CN115773962A - 一种1aw溶液中总氧化物含量的分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法，包括步骤：将坩埚进行煅烧除杂，在冷却至室温后称量记录坩埚除杂后的质量；取20‑70μL的样品溶液至坩埚中，称量并记录坩埚加样后的质量；对加样后的坩埚进行煅烧，煅烧过程中，先升温至45℃‑75℃，升温速率为3‑10℃/min，恒温10‑20min，接着再升温至850℃‑900℃，升温速率为10‑15℃/min，恒温20‑30min；在煅烧完成并降温至室温后，称量并记录煅烧后样品和坩埚的总质量；计算得到溶液中总氧化物的含量。本发明还提供一种1AW溶液中总氧化物含量的分析系统，采用一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法及系统可实现操作过程简单，取样量少，分析时间短，样品溶液无渗漏和准确度高。

Description

一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法及系统

技术领域

本发明属于核燃料循环分析技术领域，具体涉及一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法及系统。

背景技术

1AW溶液是核燃料PUREX后处理流程中产生的水相高放废液，1AW溶液包含了大量的锕系元素及裂片元素，其中的总氧化物含量是工艺控制的重要参数。目前高放废液中总氧化物含量分析多采用称量法和玻璃珠熔融称重法。即定量移取样品置于坩埚中，在马弗炉中经高温煅烧，最终称重得到总氧化物含量。

由于1AW溶液放射性强，现有总氧化物分析方法存在明显不足。如：(1)操作步骤繁琐，取样量大，分析时间长，为降低操作人员的辐射风险，废物最小化，在保证分析结果准确的前提下，应尽可能降低取样量，缩短分析时间。(2)现用坩埚存在样品渗漏和爬壁现象，固需对坩埚材质进行优选。(3)现有方法中，高放废液样品灼烧温度不同，如采用700℃、900℃或1200℃高温煅烧，，尚未建立统一的煅烧温度体系。

因此，需要建立一种统一的煅烧温度体系，以对1AW溶液中总氧化物含量进行分析。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法及系统，以提供一种操作简单，取样量小，分析时间短且准确度高的1AW溶液中总氧化物含量的分析方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法，包括步骤：将坩埚进行煅烧除杂，在冷却至室温后称量记录坩埚除杂后的质量；取20-70μL的样品溶液至坩埚中，称量并记录坩埚加样后的质量；对加样后的坩埚进行煅烧，煅烧过程中，先升温至45℃-75℃，升温速率为3-10℃/min，恒温10-20min，接着再升温至850℃-900℃，升温速率为10-15℃/min，恒温20-30min；在煅烧完成并降温至室温后，称量并记录煅烧后样品和坩埚的总质量；利用坩埚除杂后的质量、坩埚加样后的质量、煅烧后样品和坩埚的总质量，计算得到溶液中总氧化物的含量。

进一步，所述坩埚为蓝宝石坩埚或铂金坩埚。

进一步，所述样品溶液中氧化物的总量≥0.2mg。

进一步，所述煅烧过程在马弗炉中进行。

进一步，所述对加样后的坩埚进行煅烧时，在手套箱中采用所述马弗炉完成。

进一步，所述马弗炉的炉体后壁孔洞连接一个L型不锈钢管，通过将气流向上导出使其在所述手套箱中扩散散热。

本发明还提供一种1AW溶液中总氧化物含量的分析系统，包括：煅烧除杂模块，用于将坩埚进行煅烧除杂，在冷却至室温后称量记录坩埚除杂后的质量；取样称量模块，用于取20-70μL的样品溶液至坩埚中，称量并记录坩埚加样后的质量；煅烧模块，用于对加样后的坩埚进行煅烧，煅烧过程中，先升温至45℃-75℃，升温速率为3-10℃/min，恒温10-20min，接着再升温至850℃-900℃，升温速率为10-15℃/min，恒温20-30min；煅烧称量模块，用于在煅烧完成并降温至室温后，称量并记录煅烧后样品和坩埚的总质量；计算模块，用于利用坩埚除杂后的质量、坩埚加样后的质量、煅烧后样品和坩埚的总质量，计算得到溶液中总氧化物的含量。

本发明的效果在于：分析1AW溶液中总氧化物的含量时，可实现操作过程简单，取样量少，分析时间短，样品溶液无渗漏和准确度高，降低了人工成本和时间成本。同时，由于1AW溶液具有放射性，在取样量少的情况下，进一步保障了人员的安全。

附图说明

图1是本发明中一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法的步骤流程图；

图2是1AW溶液中11种关键核素硝酸盐的热重变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1-2所示，本发明提出了一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法包括步骤：

