CN105018755B - 一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法 - Google Patents

一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化学分离技术领域，公开了一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法。该方法是联合使用沉淀法、萃取法和色谱法从铀和铀裂变产物中分离铕和铽，其中利用沉淀法和TRPO萃取法进行前处理，一方面除掉了克量级的铀和239Np、非稀土裂变产物等放射性核素，另一方面实现了稀土裂变产物的高回收率。采用阳离子交换色谱法从稀土元素中分离铕和铽，以α‑羟基异丁酸作为流动相，采用梯度淋洗的方法实现了稀土元素中铕和铽的分离，实现了对包括稀土元素在内的较高产额裂变产物元素的去污因子大于106的有益效果。

Description

一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法
技术领域
本发明属于化学分离技术领域，具体涉及一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法。
背景技术
裂变产额数据在核诊断、反应堆和乏燃料计算中有着广泛的应用，其主要测量方法有直接γ能谱法和放化法。铕(Eu)和铽(Tb)作为铀的中子诱发裂变产物，其位于铀裂变产物质量分布曲线的最右端，它们的裂变产额值极低，中子辐照铀靶后，生成大量放射性产物，包括非稀土裂变产物、稀土裂变产物(包括铕和铽)及活化产物镎等，因而要测量铕和铽的活度较为困难，必须采用放化法才能测量它们的裂变产额值。
目前，有研究结构对热中子和单能中子诱发铀裂变时铕和铽的裂变产额值进行了测量，但实验数据的不确定度较高。主要原因在于铕、铽的裂变产额值较低，需从铀和其他裂变产物中分离铕和铽，分离过程主要由多步沉淀分离和离子交换分离组成，操作步骤较为复杂，铕、铽的回收率低。另外，由于辐照、分离和测量手段的制约，有些研究机构仅给出了156Eu和161Tb裂变产额的上限值。
因此，为准确测定不同能量中子诱发铀裂变时铕和铽的裂变产额值，需要建立从克量级的铀和大量裂变产物中分离痕量铕和铽的方法。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种操作简单、铕铽回收率高且对干扰核素去污因子大于106的从克级铀和铀裂变产物中分离铕铽的方法。
(二)技术方案
为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供的技术方案如下：
一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，该方法是利用沉淀法、萃取法和色谱法分离铕和铽，其包括以下步骤：
(1)铀靶的溶解
用浓硝酸将辐照后的铀靶溶解，得到铀靶溶解液并调节铀靶溶解液呈弱碱性；
(2)沉淀
向步骤(1)所述的铀靶溶解液中加入氢氟酸和含Ca2+的水溶液，其反应生成的氟化钙与铀靶溶解液中的镎及稀土元素生成共沉淀物；
(3)溶解、萃取、反萃
将上述共沉淀物取出，并用浓度为6～15mol/L的硝酸和饱和硼酸溶解该共沉淀物，蒸干后用浓度为0.05～1.0mol/L的硝酸溶出，得到共沉淀物溶解液；用30％TRPO-煤油萃取共沉淀物溶解液中的铀、镎和稀土元素，并用5～6mol/L硝酸对稀土元素进行反萃，得到稀土元素的反萃液；
(4)色谱分离
将反萃液在电炉上蒸干，用0.01～0.1mol/L硝酸溶出，上阳离子交换色谱柱，流动相为α-羟基异丁酸，样品出峰位置采用柱后衍生法进行在线测量确定，衍生剂为0.2mmol/L的PAR溶液(PAR是4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚)；其中先以35～40mmol/L的α-羟基异丁酸作为流动相淋洗重稀土元素，并回收铽流出液；然后以45～50mmol/L的α-羟基异丁酸作为淋洗液，并回收铕流出液；
(5)介质转换
将阳离子交换色谱法分离后的铕流出液和铽流出液分别进行介质转换：调pH值至1～3后上HDEHP柱，并用0.01～0.5mol/L硝酸淋洗除掉α-羟基异丁酸，后用5～8mol/L硝酸解吸铕和铽，得到解析后的铕和铽产品。
优选地，步骤(1)中溶解铀靶的过程为：将辐照后的铀靶放入容器中，加入浓度大于7mol/L的硝酸，在加热条件下使铀靶溶解，溶解后继续加热至近干后利用去离子水将其转移到另一容器中，并加入NaOH使溶液呈弱碱性。
优选地，在步骤(1)铀靶溶解过程中加入152Eu和160Tb作为指示剂。
