CN104147929A - 一种生产锂-7同位素的回流串级新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生产锂-7同位素的回流串级新工艺，该工艺包含上回流段、提取段、富集段、下回流段和取产品段。在上回流段和下回流段分别加入上回流转相液和下回流转相液，控制锂物料的上下回流转相浓度；通过取产品段进行精确取产品；有机相在上回流段加入，而在下回流段再生循环使用；采用高效液液分离设备的串级连接，实现锂-7同位素的绿色、高效、多级富集，得到高丰度的锂-7同位素产品。

Description

一种生产锂-7同位素的回流串级新工艺

技术领域

本发明涉及化工领域的同位素分离，尤其涉及一种生产锂-7同位素的回流串级新工艺。

背景技术

自然界中存在锂的两种天然同位素，即⁷Li和⁶Li，分别占到92.48%和7.52%。这两种同位素的核反应性能截然不同，但都在核材料领域中占有重要地位。在钍基熔盐堆中，⁷Li是必不可少的熔盐冷却剂，由于⁶Li的热中子吸收截面非常高，达到941barns，而⁷Li仅为0.033barns，所以，熔盐堆对⁷Li的同位素丰度要求>99.995%。同时，高纯度的⁷Li常用于调节压水堆中一次冷却剂的pH值，在聚变堆中⁷Li也用作于导热的载热剂。另一方面，⁶Li是核聚变堆中的燃料，其中⁶Li的同位素丰度要求>30%。不论是钍基熔盐堆还是核聚变堆，锂同位素都是不可或缺的战略材料和能源材料，都将对新能源的开发提供新的解决方案。

文献曾报道的分离锂同位素的方法有：物理方法（如电磁法、分子蒸馏法和气体扩散法等）和化学方法（如电迁移法、电解法、锂汞齐交换法和溶剂萃取交换法等）（肖啸菴等，核化学与放射放学，1991，13，1）。在同位素分离中，对于重同位素用物理方法比较有利；而对于轻同位素，则化学方法效率较高，物理方法效率很低、投资巨大。

由于锂同位素属于轻同位素，且锂没有气态化合物，因此物理方法分离锂同位素仅处于探索阶段。在化学方法中，绝大多数研究的内容仅限于实验室中单级同位素分离系数的测定和提高，而没有多级富集工艺的报道。同时，化学方法中，锂元素不存在气液化学交换法，而液固化学交换法很难实现逆流多级级联，因此只能采用液液化学交换法。如采用液固化学交换法，发明专利申请（申请号201210274233.1和申请号201210274356.5）中报道的冠醚类聚合物，具有较高的分离系数，但液固分离法难以实现逆流多级级联富集。采用液液化学交换法，苏丹I-TOPO体系的单级分离系数α值一般为1.010左右（陈耀焕等，原子能科学技术，1987，21，433），但多级级联富集工艺尚未报道。

作为一种可以实用的锂同位素分离工艺，除了要求分离体系具有较大的单级同位素分离系数α值外，在化工工艺方面，必须要能够实现多级级联。这就要求开发出特殊的串级控制工艺，包括要有严格的回流控制方法，回流必须彻底、方便、能耗小；必须要实现工艺中精确加料、取料；要计算和控制同位素富集段的流量大小和波动情况，最终采用多级级联形式，实现累积富集同位素，得到高丰度的锂-7同位素产品。

迄今为止，上述物理方法和化学方法都未见到有相关的多级级联富集工艺报道，只有锂汞齐化学交换法具有较优的化学性能和化工工艺，并已成为唯一的工业生产锂-7同位素的方法（化学法分离同位素原理，邱陵编著，原子能出版社，1990年，pp156-181）。但是该工艺需要用到大量的汞，而汞易挥发流失，对操作人员人身健康带来巨大伤害，同时造成了严重的环境污染问题。而且，此工艺中，锂汞齐相易于富集⁶Li，随着锂汞齐在萃取塔中逐步分解，该工艺很难满足钍基熔盐堆中⁷Li丰度大于99.995%的要求。针对锂萃取分离化学的特点和转相要求，选择萃锂容易并且富集⁷Li的有机相更有利于锂-7同位素的分离。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产锂-7同位素的新工艺。

