CN112853100B - 一种金属阳离子的提取装置、系统及其方法和用途 - Google Patents

一种金属阳离子的提取装置、系统及其方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属阳离子的提取装置、系统及其方法和用途。金属阳离子的提取装置包括：一主容器、一进料出料系统、一电场产生装置。金属阳离子的提取系统包括至少一个模块，该模块包括至少两个并联的金属阳离子的提取装置。金属阳离子的提取方法其步骤包括捕集和洗脱。金属阳离子的提取系统在熔盐堆尾气处理系统中的应用。本发明的金属阳离子的提取装置、系统及其方法和用途，能够提取熔盐堆尾气处理系统中的金属阳离子，对其进行分离纯化，且不影响尾气处理系统的稳定，丰富了熔盐堆的经济价值。

Description

一种金属阳离子的提取装置、系统及其方法和用途
技术领域
本发明涉及金属阳离子的提取装置、系统及其方法和用途。
背景技术
放射性核素广泛用于医疗、冶金、探矿、工业等领域。常见的放射性核素制备方法有加速器法、反应堆辐照法、后处理产物提取法、反应堆生产法等。反应堆生产放射性核素指的是医用同位素生产堆，除此之外，熔盐堆也是一种很有前景的放射性核素生产选项。熔盐堆采用液态燃料，可在整个主回路流动，具备在线添加裂变燃料的优点。对于裂变产生的惰性气体以及挥发性金属，可通过在线鼓泡或吹扫装置吹出后引入尾气处理系统，来分离提取放射性核素。通过熔盐堆可以提取的放射性核素包括99Mo、90Sr、131Te、137Cs等，99Mo用于制备99Tc，后者用于临床诊断，需求量巨大。90Sr可用于制备敷贴器治疗皮肤癌、也可以制备核电池和生产放药90Y。31Te用于制备31I，后者和99Mo和89Sr并称为放药市场中需求量最大的三种核素。137Cs可用于制备原子钟和用于育种、手术器械消毒的137Cs放射源等。
已有技术中大部分医用放射性核素的生产主要有两种：靶件辐照法和水溶液堆法。靶件辐照法是传统制备手段，工艺成熟，经验丰富。但整个流程复杂，需要经历制靶、辐照、破碎、溶解、提取等步骤，二次废物较多；水溶液堆法是当前主流的核素生产研究方向，其采用硝酸铀酰溶液作燃料，具有成本低、产量高、废物少、工艺简单等优点。但由于辐照产生的氢气有爆炸风险，存在一定的安全隐患。所以，高堆芯的水溶液堆在建造上还受到一定的限制。相比而言，同为溶液堆的熔盐堆既具备了易添料、易提取、高产量、少废物的特点。又能在常压下运行，同时高温熔盐在事故时能包容放射性废物，具有固有安全性高的特点。
现有的熔盐堆尾气处理系统中，往往使用石墨吸附床吸附放射性金属阳离子，而后将其当作放射性废物处理，无法对放射性金属阳离子作出进一步利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有熔盐堆尾气处理系统仅能整体上去除放射性金属阳离子，而无法对放射性金属阳离子进行分离纯化和再利用的缺陷，而提供了一种金属阳离子的提取装置、系统及其方法和用途。本发明的金属阳离子的提取装置、系统及其方法和用途，能够提取熔盐堆尾气处理系统中的金属阳离子，对其进行分离纯化，且不影响尾气处理系统的稳定，丰富了熔盐堆的经济价值。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明的目的之一在于，提供一种金属阳离子的提取装置，其包括：
一主容器、一进料出料系统、一电场产生装置；
所述进料出料系统包括一洗脱液引入管、一料液引出管、一尾气进气管和一出气管；
所述电场产生装置包括一电源和一电极；
所述的主容器的顶部设有一固定装置，所述电极设于所述主容器内，并同轴固定于所述固定装置的下方，所述洗脱液引入管通过所述固定装置垂直穿设所述主容器的顶部，所述电极的中上段水平固定环设有一洗脱液喷射环，用于将垂直向下喷入的洗脱液由中心向外喷射到所述主容器的内壁上；所述料液引出管、所述尾气进气管和所述出气管分别设于所述主容器的底部、下部和上部；所述尾气进气管的水平位置低于所述洗脱液喷射环；
