇Am(III)為代表，鑭系離子選擇Eu (III)為代表。
[0014]本發(fā)明所述的婀系元素包括镅和鋦，鑭系元素包括鑭、鐘、鐠、釹、钷、釤、銪、禮、鎮(zhèn)、鋪、鈥、鉺、鎊、鏡和錯。
[0015]實施例1:C6mimC301-十二烷萃取分離Am(III)和Eu(III)。進(jìn)行萃取實驗時，水相中含有示蹤量的241Anu示蹤量的152’154Eu和5mmol/L的Eu(III)，水相pH為2，有機(jī)相中C6mimC301的濃度為2mmol/L。兩相混合并攪拌5分鐘后，離心分離，分別取水相和有機(jī)相進(jìn)行放射性檢測，確定Am (I II)的萃取率為99.9%，Eu(III)的萃取率為1%。
[0016]實施例2:C1(lmimC301-十二烷萃取分離Am(III)和Eu(III)。進(jìn)行萃取實驗時，水相中含有示蹤量的241Anu示蹤量的152’154Eu和5mmol/L的Eu (III)，水相pH為3.5，有機(jī)相中C10mimC301的濃度為10mmol/L。兩相混合并攪拌30分鐘后，離心分離，分別取水相和有機(jī)相進(jìn)行放射性檢測，確定Am (I II)的萃取率為99.5%，Eu(III)的萃取率為0.5%。
[0017]實施例3:C6mimC301-煤油萃取分離Am(III)和Eu(III)。進(jìn)行萃取實驗時，水相中含有示蹤量的241Anu示蹤量的152’154Eu、5mmol/L的Eu(III)以及l(fā)mol/L的NaNO3，水相pH接近2.5，有機(jī)相中C6mimC301的濃度為lOmmol/L。兩相混合并攪拌5分鐘后，離心分離，分別取水相和有機(jī)相進(jìn)行放射性檢測，確定Am (I II)的萃取率為99.9%,Eu(III)的萃取率為
[0018]實施例4:C8mimC301-煤油萃取分離Am(III)和Eu(III)。進(jìn)行萃取實驗時，水相中含有示蹤量的241Anu示蹤量的152’154Eu、5mmol/L的Eu(III)以及l(fā)mol/L的NaNO3，水相pH為5，有機(jī)相中C8mimC301的濃度為5mmol/L。兩相混合并攪拌30分鐘后，離心分離，分別取水相和有機(jī)相進(jìn)行放射性檢測，確定Am(III)的萃取率為99.7%，Eu(III)的萃取率為0.8%o
【主權(quán)項】
1.一種萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟: 1)使用由一種陽離子和一種陰離子構(gòu)成的功能化離子型化合物作為萃取劑，使用長鏈烷烴類或煤油作為稀釋劑； 2)將體積為VOTg的有機(jī)相與體積為Vaq的水相混合，其中水相pH調(diào)節(jié)為2?5，有機(jī)相中萃取劑的濃度不低于3CM.VatZVmg，其中Cm為水相中錒系離子濃度；混合時間至少為5分鐘，兩相分離后，水相中錒系離子被萃入有機(jī)相，鑭系離子則不被萃取或萃取率極小。2.如權(quán)利要求1所述一種分離萃取高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法，其特征在于，功能化離子型化合物中陽離子為1-烷基-3-甲基咪唑陽離子，烷基的鏈長為C6-C10 ;陰離子為二(2，4，4-三甲基戊基)二硫代次膦酸陰離子。3.如權(quán)利要求1或2所述一種分離萃取高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法，其特征在于，所采用的稀釋劑為長鏈烷烴類有機(jī)化合物或煤油。4.如權(quán)利要求3所述一種分離萃取高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法，其特征在于，所述的長鏈烷烴類有機(jī)化合物的鏈長為C7-C12。
【專利摘要】一種萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法，屬于核燃料循環(huán)及廢液處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法使用功能化離子型化合物1-烷基-3-甲基咪唑二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸作為萃取劑，以長鏈烷烴或煤油作為稀釋劑。本發(fā)明在萃取過程中不需要對HC301進(jìn)行皂化，高選擇性地萃取水相中的三價錒系元素，而三價鑭系元素則不被萃取或萃取率極小，具有較好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C22B60/02, C22B7/00
【公開號】CN104928477
【申請?zhí)枴緾N201510243796
【發(fā)明人】孫濤祥, 徐超, 陳靖
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月13日