本发明的第一方面，提供了一种生产锂-7同位素的工艺，所述工艺包括步骤：

(1)连续逆流运转水相和有机相；

有机相依次循环通过上回流段、提取段、富集段、下回流段，其中，从富集段流出的有机相部分进入取产品段；

水相依次通过下回流段、富集段、提取段和上回流段后排出；

(2)在下回流段中加入下回流转相液；

在上回流段中加入上回流转相液；

在取产品段中加入反萃液；

(3)在富集段中加入含有锂-7的料液，所述料液经提取段和上回流段提取后，经富集段富集，然后从富集段流出的有机相分为两部分：

(a)部分进入取产品段进行反萃，从而得到产品；

(b)其余部分进入下回流段。

在另一优选例中，所述的逆流运转指所述水相和所述有机相的流向相反。

在另一优选例中，所述工艺还包括步骤：从提取段排出废料。

在另一优选例中，在所述上回流段加入上回流转相液，用于调节回流有机相的pH值。

在另一优选例中，所述步骤(3)中，

有机相在富集段、提取段、上回流段中，对包括锂-7的水相进行萃取；和/或

下回流转相液在下回流段中，对有机相进行反萃取；和/或

反萃液在取产品段中，对有机相进行反萃取，从而获得产品。

在另一优选例中，所述工艺还包括步骤：下回流转相液在下回流段中对有机相进行反萃取后，使下回流段流出的水相回流至富集段，并进行循环萃取。

在另一优选例中，在富集段之前，对所述的下回流段流出的水相进行浓缩。

在另一优选例中，在浓缩器中对所述下回流段流出的水相进行浓缩。

在另一优选例中，所述工艺包括：从取产品段流出的有机相进入上回流段。

在另一优选例中，所述的有机相含有萃取有效量的式(I)所示的化合物：

式(I)中，

Z为氧原子、硫原子或者被R₉所取代的氮原子，其中，R₉为氢原子、C_1-6烷基-磺酰基、C_1-6卤代烷基-磺酰基、苯磺酰基或者C_1-6烷基-苯磺酰基；R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇和R₈各自独立地为氢原子、C_1-6烷基、C_1-6卤代烷基、C_2-6烯基、C_2-6炔基、C_1-6烷氧基、C_3-6环烷基、卤素或者苯基。

在另一优选例中，所述的R⁹为氢、三氟甲磺酰基、甲基磺酰基或者对甲基苯磺酰基。

在另一优选例中，R¹为氢、C_1-6烷基、C_1-6卤代烷基或者苯基。

在另一优选例中，所述的萃取有机相还含协萃剂。

在另一优选例中，所述的协萃剂为含磷化合物、含氮化合物、烷基季锍盐化合物或者亚砜化合物。

在另一优选例中，所述的协萃剂为中性含磷化合物、季铵盐化合物、长链烷基季锍盐化合物或者中性亚砜化合物。

在另一优选例中，所述的协萃剂包括：磷酸三丁酯(TBP)、三辛基氧化膦(TOPO)、丁基膦酸二丁酯(DBBP)、二丁基磷酸丁酯(BDBP)、甲撑四丁基双磷酸酯、三辛基氧化胺、1,10-菲罗啉、季铵盐N263、二甲基二(N-十八烷基)氯化铵、氯化甲基二辛基锍盐或者二辛基亚砜。

在另一优选例中，所述的萃取有机相还含稀释剂。

在另一优选例中，所述的稀释剂包括：煤油、辛酮、氯仿、四氯化碳、甲苯、二甲苯、二乙苯、溴苯、苯甲醚、硝基甲烷、2-甲基环己酮、甲基异丁酮、氯苯、二氯苯、三氯苯、二苯醚、或其组合。

在另一优选例中，所述的萃取有机相还含锂离子。

在另一优选例中，所述的萃取有机相中，锂离子的含量为0-2.0mol/L；更佳地为0.01-0.5mol/L。

在另一优选例中，所述工艺还包括选自下组的一个或多个特征：

所述的上回流转相液是包含选自下组的溶质的水溶液：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铵，或其组合；