所述电源设于所述主容器的外部，所述电源的正极、负极分别与所述电极的顶部、所述主容器的外壁相连。
本发明中，所述尾气进气管、所述出气管、所述洗脱液引入管和所述料液引出管上，按照常规设有相应的尾气进气管阀门、出气管阀门、洗脱液引入管阀门和料液引出管阀门。
本发明中，所述电源采用常规的电源，例如380V电源。
较佳地，所述电源的负极与所述主容器的外壁相连的同时接地。
本发明中，所述电极为常规的与所述电源的正极相连的电极。
较佳地，所述电极的外壁设有防腐蚀的保护套；更佳地为镍基合金保护套。
本发明中，所述洗脱液喷射环为常规喷射环。
本发明中，所述尾气进气管上方所在的所述主容器的空间为捕集区。
本发明中，所述金属阳离子的提取装置运作时，所述捕集区的器壁带负电，用于捕集金属阳离子。
较佳地，所述主容器的底部为内径渐缩的锥形结构，所述锥形结构的尖端与所述料液引出管相接。
较佳地，所述主容器的内壁设有防腐蚀的保护套；更佳地为镍基合金保护套。
较佳地，所述主容器的外壁设有保温层。
本发明中，所述保温层的材料为常规的保温层材料，较佳地为岩棉管。
本发明中，本领域技术人员均知晓根据气体流速计算并选择合适的主容器的尺寸。
本发明的目的之二在于，提供一种金属阳离子的提取系统，其包括至少一个模块，一个所述模块包括至少两个并联的上述的金属阳离子的提取装置；在一个所述模块中，各所述金属阳离子的提取装置的尾气进气管由一模块尾气进气管分流而成，各所述金属阳离子的提取装置的出气管并联汇总形成模块出气管；当所述的提取系统包含至少两个模块时，两个模块之间采用串联连接，所述的串联连接为后一模块的所述模块尾气进气管和前一模块的所述模块出气管连接。
较佳地，所述金属阳离子的提取系统包括串联的两个或以上所述模块，用于分别提取具有相同原子序数的金属阳离子，例如90Sr和89Sr。
较佳地，对于所述模块尾气进气管入口前的管道作接地处理。
本发明中，所述尾气指熔盐堆尾气处理系统的尾气，一般载有金属阳离子，所述尾气经所述熔盐堆尾气处理系统的过滤阀过滤后由第一个串联模块的模块尾气进气管接入所述主容器。
本发明中，经所述熔盐堆尾气处理系统的过滤阀过滤后的尾气中的金属阳离子均以气溶胶的形态存在。
本发明中，所述的熔盐堆指采用溶有易裂变材料且处于熔融状态下的熔盐作为核燃料的反应堆，例如MSRE反应堆。
本领域技术人员均知晓所述熔盐堆的尾气一般具有高温和高放射性。
在本发明的一较佳实施例中，所述熔盐堆的尾气包括以下组分中的一种或多种：He、Kr、Xe、Ar、MoF6、Te、Sr2+、Mo6+、Te4+、Rb+和Mo4+。
其中，本发明关注的核素的状态与物质浓度如下：89Kr的状态为气体，物质浓度为7.48823E11 atoms/ml。90Kr的状态为气体，物质浓度为1.16983E14 atoms/ml。137Xe的状态为气体，物质浓度为1.32122E15 atoms/ml。99Mo的状态为Mo4+和Mo6+，物质浓度为4.69125E12atoms/ml。131Te的状态为Te或Te2，物质浓度为6.54251E13 atoms/ml。
较佳地，最后一个串联模块的模块出气管与所述熔盐堆尾气处理系统的石墨延迟床相接。
本发明中，所述洗脱液引入管用于引入洗脱液，较佳地，所述洗脱液为能溶解金属阳离子的、挥发性弱的且黏度范围为1-10cP的物质，较佳地为熔融NaOH或铅铋合金。
本发明中，所述挥发性弱的物质指沸点在50～250℃的化合物，室温下饱和蒸气压超过133.32Pa时，该化合物仍为液体。
较佳地，所述料液引出管与金属阳离子分离装置相连。
本发明中，所述金属阳离子分离装置为本领域常规，较佳地为Na2TiO3吸附柱、Al2O3吸附柱和载银沸石吸附柱中的一种或多种。
较佳地，所述料液引出管依次与所述Na2TiO3吸附柱、所述Al2O3吸附柱和所述载银沸石吸附柱串联。