优选地，步骤(2)中的氢氟酸为重量分数为40％的氢氟酸；所述Ca载体为CaCl2水溶液。
优选地，步骤(5)中将解析后的铕和铽放置于电炉上蒸干，用重量分数为2％的硝酸溶出，得到用于裂变产额测量的铕产品和铽产品。
优选地，步骤(4)所述的阳离子色谱法所用的色谱柱为安捷伦300-SCX。
优选地，步骤(4)中衍生剂的流速为0.6mL/min，淋洗液的流速为1mL/min。(三)有益效果
本发明提供了从铀和铀裂变产物中分离铕和铽的方法，该方法操作简单，可用于从克量级铀和大量裂变产物中实现对铕和铽的分离，为铕和铽裂变产额数据的测量奠定了基础。该方法是联合使用沉淀法、萃取法和和色谱法从铀和铀裂变产物中分离铕和铽，该方法对铕和铽的化学收率大于80％，其中采用阳离子交换色谱法从稀土元素中分离铕和铽，以α-羟基异丁酸作为流动相，采用梯度淋洗的方法实现了稀土元素中铕和铽的分离，实现了对干扰元素的去污因子大于106的有益效果。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，该方法是利用沉淀法、萃取法和高效液相色谱法分离铕和铽，其步骤为：
(1)铀靶的溶解
将含3g铀的铀靶置入反应堆中辐照，辐照产生大量的裂变产物核素及活化产物239Np，用8mol/L硝酸将辐照后的铀靶溶解，将辐照后的铀靶放入容器中，在加热条件下使铀靶溶解，溶解后继续加热至近干后利用去离子水将其转移到另一容器中，并加入NaOH使溶液呈弱碱性。溶解过程中还向容器中加入了152Eu和160Tb作为指示剂。
(2)沉淀
向步骤(1)所述的铀靶溶解液中加入2mL重量分数为40％的氢氟酸和含有20mgCaCl2的水溶液，搅拌摇匀，热水浴加热陈化15min，其反应生成的氟化钙与铀靶溶解液中的镎及稀土元素生成共沉淀物；经冷却、离心后弃清液，然后用4mL重量分数为1％HF洗涤沉淀两次，离心、弃清液。
(3)溶解、萃取、反萃
将上述共沉淀物取出，用8mol/L硝酸和5～10滴饱和硼酸搅拌溶解沉淀，并将其在加热条件下蒸干，用0.25mol/L硝酸转移至另一容器中，得到共沉淀物溶解液；用30％TRPO-煤油萃取共沉淀物溶解液中的铀、镎和稀土元素，并用5.5mol/L硝酸对稀土元素进行反萃，得到稀土元素的反萃液；将反萃液蒸干并用0.01mol/L硝酸溶液将其溶出。
(4)色谱分离
将反萃液上安捷伦300-SCX阳离子色谱柱，流动相为α-羟基异丁酸，样品出峰位置采用柱后衍生法进行在线测量确定，衍生剂为0.2mmol/L的PAR溶液(PAR是4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚)，流速为0.6mL/min；其中先以37mmol/L的α-羟基异丁酸作为流动相淋洗重稀土元素，并回收铽流出液；然后以45mmol/L的α-羟基异丁酸作为淋洗液，并回收铕流出液；淋洗液的流速为1mL/min。
(5)介质转换
将阳离子交换色谱法分离后的铕流出液和铽流出液分别进行介质转换：调pH值至2后上HDEHP柱，并用0.2mol/L硝酸淋洗除掉α-羟基异丁酸、用6mol/L硝酸解吸，得到解析后的铕和铽产品，解析后的铕和铽放置于电炉上蒸干，用重量分数为2％的硝酸溶出，得到用于裂变产额测量的铕产品和铽产品。
采用HPGe γ谱仪测量产品中铕和铽的化学收率以及对主要放射性核素的去污因子，采用分光光度法测量铕和铽产品中对铀的去污因子。结果显示，该分离方法实现了从克级铀和铀裂变产物中分离铕和铽，该方法对铕和铽的化学收率高于80％，对铀、镎、非稀土裂变产物元素的去污因子均大于106，对裂变产额值高的稀土裂变元素的去污因子大于106，可满足中子诱发铀裂变产生铕和铽的产额测量的需要。
实施例2
与实施例1不同的是，步骤(3)中溶解沉淀的硝酸浓度为10mol/L，转移沉淀的硝酸浓度为0.05mol/L，反萃稀土元素所用硝酸浓度为5mol/L。将反萃液蒸干并用0.05mol/L硝酸溶液将其溶出。
步骤(4)中淋洗铽和铀的α-羟基异丁酸的浓度分别为40mmol/L和50mmol/L。步骤(5)中将铕流出液和铽流出液分别调至pH为3，所用淋洗液为0.01mol/L硝酸，所用解析液为5mol/L硝酸。
实施例3
与实施例1不同的是，步骤(3)中溶解沉淀的硝酸浓度为15mol/L，转移沉淀的硝酸浓度为1.0mol/L，反萃稀土元素所用硝酸浓度为6mol/L。将反萃液蒸干并用0.1mol/L硝酸溶液将其溶出。
步骤(4)中淋洗铽和铀的α-羟基异丁酸的浓度分别为35mmol/L和47mmol/L。步骤(5)中将铕流出液和铽流出液分别调至pH为1，所用淋洗液为0.5mol/L硝酸，所用解析液为8mol/L硝酸。