所述的下回流转相液是包含选自下组的溶质的水溶液：HCl、H₂SO₄、HBr、NaCl、NH₄Cl、NaBr、(NH₄)₂SO₄、Na₂SO₄、NaNO₃、NH₄NO₃、KCl、K₂SO₄，或其组合；

所述的反萃液是包含选自下组的溶质的水溶液：HCl、H₂SO₄、HBr、NaCl、NH₄Cl、(NH₄)₂SO₄，Na₂SO₄，或其组合。

在另一优选例中，所述上回流转相液中，溶质的浓度范围为1～15mol/L。

在另一优选例中，所述下回流转相液中，溶质的浓度范围为0.1～5mol/L。

在另一优选例中，所述反萃液中，溶质的浓度范围为0.1～5mol/L。

在另一优选例中，所述的上回流段、提取段、富集段、下回流段和取产品段分别由多个液液分离设备串级连接构成，较佳地，所述的液液分离设备为离心萃取器。

在另一优选例中，所述上回流段由X个离心萃取器串级连接构成，且所述的2≤X≤20。

在另一优选例中，所述提取段由N个离心萃取器串级连接构成，且所述的10≤N≤500。

在另一优选例中，所述富集段由M个离心萃取器串级连接构成，且所述的10≤M≤500。

在另一优选例中，所述下回流段由Y个离心萃取器串级连接构成，且所述的2≤Y≤20。

在另一优选例中，所述取产品段由Z个离心萃取器串级连接构成，且所述的2≤Z≤20。

在另一优选例中，所述上回流段出口的水相和下回流段出口的有机相锂-7的物料浓度都小于10^-2mol/L，较佳地小于5×10^-3mol/L；和/或

所述取产品段出口的摩尔流量N1与总富集段出口有机相的锂-7摩尔流量N2的比例为N1:N2=0.1～2.5%，较佳地为0.1～2%；和/或

所述工艺还包括：控制液体流量波动范围≤0.5%。

在另一优选例中，以流量为17L/min计，体系的流量波动范围w为16.915L/min≤w≤17.085L/min。

本发明的第二方面，提供了一种用如本发明第一方面的工艺制备的锂-7富集产品，所述产品中锂-7的丰度Σ≥94%，较佳地≥96%，更佳地≥98%，最佳地≥99%。

在另一优选例中，所述产品中锂-7的丰度Σ≥99.99%。

在另一优选例中，所述产品可用于制备熔盐冷却剂或熔盐堆。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1是本发明的回流串级工艺流程；

图2是本发明实施例1中回流时间和锂-7丰度的对应关系图。

具体实施方式

本发明人经过长期而深入的研究，针对现有技术中的汞齐法工艺中的不足，开发了一种能够方便地制备具有高丰度的锂-7产品的工艺。该工艺绿色环保、无污染；有机相易于富集锂-7同位素，同时可再生循环使用；锂物料的上下回流转相方便、高效；取产品段能够实现精确取料，多级级联最终得到高丰度锂-7同位素产品。

单级分离系数

如本文所用，术语“单级分离系数”和“分离系数”可互换使用，均指在单个单元中两种物质分离操作(单级分离操作)前后相对含量的比值。

化学交换法分离锂同位素，两种液相之间的同位素交换反应可表示为：

其中，A与B代表两相中不同的锂离子配位环境，例如有机相和水相。

分离系数(α值)表示锂同位素单级分离的效果，即B相中锂同位素的丰度比值与A相中锂同位素的丰度比值之商：

$\mathrm{\α}=\frac{[\mathrm{LiB}]/[\mathrm{LiB}_6]_7}{[\mathrm{LiA}]/[\mathrm{LiA}_6]_7}$

分离系数表示某一单元分离操作或某一分离流程将两种物质分离的程度。它的大小反映出两组分分离的难易程度。分离系数等于1，便不能实现分离；分离系数偏离于1愈大，愈容易被分离。

作为一种优选的锂同位素分离体系，在化学交换的过程中，应具有较大的同位素分离系数α值；另外，当两相接触时，同位素交换反应必须足够快；能够较方便地反萃转相，实现多级富集萃取；萃取剂化学结构稳定，经济实用。