本发明中，所述Na2TiO3吸附柱按照本领域常规，可吸附得到Sr2+、Cs+和Ba2+中的一个或多个，而后用盐酸溶液冲洗分离出其中的Ba2+；较佳地，从所述的料液中每30分钟提取一次Sr2+，以提取核素为90Sr的Sr2+。
本发明中，所述Al2O3吸附柱按照本领域常规，可吸附得到Mo4+和Mo6+。
本发明中，所述载银沸石吸附柱按照本领域常规，可吸附得到I-。
本发明中，所述金属阳离子的提取装置可提取放射性金属阳离子，所述放射性金属阳离子为本领域常规，较佳地为Sr2+、Rb+、Mo4+、Mo6+、Cs+、Y3+和Ba2+中的一种或多种，更佳地为Sr2+、Rb+、Mo4+和Mo6+中的一种或多种。
其中，本领域技术人员均知晓，所述放射性金属阳离子随时间衰变，例如89Rb+经衰变可得89Sr2+，其半衰期为15分钟。
其中，本领域技术人员均知晓，所述放射性金属阳离子为离子态放射性核素，所述离子态放射性核素较佳地为90Sr、89Sr、137Cs、140Ba、90Y、99Mo、129Te、131Te、132Te(Te为气态Te或Te4+，衰变产物为I-)、140Ba、90Rb和89Rb中的一种或多种。
其中，本领域技术人员能够根据不同的放射性金属阳离子的半衰期，选择合适的气体通入时间，较佳地，为所述金属阳离子的十个半衰期。
在本发明的一较佳实施例中，所述金属阳离子的提取系统仅包括一个所述模块，所述模块中的主容器由上至下分别为半径为15cm、高为3cm的圆柱形、半径为13cm，高为43cm的圆柱形、半径为15cm、高为3cm的圆柱形和半径渐缩、高为9cm的圆锥形；所述电极的长度为46cm；所述距离所述主容器的顶端的高度为3cm。
在本发明的一更佳实施例中，所述金属阳离子的提取系统包括两个串联的所述模块，其中，第一个所述模块中的主容器由上至下分别为半径为15cm、高为3cm的圆柱形、半径为13cm，高为43cm的圆柱形、半径为15cm、高为3cm的圆柱形和半径渐缩、高为3cm的圆锥形；所述电极的长度为46cm；
第二个所述模块中的主容器由上至下分别为半径为60cm、高为5cm的圆柱形、半径为50cm，高为60cm的圆柱形、半径为60cm、高为5cm的圆柱形和半径渐缩、高为10cm的圆锥形；所述电极的长度为65cm；所述洗脱液喷射环距离所述主容器的顶端的高度为5cm。
本发明的目的之三在于，提供使用上述金属阳离子的提取系统的一种金属阳离子的提取方法，其步骤包括捕集和洗脱；
其中，所述捕集为将尾气导入所述金属阳离子的提取系统的模块尾气进气管；
所述洗脱为所述洗脱液喷射口喷射洗脱液，以溶解并洗脱所述金属阳离子，得到料液。
本领域技术人员知晓，根据所述主容器的大小选择合适的洗脱液喷射速度；较佳地为0.1L/min～0.3L/min。
较佳地，所述金属阳离子的提取方法，其步骤还包括放液。
所述放液为所述料液从所述料液引出管引出。
本领域技术人员知晓，根据所述主容器的大小选择合适的放液速度；较佳地为0.1L/min～0.3L/min。
较佳地，所述洗脱液喷射速度与所述放液速度相同。
较佳地，每一所述金属阳离子的提取装置捕集时，仅开启所述尾气进气管和所述出气管。
较佳地，每一所述金属阳离子的提取装置洗脱时，仅开启所述洗脱液引入管。
较佳地，每一所述金属阳离子的提取装置放液时，开启所述料液引出管，料液将尽时，关闭料液引出阀门；更佳地，应至少保持料液覆盖所述主容器的一定深度防止尾气溢出，例如保持料液覆盖主容器的捕集区以下的高度的10％。
较佳地，所述捕集的同时进行所述放液。
较佳地，每一所述模块包括至少两个并联的上述金属阳离子的提取装置，以使所述金属阳离子的提取系统不间断运行，降低安全风险。
较佳地，所述金属阳离子的提取系统包括串联的两个或以上所述模块时，每一所述模块中的主容器的捕集时间不同，本领域技术人员均知晓根据需提取的金属阳离子调整所述捕集的时间。
