CN104928477A - 一种萃取分离高放废液中三价锕系与镧系离子的方法 - Google Patents

一种萃取分离高放废液中三价锕系与镧系离子的方法 Download PDF

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Abstract

一种萃取分离高放废液中三价锕系与镧系离子的方法，属于核燃料循环及废液处理技术领域。该方法使用功能化离子型化合物1-烷基-3-甲基咪唑二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸作为萃取剂，以长链烷烃或煤油作为稀释剂。本发明在萃取过程中不需要对HC301进行皂化，高选择性地萃取水相中的三价锕系元素，而三价镧系元素则不被萃取或萃取率极小，具有较好的应用前景。

Description

一种萃取分离高放废液中三价锕系与镧系离子的方法
技术领域
本发明涉及对高放废液中三价锕系与镧系离子萃取分离的方法，属于核燃料循环及废液处理技术领域。
背景技术
核燃料循环过程中会产生大量的放射性废物。目前，无论是发展核武器还是核能应用过程中都遗留下来了大量的高放废液，其处理处置问题已成全世界关注的焦点。“分离-嬗变”法是一个处理高放废物的先进方法，就是采用化学分离法从高放废液中把所占比例很小但毒性很大的锕系元素选择性地分离出来，将残余的废液变成非α废物。三价锕系与镧系元素的有效分离是实现“分离-嬗变”先进燃料循环的关键环节之一。然而，由于三价锕系与镧系元素的物理化学性质极为接近，其有效分离一直是分离领域的难题之一。在溶剂萃取分离法中，含S、N等软配体的萃取剂表现出良好的分离性能。1995年，商业试剂Cyanex 301被发现能够从常量镧系元素中有效分离三价锕系元素，随后发现其纯化产品二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸(HC301)对示踪量和常量的镧系元素中的示踪量的三价锕系都具有非常好的萃取分离效果，并提出了分离工艺(Zhu Y.J.et al,Radiochim.Acta,1995,68(2):95-98)。
工业上，以HC301-煤油体系萃取分离常量的三价锕系离子时，萃取剂HC301需要根据水相中三价锕系离子的含量以NaOH或NH4OH进行皂化，但皂化产物NaC301或者NH4C301既不溶于水相也不溶于有机相。目前的解决方法是在有机相中加入相修饰剂以提高皂化产物在有机相中的溶解度，保证此萃取体系在设备上的正常运行。然而，由于相修饰剂在水相中的溶解度较大，因此萃取过程中会发生相修饰剂的流失，导致水相的pH变化(Chen,J.et al,Atalante 2012International Conference on Nuclear Chemistry forSustainable Fuel Cycles,C.Poinssot,Editor.2012.172-177)。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用功能化离子型化合物萃取分离高放废液中三价锕系与镧系离子的方法。
本发明的技术方案是：
1)使用由一种阳离子和一种阴离子构成的功能化离子型化合物作为萃取剂，使用长链烷烃类有机化合物或者煤油作为稀释剂；
2)将体积为Vorg的有机相与体积为Vaq的水相混合，其中有机相中萃取剂的浓度不低于3CM·Vaq/Vorg，CM为水相中锕系离子浓度，并调节水相pH为2～5；混合时间至少为5分钟，两相分离后，水相中锕系离子被萃入有机相，镧系离子则不被萃取或萃取率极小。
本发明所述的功能化离子型化合物中阳离子为1-烷基-3-甲基咪唑阳离子，烷基的链长为C6-C10；阴离子为二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸阴离子；所采用的稀释剂为长链烷烃类有机化合物或煤油。