有机相(O)

本发明提供的一种富集锂同位素的回流串级工艺中，有机相中优选地含有式(I)所示的化合物：

式(I)中，Z为氧原子、硫原子或者被R₉所取代的氮原子，其中，R₉选自下组：氢原子、C_1-6烷基-磺酰基、C_1-6卤代烷基-磺酰基、苯磺酰基，或C_1-6烷基-苯磺酰基；R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇和R₈各自独立地选自下组：氢原子、C_1-6烷基、C_1-6卤代烷基、C_2-6烯基、C_2-6炔基、C_1-6烷氧基、C_3-6环烷基、卤素，或苯基。

在另一优选例中，所述的R⁹为氢、三氟甲磺酰基、甲基磺酰基或者对甲基苯磺酰基。

在另一优选例中，R¹为氢、C_1-6烷基、C_1-6卤代烷基或者苯基。

在另一优选例中，所述的萃取有机相还含协萃剂。

在另一优选例中，所述的协萃剂为含磷化合物、含氮化合物、烷基季锍盐化合物或者亚砜化合物。

在另一优选例中，所述的协萃剂为中性含磷化合物、季铵盐化合物、长链烷基季锍盐化合物或者中性亚砜化合物。

在另一优选例中，所述的协萃剂包括：磷酸三丁酯(TBP)、三辛基氧化膦(TOPO)、丁基膦酸二丁酯(DBBP)、二丁基磷酸丁酯(BDBP)、甲撑四丁基双磷酸酯、三辛基氧化胺、1,10-菲罗啉、季铵盐N263、二甲基二(N-十八烷基)氯化铵、氯化甲基二辛基锍盐，二辛基亚砜，或其组合。

在另一优选例中，所述的稀释剂包括：煤油、辛酮、氯仿、四氯化碳、甲苯、二甲苯、二乙苯、溴苯、苯甲醚、硝基甲烷、2-甲基环己酮、甲基异丁酮、氯苯、二氯苯、三氯苯、二苯醚、或其组合。

在另一优选例中，所述的萃取有机相还含锂离子。

在另一优选例中，所述的萃取有机相中，锂离子的含量为0-2.0mol/L；更佳地为0.01-0.5mol/L。

有机相中的萃取剂不仅起到了萃取锂离子的作用，同时结合成的有机络合物与水相中的锂离子化学环境不同，从而产生了较大的单级分离系数，本发明中使用的有机相萃取剂，其单级分离系数一般在1.012～1.028。与汞齐法不同的是，本工艺中有机相萃取剂更易于富集锂-7同位素，在多级串联过程中，有机相萃取剂化学稳定性好，长时间不分解，因此在生产锂-7丰度大于99.99%的产品方面，本发明的新工艺比汞齐法更具有优越性。

反萃液(C)

在本发明中，使用反萃液对萃取富集后的有机相进行反萃取，从而得到产品。

在同位素分离中，取产品量（P）对整个富集工艺影响很大，取产品量（P）必须小于整个工艺体系的最大取料量，且要稳定、波动小，才能保证同位素的多级稳定富集（陈光华，稀有金属，1982，1，9）。

本工艺中，通过精确的控制取产品段有机相进口锂-7摩尔流量和反萃液的用量，保证富集产品（P）的锂-7摩尔流量为富集段出口有机相锂-7摩尔流量的0.1～2.5%，最终获得高丰度的锂-7产品。

本工艺中，可选用的反萃液包括具有选自下组的溶质的水溶液：HCl、H₂SO₄、HBr、NaCl、NH₄Cl、Na₂SO₄，或其组合。

回流转相液(S)

在本发明中，优选地，通过在体系中加入回流转向液，对萃取有机相进行循环利用。

本发明所用的回流转相液优选地可包括上回流转相液(S1)和下回流转相液(S2)。其中，上回流转相液在上回流段加入，来实现对提取段出口水相的锂物料高效、彻底萃取转相，通过有机相与上回流转相液接触，锂物料从水相被转入有机相，且水相在上回流段第1级排出体系。优选地，上回流段排出体系的水相中锂浓度为＜0.01mol/L，较佳地为＜5×10^-3mol/L。