在本发明的一较佳实施例中，所述金属阳离子的提取系统仅包括一个所述模块，所述模块的中的每一金属阳离子的提取装置的捕集时间为6分钟。
在本发明的一更佳实施例中，所述金属阳离子的提取系统包括两个串联的所述模块，其中，第一个所述模块的中的每一金属阳离子的提取装置的捕集时间为6分钟；第二个所述模块的中的每一金属阳离子的提取装置的捕集时间为125分钟。
本发明的目的之四在于，提供上述金属阳离子的提取系统在熔盐堆尾气处理系统中的应用。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1.本发明的金属阳离子的提取装置、系统及其方法能够提取熔盐堆尾气处理系统中的金属阳离子，且不影响尾气处理系统的稳定。
2.本发明的金属阳离子的提取装置、系统及其方法能够提取熔盐堆尾气处理系统中的金属阳离子，减少放射性废物，变废为宝，丰富了熔盐堆的经济价值。
3.本发明的金属阳离子的提取装置、系统及其方法进一步通过设有金属阳离子分离装置对放射性金属阳离子进行分离纯化。
4.本发明的金属阳离子的提取装置、系统及其方法通过进一步设有两个及以上的串联模块，可分离提取具有相同原子序数的金属阳离子，例如90Sr和89Sr。
附图说明
图1为本发明实施例1～2的金属阳离子的提取装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1～2的金属阳离子的提取装置的捕集效果示意图。
图3为本发明实施例1的熔盐堆尾气中的金属阳离子的提取系统的结构示意图。
图4为本发明实施例2的熔盐堆尾气中的金属阳离子的提取系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、主容器；11、固定装置；12、洗脱液喷射环；
21、尾气进气阀门；22、出气阀门；23、洗脱液引入阀门；24、料液引出阀门；
31、电源；32、电极
41、模块尾气进气管；42、模块出气管；
5、熔盐堆；
6、过滤阀。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
如图1所示，本实施例的金属阳离子的提取装置包括一主容器1、一进料出料系统和一电场产生装置；
进料出料系统包括一洗脱液引入管、一料液引出管、一尾气进气管和一出气管；
电场产生装置包括一电源31和一电极32；
主容器1的顶部设有一固定装置11，电极32设于主容器1内，并同轴固定于固定装置11的下方，洗脱液引入管通过固定装置11垂直穿设主容器1的顶部，电极32的中上段水平固定环设有一洗脱液喷射环12，用于将垂直向下喷入的洗脱液由中心向外喷射到主容器1的内壁上；料液引出管、尾气进气管和出气管分别设于主容器1的底部、下部和上部；尾气进气管的水平位置低于洗脱液喷射环12；
电源31设于主容器1的外部，电源31的正极、负极分别与电极32的顶部、主容器1的外壁相连。
尾气进气管、出气管、洗脱液引入管和料液引出管上，按照常规设有相应的尾气进气管阀门21、出气管阀门22、洗脱液引入管阀门23和料液引出管阀门24。
电源31为380V电源。电源31的负极与主容器1的外壁相连的同时接地。
本实施例中的电极32为中间为裸露导线，外壁为的镍基合金保护套的电极32。
尾气进气管上方所在的主容器1的空间为捕集区。
本发明的金属阳离子的提取装置运作时，捕集区的器壁带负电，用于捕集金属阳离子。
主容器1的底部为内径渐缩的锥形结构，所述锥形结构的尖端与所述料液引出管相接。
主容器1的内壁设有镍基合金保护套。主容器1的外壁设有保温层，保温层的材料为岩棉管。根据气体流速计算并选择合适的主容器的尺寸。
本实施例的金属阳离子的提取系统用于8MW的MSRE尾气中的金属阳离子的提取，如图3所示，其包括一个模块，即两个并联的金属阳离子的提取装置，两个并联的金属阳离子的提取装置的尾气进气管由一模块尾气进气管41分流而成；两个并联的金属阳离子的提取装置的出气管并联汇总形成模块出气管42。
对于模块尾气进气管41入口前的管道作接地处理。