S1，将坩埚进行煅烧除杂，在冷却至室温后称量记录坩埚除杂后的质量；

具体的，考虑到坩埚的污染问题，需要先对坩埚进行煅烧除杂。

在本实施例中，选用蓝宝石坩埚，将蓝宝石坩埚置于马弗炉中煅烧除杂，煅烧的温度为850-900℃。在煅烧除杂完成后，取出坩埚冷却至室温，准确称量空坩埚质量，记为m0。

S2，取20-70μL的样品溶液至坩埚中，称量并记录坩埚加样后的质量；

具体的，在完成坩埚的煅烧除杂后，采用移液器移取20-70μL的样品溶液(估算溶液中氧化物的总量应≥0.2mg)至坩埚中，准确称量加样坩埚质量，并记为m1。

S3，对加样后的坩埚进行煅烧，煅烧过程中，先升温至45℃-75℃，升温速率为3-10℃/min，恒温10-20min，接着再升温至850℃-900℃，升温速率为10-15℃/min，恒温20-30min；

具体的，完成坩埚加样后，将坩埚置于马弗炉中并设置马弗炉升温程序，其中，升温程序分为两步：

a)室温升温至65℃±5℃，升温速率为10℃/min，恒温10min；

b)升温至895℃±5℃，升温速率为10℃/min，恒温20min。

需说明的是，利用热重分析方法对1AW溶液关键核素的硝酸盐固体分别进行热分解行为研究，硝酸盐分解失重过程如图2所示。各硝酸盐经过过程分解，最终分解温度均低于800℃。此外，各分解物在850℃和900℃的质量基本没有变化，说明硝酸盐已完全转化为氧化物。因此，确定1AW溶液的最终煅烧温度控制在850-900℃。

需说明的是，在1AW溶液的煅烧过程中，在进行第一步时，设置马弗炉温度从室温升至65℃±5℃，升温速率为3-10℃/min，恒温10-20min时，观察实验过程，溶液在加热过程中无溅出，恒温后溶液基本蒸干。在进行第二步时，设置马弗炉温度继续升温至850-900℃，升温速率为10℃/min，恒温20min，待马弗炉冷却至室温后，取出坩埚，观察坩埚壁內无样品溅出痕迹，无样品爬壁现象。

S4，在煅烧完成并降温至室温后，称量并记录煅烧后样品和坩埚的总质量；

具体的，在完成煅烧程序后，等坩埚及其内的样品降温至室温，此时，称量并记录煅烧后样品和坩埚的总质量，记为m2。

S5，利用坩埚除杂后的质量、坩埚加样后的质量、煅烧后样品和坩埚的总质量，计算得到溶液中总氧化物的含量；

具体的，在通过步骤S1-S4获取到坩埚除杂后的质量、坩埚加样后的质量及煅烧后坩埚的质量，计算1AW溶液样品中总氧化物的含量，计算方法为：

其中，δ为1AW溶液中总氧化物的含量，单位为克每克(g/g)；m0为蓝宝石坩埚煅烧除杂后的质量，单位为克(g)；m1为1AW溶液样品与蓝宝石坩埚的质量，即坩埚加样后的质量，单位为克(g)；m2为895℃±5℃煅烧后，煅烧产物和蓝宝石坩埚的质量，即煅烧后样品和坩埚的总质量，单位为克(g)。

在本实施例中，完成1AW溶液中总氧化物含量的分析后，为了验证结果的准确度和精密度验证，利用如下方式进行验证：

准确移取6份40μL的钌标准溶液样品(浓度为10g/L)，按照本保护中的升温程序对样品进行煅烧，冷却后称重，计算每个样品中氧化钌测量值。计算40μL钌标准溶液中理论上氧化钌的含量为0.00049g。根据理论值计算本保护建立的分析方法的准确度和精密度。结果列于表1，6个平行样品的相对误差小于5％，相对标准偏差小于2％，满足分析需求.

表1

进一步地，在对加样后的坩埚进行煅烧时，在手套箱中采用马弗炉完成1AW溶液中总氧化物含量的分析。

需说明的是，马弗炉炉体后壁有一孔洞与外界相通，高温加热时，需考虑马弗炉中的高温气流从炉体逸出时，可能对手套箱的玻璃、橡胶手套等造成的高温损坏。本实施例在马弗炉炉体后侧孔洞处，连接一个L型不锈钢管，通过将高温气流向上导出使其在手套箱环境中扩散散热，避免炉内的高温气流向后直吹手套箱玻璃或橡胶手套。900℃煅烧过程中，马弗炉侧壁温度＜60℃，不锈钢管导出口的气流温度＜200℃，管口与手套箱顶部的距离＞20cm，对手套箱不会造成高温损坏。该措施有效地提高了在手套箱中进行高温煅烧分析操作的安全性。

以一个具体实例验证上述步骤中对1AW溶液中总氧化物含量分析效果：

准确称取6份1AW真实高放溶液，利用步骤S1-S5的方法对6份真实溶液进行煅烧，冷却后称重，所有操作均在手套箱中完成。根据称重质量计算精密度，结果列于表2，该1AW真实溶液的总氧化物含量为0.00283g/g，测量精密度为5.1％。