下回流转相液在下回流段加入，用于对富集段有机相进行反萃取转相，实现对富集段出口有机相的锂物料高效、彻底的回收。经过反萃取的有机相回流至上回流段进行循环萃取，下回流转相液反萃取后形成含锂-7物料的水相，再进入富集段被循环萃取。优选地，下回流段被反萃取后进行回流的有机相中锂浓度为＜0.01mol/L，较佳地为＜5×10^-3mol/L。

在本发明中，优选地，上回流转相液（S1）包括碱性溶质，其中，所述的碱性溶质为碱性氢氧化物，较佳地为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯或者氢氧化铵，或其组合。

在本发明的优选例中，所述碱性溶质的浓度范围为1～15mol/L。

在本发明中，优选地，下回流转相液（S2）包括选自下组的溶质：HCl、H₂SO₄、HBr、NaCl、NH₄Cl、NaBr、(NH₄)₂SO₄、Na₂SO₄、NaNO₃、NH₄NO₃、KCl、K₂SO₄，或其组合。

高纯度锂-7生产工艺

本发明的回流串级工艺主要包含下列工段：上回流段、提取段、富集段、下回流段和取产品段。

由于同位素富集过程中，化学体系的单级分离系数都较小，因此，在体系具有单级分离系数的基础上，采用本发明的回流串级工艺，连接和控制多级萃取设备，可以实现多级累积富集锂同位素。由于分离设备需要的级数多，可靠性要求高，所以分离设备的选择十分重要。对于互不相容的有机相和水相，采用高效的液液分离设备可以大大缩短平衡时间、减少萃取剂用量和较少萃取设备体积。本发明中的高效液液分离设备，优选的，采用离心萃取器。

在本发明的一个优选例中，所述的上回流段、提取段、富集段、下回流段和取产品段分别由多个液液分离设备串级连接构成，其中，

所述上回流段可由X个离心萃取器串级连接构成，且所述的2≤X≤20；

所述提取段可由N个离心萃取器串级连接构成，且所述的10≤N≤500；

所述富集段可由M个离心萃取器串级连接构成，且所述的10≤M≤500；

所述下回流段可由Y个离心萃取器串级连接构成，且所述的2≤Y≤20；

所述取产品段可由Z个离心萃取器串级连接构成，且所述的2≤Z≤20。

为了得到高丰度的同位素产品，分离体系必须实现多级级联，这就要求串级工艺中必须实现严格的上下回流控制方法，而回流必须彻底、方便、能耗小。

如图1所示，本发明中，上回流段主要用于锂物料的上回流萃取转相，通过在上回流段前部，优选地通过在上回流段第1级加入有机相萃取剂（O），在上回流段后部，较佳地为上回流段第X级加入上回流转相液（S1），来实现对提取段出口水相的锂物料高效、彻底萃取转相，锂物料从水相转入有机相后，再进入提取段。优选地，通过上回流段萃取转相后，上回流水相（A）出口锂浓度控制在小于5×10^-3mol/L，说明转相完全。

提取段和富集段主要用于锂同位素的提取和富集，料液（F）从富集段前部，较佳地为富集段第1级加入后，进入提取段中水相，多次提取后得到锂-7贫化废料（W），其锂-7同位素丰度小于料液中的丰度。在富集段后部，较佳地为富集段第M级后端，有机相出口分为两部分，一部分进入取产品段，另一部分进入下回流段。下回流段出口水相前安装了浓缩器（B），对下回流段出口水相进行必要的浓缩后，水相进入富集段。

下回流段主要用于锂物料的下回流转相，通过在下回流段后部，较佳地为下回流段第Y级加入下回流转相液（S2），对富集段有机相进行反萃取转相，实现了对富集段出口有机相的锂物料高效、彻底转相回流，锂物料从有机相转入水相后，再进入富集段。