两个并联的金属阳离子的提取装置的主容器1由上至下分别为半径为15cm、高为3cm的圆柱形、半径为13cm，高为43cm的圆柱形、半径为15cm、高为3cm的圆柱形和半径渐缩、高为9cm的圆锥形；电极32的长度为46cm。洗脱液喷射环12距离主容器1的顶端的高度为3cm。
尾气经熔盐堆尾气处理系统的过滤阀6过滤后与模块尾气进气管相接。
将熔盐堆5的尾气经过滤阀6过滤至金属阳离子均以气溶胶的形态存在，夹带的熔盐颗粒被截留，实现气固分离，熔盐堆5在本实施例中为8MW的MSRE反应堆。
8MW的MSRE尾气的流速为3.75L/min、温度为550℃，其包括以下组分：He、Kr、Xe、Ar、MoF6、Te、Sr2+、Mo6+、Rb+和Mo4+。
模块出气管与熔盐堆尾气处理系统的石墨延迟床(图中未示出)相接。
洗脱液引入管用于引入洗脱液，本实施例中洗脱液为熔融NaOH洗脱液。
料液引出管与金属阳离子分离装置相连，本实施例中金属阳离子分离装置为依次串联的Na2TiO3吸附柱、Al2O3吸附柱和载银沸石吸附柱(图中未示出)。
Na2TiO3吸附柱可吸附得到Sr2+、Cs+和Ba2+中的一个或多个，而后用盐酸溶液冲洗分离出其中的Ba2+。
Al2O3吸附柱可吸附得到Mo4+和Mo6+。
载银沸石吸附柱可吸附得到I-。
本实施例中为便于使用说明，两个并联的金属阳离子的提取装置分别记为装置a和装置b。
本实施例的金属阳离子的提取系统在应用于8MW的MSRE反应堆的尾气中的金属阳离子的提取时可以按照下述提取方法操作：
捕集：将尾气导入本实施例的金属阳离子的提取系统的模块尾气进气管41，金属阳离子的提取装置的捕集效果如图2所示：在主容器1的捕集区的感应电场中，金属阳离子移动到主容器1的捕集区的器壁上，并捕集于主容器1的捕集区的器壁。
每一金属阳离子的提取装置的捕集的时间为6分钟，装置a和装置b交替对金属阳离子进行捕集，捕集过程中，尾气进气阀门21和出气阀门22的状态为开启、洗脱液引入阀门23的状态为关闭。
洗脱：洗脱液喷射环12以0.3L/min的洗脱液喷射速度喷射熔融NaOH洗脱液，以溶解并洗脱所述金属阳离子，得到料液。
每一金属阳离子的提取装置的洗脱过程中，尾气进气阀门21和出气阀门22的状态为关闭、洗脱液引入阀门23的状态为开启。
放液：打开料液引出阀门24，将料液以0.3L/min的放液速度从料液引出管引出，料液将尽时，关闭料液引出阀门，保持料液覆盖主容器1的捕集区以下的高度的10％。
每一金属阳离子的提取装置的捕集和洗脱操作分别进行，放液过程与捕集操作同时进行。
装置a和装置b交替进行金属阳离子的提取，循环往复运行。
本实施例中的每一金属阳离子的提取装置的料液引出管将料液导入依次串联的Na2TiO3吸附柱、Al2O3吸附柱和载银沸石吸附柱，使用Na2TiO3吸附柱得到Sr2+、Cs+和Ba2+，而后用盐酸溶液冲洗分离出其中的Ba2+。
使用Al2O3吸附柱分离Mo4+和Mo6+。
使用载银沸石吸附柱分离I-。
实施例2
本实施例的金属阳离子的提取系统用于8MW的MSRE尾气中的金属阳离子的提取，如图4所示，其包括串联的两个模块，其中，串联的第一个模块与实施例1中的模块完全相同，第二个模块与实施例1不同的是金属阳离子的提取装置的尺寸与金属阳离子分离装置；串联连接为第二个模块的模块尾气进气管和第一个模块的模块出气管连接。
对于模块尾气进气管41入口前的管道作接地处理。
本实施例中为便于使用说明，两个串联的同实施例1的金属阳离子的提取系统，分别记为模块A和模块B，模块B中两个并联的金属阳离子的提取装置分别记为装置c和装置d。
本实施例中的金属阳离子的提取系统的模块B的主容器由上至下分别为半径为60cm、高为5cm的圆柱形、半径为50cm，高为60cm的圆柱形、半径为60cm、高为5cm的圆柱形和半径渐缩、高为10cm的圆锥形；电极的长度为58cm。洗脱液喷射环12距离主容器1的顶端的高度为5cm。