Claims (7)

1.一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，其特征在于，该方法是利用沉淀法、萃取法和色谱法分离铕和铽，其包括以下步骤：
(1)铀靶的溶解
用浓硝酸将辐照后的铀靶溶解，得到铀靶溶解液并调节铀靶溶解液呈弱碱性；
(2)沉淀
向步骤(1)所述的铀靶溶解液中加入氢氟酸和含Ca2+的水溶液，其反应生成的氟化钙与铀靶溶解液中的镎及稀土元素生成共沉淀物；
(3)溶解、萃取、反萃
将上述共沉淀物取出，并用浓度为6～15mol/L的硝酸和饱和硼酸溶解该共沉淀物，溶解后蒸干再用浓度为0.05～1.0mol/L的硝酸溶出，得到共沉淀物溶解液；用30％TRPO-煤油萃取共沉淀物溶解液中的铀、镎和稀土元素，并用5～6mol/L硝酸对稀土元素进行反萃，得到稀土元素的反萃液；
(4)色谱分离
将反萃液蒸干，用0.01～0.1mol/L硝酸溶出，上阳离子交换色谱柱，流动相为α-羟基异丁酸，样品出峰位置采用柱后衍生法进行在线测量确定，衍生剂为0.2mmol/L的PAR溶液；其中先以35～40mmol/的α-羟基异丁酸作为流动相淋洗重稀土元素，并回收铽流出液；然后以45～50mmol/L的α-羟基异丁酸作为淋洗液，并回收铕流出液；所述PAR溶液是4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚；
(5)介质转换
将阳离子交换色谱法分离后的铕流出液和铽流出液分别进行介质转换：调pH值至1～3后上HDEHP柱，并用0.01～0.5mol/L硝酸淋洗除掉α-羟基异丁酸，后用5～8mol/L硝酸解吸铕和铽，得到解析后的铕和铽产品。
2.根据权利要求1所述的一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，其特征在于，步骤(1)中溶解铀靶的过程为：将辐照后的铀靶放入容器中，加入浓度大于7mol/L的硝酸，在加热条件下使铀靶溶解，溶解后继续加热至近干后利用去离子水将其转移到另一容器中，并加入NaOH使溶液呈弱碱性。
3.根据权利要求1所述的一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，其特征在于，在步骤(1)铀靶溶解过程中加入152Eu和160Tb作为指示剂。
4.根据权利要求1所述的一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，其特征在于，步骤(2)中的氢氟酸为重量分数为40％的氢氟酸；所述Ca载体为CaCl2水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，其特征在于，步骤(5)中将解析后的铕和铽放置于电炉上蒸干，用重量分数为2％的硝酸溶出，得到用于裂变产额测量的铕产品和铽产品。
6.根据权利要求1所述的一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，其特征在于，步骤(4)所述的阳离子色谱法所用的色谱柱为安捷伦300-SCX。
7.根据权利要求1所述的一种从铀和铀裂变产物中分离痕量铕和铽的方法，其特征在于，步骤(4)中衍生剂的流速为0.6mL/min，淋洗液的流速为1mL/min。
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