通过下回流段反萃取转相后，优选的，下回流有机相（O）出口锂浓度控制小于5×10^-3mol/L，说明转相完全。

在多级萃取设备富集同位素时，另一重要的问题是，要求两相流量的波动要足够小，否则会大大减小富集段和贫化段的级效率，甚至不能多级富集得到产品。在本工艺中，采用有效的取产品段工艺、加料系统和流量稳定系统，使得液体流量的波动范围在0.5%以下，保证了同位素的多级富集，富集段级效率高，大于90%。

通过多次的反复试验验证和不断优化，采用本发明的回流串级新工艺，控制上下回流段出口锂物料浓度，同时，通过采用有效的取产品段工艺、加料系统和流量稳定系统，对串级过程中的流量波动情况进行精确测量和控制，最终实现了锂同位素的多级富集，如在本发明的一个实施例中，可以获得98.55%的锂-7同位素富产品。

本发明的主要优点如下：

（1）采用上下回流段的工艺，实现了锂物料在有机相和水相出口的高效、彻底转相回流，控制了锂物料的流失，保证了同位素的多级累积富集，得到了高丰度锂-7同位素产品。

（2）本发明的流程设计合理，操作方便。采用有效的取产品段工艺和流量稳定系统，控制整个回流工艺的取料量和流量波动，同位素富集过程高效。

（3）与仅有的汞齐法工艺相比，去除了汞害，绿色环保。在生产锂-7丰度大于99.99%的产品时，本发明中的新工艺更具有优越性。

（4）有机相可以反复循环使用，上回流段出口水相可再次浓缩，回收碱液，显著降低了锂同位素富集的成本，经济效益可观。

（5）采用高效离心萃取器和流量稳定系统，大大缩短了平衡时间、减少了萃取剂用量和设备体积，节约了人力物力成本。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。

实施例1

按照回流串级工艺图连接管路，其中各段级数为：上回流段10级，提取段37级，富集段63级，下回流段10级，取产品段5级。

有机相：含有7-三氟甲基-10-羟基苯并喹啉，浓度为0.38mol/L，以及协萃剂和稀释剂。7-三氟甲基-10-羟基苯并喹啉核磁数据：1H NMR:δ8.91(d,J=4.2Hz,1H),8.37(d,J=8.7Hz,1H),8.21(d,J=9.3Hz,1H),8.00(d,J=8.7Hz,1H),7.83(d,J=9.3Hz,1H),7.68(dd,J=8.4Hz,J=4.8Hz,1H),7.24(d,J=8.7Hz,1H).¹⁹F NMR:δ-58.0(s,3F).

上回流转相液（S1）：氢氧化钠水溶液，浓度为4mol/L。

下回流转相液（S2）：NaCl水溶液，浓度为3mol/L。

液液分离设备：高速离心萃取器。

连续运转水相和有机相，测得上回流水相（A）出口锂浓度为4*10^-4mol/L，下回流有机相出口锂浓度2*10^-4mol/L。

采用回流串级工艺，在各个不同的工艺运转时间点，测得了产品（P）的同位素锂-7丰度变化，如图2所示。

整个回流工艺系统稳定运转230小时后达到平衡。控制取产品段产品（P）的锂-7摩尔流量为富集段出口有机相锂-7摩尔流量的0.9%。测得同位素锂-7的料液（F）进口丰度95.81%，富集后锂-7产品（P）丰度为：98.55%。

富集段的级效率90%。

实施例2

按照回流串级工艺图连接管路，其中各段级数为：上回流段10级，提取段14级，富集段26级，下回流段10级，取产品段5级。

有机相：含有9-三氟甲基-10-羟基苯并喹啉，浓度为0.65mol/L，以及协萃剂和稀释剂。9-三氟甲基-10-羟基苯并喹啉核磁数据：1H NMR:δ8.85(d,J=4.8Hz,1H),8.33(d,J=8.4Hz,1H),7.85(d,J=8.7Hz,1H),7.83(d,J=8.7Hz,1H),7.75(d,J=9.3Hz,1H),7.64(dd,J=8.4Hz,J=4.8Hz,1H),7.43(d,J=8.4Hz,1H).¹⁹F NMR:δ-62.1(s,3F).