尾气经熔盐堆尾气处理系统的过滤阀6过滤后与模块A的模块尾气进气管相接。
将熔盐堆5的尾气经过滤阀6过滤至金属阳离子均以气溶胶的形态存在，夹带的熔盐颗粒被截留，实现气固分离，熔盐堆5在本实施例中为8MW的MSRE反应堆。
8MW的MSRE尾气的流速为3.75L/min、温度为550℃，其包括以下组分：He、Kr、Xe、Ar、MoF6、Te、Sr2+、Te4+、Mo6+、Rb+和Mo4+。
模块B的模块出气管与熔盐堆尾气处理系统的石墨延迟床(图中未示出)相接。
洗脱液引入管用于引入洗脱液，本实施例中洗脱液为熔融NaOH洗脱液。
料液引出管与金属阳离子分离装置相连，本实施例中，模块A的金属阳离子分离装置为Na2TiO3吸附柱(图中未示出)；模块B的金属阳离子分离装置为依次串联的Na2TiO3吸附柱、Al2O3吸附柱和载银沸石吸附柱(图中未示出)中的一种或多种。
Na2TiO3吸附柱可吸附得到89Sr2+、90Sr2+、Cs+和Ba2+中的一个或多个，而后用盐酸溶液冲洗分离出其中的Ba2+。
Al2O3吸附柱可吸附得到Mo4+和Mo6+。
载银沸石吸附柱可吸附得到I-。
本实施例的金属阳离子的提取系统在应用于8MW的MSRE反应堆的尾气中的金属阳离子的提取时可以按照下述提取方法操作：
捕集：每一金属阳离子的提取装置的捕集的操作如实施例1，不同的是，模块A中每一金属阳离子的提取装置的捕集的时间为6分钟，装置a和装置b交替对金属阳离子进行捕集；模块B中每一金属阳离子的提取装置的捕集的时间为125分钟，装置c和装置d交替对金属阳离子进行捕集。
洗脱：每一金属阳离子的提取装置的洗脱的操作如实施例1，不同的是，模块A中洗脱液喷射环以0.3L/min的洗脱液喷射速度喷射熔融NaOH洗脱液；模块B中洗脱液喷射环以0.1L/min的洗脱液喷射速度喷射熔融NaOH洗脱液。
放液：每一金属阳离子的提取装置的放液的操作如实施例1，不同的是，模块A中的放液速度为0.3L/min；模块B中放液速度为0.1L/min。
模块A中，装置a和装置b交替进行金属阳离子的提取，循环往复运行；同时，模块B中，装置c和装置d交替进行金属阳离子的提取，循环往复运行。
模块A、B按照实施例1的方法对金属阳离子进行提取，得到料液，不同的是，模块A每30分钟使用Na2TiO3吸附柱(图中未示出)对料液进行分离，得到90Sr2+。
效果实施例
实施例2中，尾气进气管、出气管中的气体及料液引出管中的料液的成分如表1所示：
表1
Figure BDA0002877982880000131
经过实施例2的金属阳离子的提取系统后，MSRE尾气中99.99％的89Kr、90Kr和137Xe衰变并被提取、分离。尾气进气管与出气管中，本发明关注的核素的状态与物质浓度如表2所示：
表2
Figure BDA0002877982880000132
Figure BDA0002877982880000141
*出口浓度基于多物理场耦合软件comsol的计算结果，具体设置为设置入口尾气中不含有Sr、Rb、Cs等Kr、Xe的裂变产物。而后Kr进入容器再衰变产生两种带电子体。而He、Ar、MoF6等本方法不能提取的物质不关注，默认其浓度不发生变化。
由表2中的数据计算可知，实施例2的金属阳离子的提取装置、系统及其方法，金属阳离子的总提取效率为30％。
上述仅仅为本发明的具体实例，但本发明设计构思不局限于此，凡利用本构思对本发明进行非实质性改动或延伸，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (17)

1.一种金属阳离子的提取装置，其特征在于，其包括：
一主容器、一进料出料系统、一电场产生装置；
所述进料出料系统包括一洗脱液引入管、一料液引出管、一尾气进气管和一出气管；
所述电场产生装置包括一电源和一电极；