表2

比较900℃和1100℃不同煅烧温度下分解产物的质量差。1AW溶液经900℃煅烧，冷却至室温后对煅烧产物称重；将煅烧产物继续加热到1100℃煅烧，冷却至室温后称重。两次煅烧后产物的质量相对偏差≤5％，认为两次煅烧产物的质量基本不变。因此，确定煅烧温度为900℃满足1AW溶液总氧化物分析需求。

本发明还提供一种1AW溶液中总氧化物含量的分析系统，其包括：

煅烧除杂模块，用于将坩埚进行煅烧除杂，在冷却至室温后称量记录坩埚除杂后的质量；

取样称量模块，用于取20-70μL的样品溶液至坩埚中，称量并记录坩埚加样后的质量；

煅烧模块，用于对加样后的坩埚进行煅烧，煅烧过程中，先升温至45℃-75℃，升温速率为3-10℃/min，恒温10-20min，接着再升温至850℃-900℃，升温速率为10-15℃/min，恒温20-30min；

煅烧称量模块，用于在煅烧完成并降温至室温后，称量并记录煅烧后样品和坩埚的总质量；

计算模块，用于利用坩埚除杂后的质量、坩埚加样后的质量、煅烧后样品和坩埚的总质量，计算得到溶液中总氧化物的含量。

通过上述实施例可以看出，本发明的有益效果在于：分析1AW溶液中总氧化物的含量时，可实现操作过程简单，取样量少，分析时间短，样品溶液无渗漏和准确度高。同时还具备：(1)通过优选蓝宝石坩埚，避免了样品的渗漏和爬壁及坩埚的损坏。(2)将1AW溶液的取样量由0.5-2mL降至20-70μL，取样量至少降低了约6倍，实现了废物最小化，降低了操作人员的安全风险。(3)样品煅烧过程全部在马弗炉中进行，加热过程不中断，简化了操作过程。(4)煅烧时间由约≥300min降至约130min，煅烧时间至少缩短了近1.3倍，极大的降低了人工成本和时间成本。(5)通过热重分析法确定1AW溶液中关键核素的分解温度，为最高煅烧温度的确定提供数据支撑，在满足溶液中全部物质分解为氧化物的前提下，将煅烧温度由1200℃降至850-900℃，降低了安全风险，便于在手套箱内操作。

本发明所述并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (7)

1.一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法，其特征在于，包括：

将坩埚进行煅烧除杂，在冷却至室温后称量记录坩埚除杂后的质量；

取20-70μL的样品溶液至坩埚中，称量并记录坩埚加样后的质量；

对加样后的坩埚进行煅烧，煅烧过程中，先升温至45℃-75℃，升温速率为3-10℃/min，恒温10-20min，接着再升温至850℃-900℃，升温速率为10-15℃/min，恒温20-30min；

在煅烧完成并降温至室温后，称量并记录煅烧后样品和坩埚的总质量；

利用坩埚除杂后的质量、坩埚加样后的质量、煅烧后样品和坩埚的总质量，计算得到溶液中总氧化物的含量。

2.如权利要求1所述的一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法，其特征在于：

所述坩埚为蓝宝石坩埚。

3.如权利要求1所述的一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法，其特征在于：

所述样品溶液中氧化物总量应≥0.2mg。

4.如权利要求1所述的一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法，其特征在于：

所述煅烧过程在马弗炉中进行。

5.如权利要求4所述的一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法，其特征在于：

所述对加样后的坩埚进行煅烧时，在手套箱中采用所述马弗炉完成。

6.如权利要求5所述的一种1AW溶液中总氧化物含量的分析方法，其特征在于：

所述马弗炉炉体后壁有一孔洞与外界相通，将所述孔洞连接一个L型不锈钢管，样品煅烧时，通过将气流向上导出使其在所述手套箱中扩散散热。

7.一种1AW溶液中总氧化物含量的分析系统，其特征在于，包括：

煅烧除杂模块，用于将坩埚进行煅烧除杂，在冷却至室温后称量记录坩埚除杂后的质量；

取样称量模块，用于取20-70μL的样品溶液至坩埚中，称量并记录坩埚加样后的质量；

煅烧模块，用于对加样后的坩埚进行煅烧，煅烧过程中，先升温至45℃-75℃，升温速率为3-10℃/min，恒温10-20min，接着再升温至850℃-900℃，升温速率为10-15℃/min，恒温20-30min；

煅烧称量模块，用于在煅烧完成并降温至室温后，称量并记录煅烧后样品和坩埚的总质量；

计算模块，用于利用坩埚除杂后的质量、坩埚加样后的质量、煅烧后样品和坩埚的总质量，计算得到溶液中总氧化物的含量。

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