上回流转相液（S1）：氢氧化钾水溶液，浓度为6mol/L。

下回流转相液（S2）：KCl水溶液，浓度为0.8mol/L。

液液分离设备：高速离心萃取器。

连续运转水相和有机相，测得上回流水相（A）出口锂浓度为3*10^-4mol/L，下回流有机相出口锂浓度2*10^-4mol/L。

采用回流串级工艺，整个系统稳定运转45小时后达到平衡。控制取产品段产品（P）的锂-7摩尔流量为富集段出口有机相锂-7摩尔流量的1%。测得同位素锂-7的料液（F）进口丰度92.50%，富集后锂-7产品（P）丰度为：94.21%。

富集段的级效率91%。

综上可见，采用本发明中的回流串级工艺，锂-7同位素实现了高效、快速、多级富集，得到了高丰度的锂-7产品；流程简洁合理，富集段级效率高；有机相化学稳定性好，能够循环使用，环保经济。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种生产锂-7同位素的工艺，其特征在于，所述工艺包括步骤：

(1)连续逆流运转水相和有机相；

有机相依次循环通过上回流段、提取段、富集段、下回流段，其中，从富集段流出的有机相部分进入取产品段；

水相依次通过下回流段、富集段、提取段和上回流段后排出；

(2)在下回流段中加入下回流转相液；

在上回流段中加入上回流转相液；

在取产品段中加入反萃液；

(3)在富集段中加入含有锂-7的料液，所述料液经提取段和上回流段提取后，经富集段富集，然后从富集段流出的有机相分为两部分：

(a)部分进入取产品段进行反萃，从而得到产品；

(b)其余部分进入下回流段。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括步骤：从提取段排出废料。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，

有机相在富集段、提取段、上回流段中，对包括锂-7的水相进行萃取；和/或

下回流转相液在下回流段中，对有机相进行反萃取；和/或

反萃液在取产品段中，对有机相进行反萃取，从而获得产品。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括步骤：下回流转相液在下回流段中对有机相进行反萃取后，使下回流段流出的水相回流至富集段，并进行循环萃取。

5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括：从取产品段流出的有机相进入上回流段。

6.如权利要求1～5任一所述的工艺，其特征在于，所述的有机相含有萃取有效量的式(I)所示的化合物：

式(I)中，

Z为氧原子、硫原子或者被R₉所取代的氮原子，其中，R₉为氢原子、C_1-6烷基-磺酰基、C_1-6卤代烷基-磺酰基、苯磺酰基或者C_1-6烷基-苯磺酰基；R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇和R₈各自独立地为氢原子、C_1-6烷基、C_1-6卤代烷基、C_2-6烯基、C_2-6炔基、C_1-6烷氧基、C_3-6环烷基、卤素或者苯基。

7.如权利要求1～5任一所述的工艺，其特征在于，包括选自下组的一个或多个特征：

所述的上回流转相液是包含选自下组的溶质的水溶液：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铵，或其组合；

所述的下回流转相液是包含选自下组的溶质的水溶液：HCl、H₂SO₄、HBr、NaCl、NH₄Cl、NaBr、(NH₄)₂SO₄、Na₂SO₄、NaNO₃、NH₄NO₃、KCl、K₂SO₄，或其组合；

所述的反萃液是包含选自下组的溶质的水溶液：HCl、H₂SO₄、HBr、NaCl、NH₄Cl、(NH₄)₂SO₄，Na₂SO₄，或其组合。

8.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的上回流段、提取段、富集段、下回流段和取产品段分别由多个液液分离设备串级连接构成，较佳地，所述的液液分离设备为离心萃取器。

9.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述上回流段出口的水相和下回流段出口的有机相锂-7的物料浓度都小于10^-2mol/L，较佳地小于5×10^-3mol/L；和/或

所述取产品段出口的摩尔流量N1与总富集段出口有机相的锂-7摩尔流量N2的比例为N1:N2=0.1～2.5%，较佳地为0.1～2%；和/或

所述工艺还包括：控制液体流量波动范围≤0.5%。

10.用如权利要求1～9任一工艺制备的锂-7富集产品，其特征在于，所述产品中锂-7的丰度Σ≥94%，较佳地≥96%，更佳地≥98%，最佳地≥99%。