所述的主容器的顶部设有一固定装置，所述电极设于所述主容器内，并同轴固定于所述固定装置的下方，所述洗脱液引入管通过所述固定装置垂直穿设所述主容器的顶部，所述电极的中上段水平固定环设有一洗脱液喷射环，用于将垂直向下喷入的洗脱液由中心向外喷射到所述主容器的内壁上；所述料液引出管、所述尾气进气管和所述出气管分别设于所述主容器的底部、下部和上部；所述尾气进气管的水平位置低于所述洗脱液喷射环；
所述电源设于所述主容器的外部，所述电源的正极、负极分别与所述电极的顶部、所述主容器的外壁相连。
2.如权利要求1所述的金属阳离子的提取装置，其特征在于，所述尾气进气管、所述出气管、所述洗脱液引入管和所述料液引出管上设有相应的尾气进气管阀门、出气管阀门、洗脱液引入管阀门和料液引出管阀门；
和/或，所述电源为380V电源；
和/或，所述电源的负极与所述主容器的外壁相连的同时接地；
和/或，所述电极为与所述电源的正极相连的电极；
和/或，所述电极的外壁设有防腐蚀的保护套；
和/或，所述尾气进气管上方所在的所述主容器的空间为捕集区；
和/或，所述主容器的底部为内径渐缩的锥形结构，所述锥形结构的尖端与所述料液引出管相接；
和/或，所述主容器的内壁设有防腐蚀的保护套；
和/或，所述主容器的外壁设有保温层。
3.如权利要求2所述的金属阳离子的提取装置，其特征在于，所述电极的外壁设有的防腐蚀的保护套为镍基合金保护套；
和/或，所述主容器的内壁设有的防腐蚀的保护套为镍基合金保护套；
和/或，所述保温层的材料为岩棉管。
4.一种金属阳离子的提取系统，其特征在于，其包括至少一个模块，一个所述模块包括至少两个并联的如权利要求1～3任一项所述的金属阳离子的提取装置；在一个所述模块中，各所述金属阳离子的提取装置的尾气进气管由一模块尾气进气管分流而成，各所述金属阳离子的提取装置的出气管并联汇总形成模块出气管；当所述的提取系统包含至少两个模块时，两个模块之间采用串联连接，所述的串联连接为后一模块的所述模块尾气进气管和前一模块的所述模块出气管连接。
5.如权利要求4所述的金属阳离子的提取系统，其特征在于，所述金属阳离子的提取系统包括串联的两个或以上所述模块，用于分别提取具有相同原子序数的金属阳离子；
和/或，对于所述模块尾气进气管入口前的管道作接地处理；
和/或，最后一个所述串联的模块的模块出气管与熔盐堆的尾气处理系统的石墨延迟床相接；
和/或，所述洗脱液引入管用于引入洗脱液；所述洗脱液为能溶解金属阳离子的、挥发性弱的且黏度范围为1-10cP的物质；其中，所述的挥发性弱的物质为沸点在50～250℃的化合物；
和/或，所述料液引出管与一金属阳离子分离装置相连；
和/或，所述金属阳离子的提取装置用于提取放射性金属阳离子；
和/或，所述金属阳离子的提取系统仅包括一个所述模块，所述模块中的主容器由上至下分别为半径为15cm、高为3cm的圆柱形、半径为13cm，高为43cm的圆柱形、半径为15cm、高为3cm的圆柱形和半径渐缩、高为9cm的圆锥形；所述电极的长度为46cm；所述洗脱液喷射环距离所述主容器的顶端的高度为3cm；
和/或，所述金属阳离子的提取系统包括两个串联的所述模块，其中，第一个所述模块中的主容器由上至下分别为半径为15cm、高为3cm的圆柱形、半径为13cm，高为43cm的圆柱形、半径为15cm、高为3cm的圆柱形和半径渐缩、高为3cm的圆锥形；所述电极的长度为46cm；
第二个所述模块中的主容器由上至下分别为半径为60cm、高为5cm的圆柱形、半径为50cm，高为60cm的圆柱形、半径为60cm、高为5cm的圆柱形和半径渐缩、高为10cm的圆锥形；所述电极的长度为65cm；所述洗脱液喷射环距离所述主容器的顶端的高度为5cm。
6.如权利要求5所述的金属阳离子的提取系统，其特征在于，所述具有相同原子序数的金属阳离子为90Sr和89Sr；
和/或，所述洗脱液为熔融NaOH或铅铋合金；
和/或，所述金属阳离子分离装置为Na2TiO3吸附柱、Al2O3吸附柱和载银沸石吸附柱中的一种或多种；