优选地，所述的长链烷烃类有机化合物的链长为C7-C12。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：萃取过程不需要对HC301进行皂化，且体系对三价锕系离子具有高效、高选择性的萃取性能，具有较好应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明使用由一种阳离子和一种阴离子构成的功能化离子型化合物作为萃取剂，使用长链烷烃类有机化合物或者煤油作为稀释剂；所使用的萃取剂为由1-烷基-3-甲基咪唑阳离子(Cnmim,n＝6,8,10，烷基的链长为C6-C10)和二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸阴离子(C301)构成的功能化离子型化合物，使用的稀释剂为长链烷烃类有机化合物(链长为C7～C12)或煤油，高选择性地萃取水相中的三价锕系元素，而三价镧系元素则不被萃取或萃取率极小。
具体实施时，将体积为Vorg的有机相与体积为Vaq的水相混合，调节水相pH为2～5，混合时间至少为5分钟，两相分离后，水相中锕系离子被萃入有机相，萃取效率不低于99％，镧系离子基本不被萃取，萃取效率不高于1％。有机相中萃取剂的浓度不低于3CM·Vaq/Vorg，其中CM为水相中锕系离子浓度。实施过程中，锕系离子选择Am(III)为代表，镧系离子选择Eu(III)为代表。
本发明所述的锕系元素包括镅和锔，镧系元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。
实施例1：C6mimC301-十二烷萃取分离Am(III)和Eu(III)。进行萃取实验时，水相中含有示踪量的241Am、示踪量的152,154Eu和5mmol/L的Eu(III)，水相pH为2，有机相中C6mimC301的浓度为2mmol/L。两相混合并搅拌5分钟后，离心分离，分别取水相和有机相进行放射性检测，确定Am(III)的萃取率为99.9％，Eu(III)的萃取率为1％。
实施例2：C10mimC301-十二烷萃取分离Am(III)和Eu(III)。进行萃取实验时，水相中含有示踪量的241Am、示踪量的152,154Eu和5mmol/L的Eu(III)，水相pH为3.5，有机相中C10mimC301的浓度为10mmol/L。两相混合并搅拌30分钟后，离心分离，分别取水相和有机相进行放射性检测，确定Am(III)的萃取率为99.5％，Eu(III)的萃取率为0.5％。
实施例3：C6mimC301-煤油萃取分离Am(III)和Eu(III)。进行萃取实验时，水相中含有示踪量的241Am、示踪量的152,154Eu、5mmol/L的Eu(III)以及1mol/L的NaNO3，水相pH接近2.5，有机相中C6mimC301的浓度为10mmol/L。两相混合并搅拌5分钟后，离心分离，分别取水相和有机相进行放射性检测，确定Am(III)的萃取率为99.9％，Eu(III)的萃取率为1％。
实施例4：C8mimC301-煤油萃取分离Am(III)和Eu(III)。进行萃取实验时，水相中含有示踪量的241Am、示踪量的152,154Eu、5mmol/L的Eu(III)以及1mol/L的NaNO3，水相pH为5，有机相中C8mimC301的浓度为5mmol/L。两相混合并搅拌30分钟后，离心分离，分别取水相和有机相进行放射性检测，确定Am(III)的萃取率为99.7％，Eu(III)的萃取率为0.8％。

Claims (4)

1.一种萃取分离高放废液中三价锕系与镧系离子的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)使用由一种阳离子和一种阴离子构成的功能化离子型化合物作为萃取剂，使用长链烷烃类或煤油作为稀释剂；
2)将体积为Vorg的有机相与体积为Vaq的水相混合，其中水相pH调节为2～5，有机相中萃取剂的浓度不低于3CM·Vaq/Vorg，其中CM为水相中锕系离子浓度；混合时间至少为5分钟，两相分离后，水相中锕系离子被萃入有机相，镧系离子则不被萃取或萃取率极小。
2.如权利要求1所述一种分离萃取高放废液中三价锕系与镧系离子的方法，其特征在于，功能化离子型化合物中阳离子为1-烷基-3-甲基咪唑阳离子，烷基的链长为C6-C10；阴离子为二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸阴离子。
3.如权利要求1或2所述一种分离萃取高放废液中三价锕系与镧系离子的方法，其特征在于，所采用的稀释剂为长链烷烃类有机化合物或煤油。
4.如权利要求3所述一种分离萃取高放废液中三价锕系与镧系离子的方法，其特征在于，所述的长链烷烃类有机化合物的链长为C7-C12。
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