和/或，所述金属阳离子的提取装置用于提取Sr2+、Rb+、Mo4+、Mo6+、Cs+、Y3+和Ba2+中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的金属阳离子的提取系统，其特征在于，所述金属阳离子的提取装置用于提取Sr2+、Rb+、Mo4+和Mo6+中的一种或多种。
8.如权利要求6所述的金属阳离子的提取系统，其特征在于，所述料液引出管依次与所述Na2TiO3吸附柱、所述Al2O3吸附柱和所述载银沸石吸附柱串联；
和/或，所述Na2TiO3吸附柱用于吸附得到Sr2+、Cs+和Ba2+中的一个或多个，而后用盐酸溶液冲洗分离出其中的Ba2+；
和/或，所述Al2O3吸附柱用于吸附得到Mo4+和Mo6+；
和/或，所述载银沸石吸附柱用于吸附得到I-。
9.如权利要求5～8中任一项所述的金属阳离子的提取系统，其特征在于，所述熔盐堆的尾气经所述熔盐堆的尾气处理系统的过滤阀过滤后由第一个串联模块的模块尾气进气管接入所述主容器；经所述熔盐堆的尾气处理系统的过滤阀过滤后的尾气中的金属阳离子均以气溶胶的形态存在；
和/或，所述熔盐堆为MSRE反应堆；
和/或，所述熔盐堆的尾气包括以下组分中的一种或多种：He、Kr、Xe、Ar、MoF6、Te、Sr2+、Mo6+、Te4+、Rb+和Mo4+；
和/或，所述放射性金属阳离子为离子态放射性核素。
10.如权利要求9所述的金属阳离子的提取系统，其特征在于，从所述料液引出管引出的料液中每30分钟提取一次Sr2+，以提取核素为90Sr的Sr2+；
和/或，所述离子态放射性核素为90Sr、89Sr、137Cs、140Ba、90Y、99Mo、129Te、131Te、132Te、140Ba、90Rb和89Rb中的一种或多种。
11.一种如权利要求4～10中任一项所述的金属阳离子的提取系统的金属阳离子的提取方法，其特征在于，其步骤包括捕集和洗脱；
其中，所述捕集为将尾气导入所述金属阳离子的提取系统的模块尾气进气管；
所述洗脱为洗脱液喷射口喷射洗脱液，以溶解并洗脱所述金属阳离子，得到料液。
12.如权利要求11所述的金属阳离子的提取方法，其特征在于，其步骤还包括放液；所述放液为将所述料液从所述料液引出管引出；
和/或，所述洗脱液的洗脱液喷射速度为0.1L/min～0.3L/min；
和/或，每一所述金属阳离子的提取装置捕集时，仅开启所述尾气进气管和所述出气管；
和/或，每一所述金属阳离子的提取装置洗脱时，仅开启所述洗脱液引入管；
和/或，每一所述模块包括至少两个并联的所述的金属阳离子的提取装置；
和/或，所述金属阳离子的提取系统包括串联的两个或以上所述模块时，每一所述模块中的主容器的捕集时间不同。
13.如权利要求12所述的金属阳离子的提取方法，其特征在于，所述放液的放液速度为0.1L/min～0.3L/min；
和/或，每一所述金属阳离子的提取装置放液时，开启所述料液引出管，料液将尽时，关闭料液引出阀门；
和/或，所述捕集的同时进行所述放液。
14.如权利要求13所述的金属阳离子的提取方法，其特征在于，所述洗脱液喷射速度与所述放液速度相同；
和/或，应至少保持料液覆盖所述主容器的一定深度防止尾气溢出。
15.如权利要求14所述的金属阳离子的提取方法，其特征在于，保持料液覆盖主容器的捕集区以下的高度的10％。
16.如权利要求12所述的金属阳离子的提取方法，其特征在于，所述金属阳离子的提取系统仅包括一个所述模块，所述模块的中的每一金属阳离子的提取装置的捕集时间为6分钟；
和/或，所述金属阳离子的提取系统包括两个串联的所述模块，其中，第一个所述模块的中的每一金属阳离子的提取装置的捕集时间为6分钟；第二个所述模块的中的每一金属阳离子的提取装置的捕集时间为125分钟。
17.如权利要求4～10中任一项所述的金属阳离子的提取系统在熔盐堆尾气处理系统中的应用。
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