CN1477649A - 用水溶性氧杂酰胺从有机相反萃分离放射性元素的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用水溶性氧杂酰胺从有机相中反萃分离放射性元素的方法，属核燃料后处理，高放废液分离，应用化学等领域。本方法是用取代烷基碳链长度小于3个碳的烷基－3－氧杂戊酰胺水溶液作反萃剂，从萃取了锕系元素和镧系元素的磷酸三丁酯和三烷基氧膦的有机相中，经过多级错流反萃取/或连续逆流反萃取超铀元素和镧系元素。本方法有反萃流程简单，二次废物少等优点。
Description
技术领域
本发明涉及用水溶性氧杂酰胺从有机相中反萃分离放射性元素的方法，特别是用取代烷基碳链小于3个碳的氧杂酰胺。属核燃料后处理，高放废液分离，应用化学等领域。
背景技术
核电站产生的乏燃料经后处理产生了高放废液(HLLW)，高放废液的处理与处置是目前影响核能利用的关键问题之一，也是影响人类生存环境的重要问题。
乏燃料的后处理目前普遍采用以磷酸三丁酯(TBP)为萃取剂的钚还原回收(PUREX)流程。该流程包括三个循环：铀钚共去污，铀纯化，钚纯化。即先从乏燃料溶解液中同时萃取铀、钚，从负载有机相中进行铀钚分离，然后分别进行铀、钚纯化。该流程已有几十年工业运行的经验，但对基本流程的改进一直在进行着，提出了一些在技术上和经济上更合理的流程。
对于HLLW的处理，除玻璃固化深地层贮存外，目前主要有分离-嬗变(Partitioning-Transmutation，P-T)和分离-整备(Partitioning-Conditioning，P-C)两种方法。对HLLW中锕系元素的分离技术的研究是该领域研究的热点，提出了多种分离流程，其中我国研究的三烷基氧膦(TRPO)流程被认为是世界两个最有应用前景的流程之一。在TRPO流程中，首先用30％三烷基氧化瞵-煤油从高放废液中萃取锕系元素，然后分别用5.5mol/LHNO3、0.6mol/L草酸和5％Na2CO3溶液进行反萃，得到镅+稀土、镎+钚和铀三个物流。从分离-嬗变观点来看，各物流分开是有利的，但流程较为复杂，所需的级数较多；从分离-整备观点来看，将超铀元素一起分离出来，进行固化，这样可使流程简化，易于工业上实现。
萃入到TBP有机相中的铀、钚用氨基磺酸亚铁、四价铀等还原剂反萃取出来，萃取到TRPO有机相中的超铀元素和镧系元素用硝酸、草酸反萃取出来，上述反萃剂存在反萃物不好分解、产生二次废物多等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种反萃流程较简单，二次废物少的反萃分离放射性元素的方法。酰胺类物质对许多金属离子具有较强的络合作用，已用于对某些金属离子和放射性核素进行萃取。但迄今为止，都是将其溶于有机溶剂中作为萃取剂使用。尚未见水溶性酰胺类物质作为反萃剂使用的报道。本发明利用酰胺类物质的强络合作用和取代基碳链较短的酰胺的溶于水的性质，将水溶性酰胺用作核燃料后处理和HLLW处理流程中的反萃剂。
本发明方法选用取代烷基碳链长度小于3个碳的烷基-3-氧杂戊酰胺水溶液作反萃剂，从萃取了锕系元素和镧系元素的磷酸三丁酯和三烷基氧膦的有机相中，经过多级错流反萃取/或连续逆流反萃取超铀元素和镧系元素。而铀则仍然留在有机相，从而实现铀与超铀元素及镧系元素的分离。铀经后续处理可继续使用，超铀元素与镧系元素分离后，或玻璃固化或经嬗变成短半衰期核素，把放射性的长期危害减到最小。
用水溶性氧杂酰胺作为反萃剂，具有以下特点：
1、水溶性氧杂酰胺分子中含有与超铀元素和镧系元素络合能力很强的配位基团，能够使超铀元素和镧系元素完全从有机萃取剂中反萃出来，反萃效率接近100％。
2、水溶性氧杂酰胺可完全溶在水溶液中，而在有机相中的溶解小于1％，反萃剂在使用过程中损失很小。
3、水溶性氧杂酰胺由C、H、O、N元素组成，反萃产物容易分解，并且不产生二次固体废物。
4、水溶性氧杂酰胺合成方法简单，成本低廉，便于工业规模生产。
5、水溶性氧杂酰胺可以从中性磷(膦)酸萃取剂、酸性磷(膦)酸萃取剂及酰胺类萃取剂中反萃超铀元素和镧系元素，而不反萃取铀。
附图说明
图1为错流反萃取流程图。
图2为逆流反萃取流程图。
具体实施方式
所选用的水溶性氧杂酰胺有两种：单酰胺和双酰胺，其分子式如下：
(I)单酰胺
其中R，R’可以为甲基、乙基或丙基。
(II)双酰胺
其中R1、R2、R3、R4可以分别为甲基、乙基或丙基。
图1、2为本发明工艺流程图。图中1，2，3，4，5为反萃取段，每一段为一级。O1为负载后的有机相(含TBP或TRPO等萃取剂)；S为反萃剂(水溶性氧杂酰胺)；P为含锕系元素的水相；O2为反萃取后的有机相。
含锕系元素(铀和超铀元素)和镧系元素的有机相O1进入错流反萃取流程的第1级，逐级与新鲜的反萃剂S接触，S将O1中大部分超铀元素和镧系元素反萃取到水相成为P，有机相变成了只含有铀的有机相O2，经3-5级错流反萃，接近＞99％的超铀元素和镧系元素进入水相P。或者，含锕系元素(铀和超铀元素)和镧系元素的有机相O1进入逆流反萃取流程第1级，与从末级加入的反萃剂S逆流接触，S将O1中大部分超铀元素和镧系元素反萃取到水相成为P，有机相变成了只含有铀的有机相O2，经3-5级逆流反萃，接近＞99％的超铀元素和镧系元素进入水相P。
实施例1
按图1所示反萃取流程进行错流反萃取试验，具体参数如下：O1：含铀、超铀元素和镧系元素的有机相(30％v/v TRPO-煤油溶液)S：含0.5mol/L的水溶性N，N-二烷基-3-氧杂-戊单酰胺溶液，酸度为0.1-0.8mol/L HNO3P，P1，P2，P3，P4，P5：含超铀元素和镧系元素的反萃水相产物流。O2：只含铀的有机相反萃级数：5级；流比：有机相/水相＝1∶1反萃取时间：30分钟；反萃取温度：25℃超铀元素和镧系元素的反萃率大于99％，铀的反萃率小于0.1％。
实施例2
按图1流程进行错流反萃取试验，其中：S：含0.1mol/L的水溶性N，N，N’，N’-四烷基-3-氧杂-戊二酰胺溶液，酸度为1.5-2.0mol/L HNO3其余参数同实施例1。经过5级错流反萃取，超铀元素和镧系元素的反萃取率的可以达到99％以上，铀的反萃取率小于0.1％。
实施例3
按图1流程进行错流反萃取试验，其中：O1：含铀和钚的有机相(30％TBP-煤油溶液)其余参数同实施例1，经过5级错流反萃取，钚的反萃率大于99.9％，铀的反萃率小于0.1％。
实施例4
按图1所示流程进行错流反萃取试验，其中：O1：含铀和钚的有机相(30％TBP-煤油溶液)，其余参数同实施例2。经过5级错流反萃取，钚的反萃率大于99.9％，铀的反萃率小于0.1％。
Claims (3)
1、一种用水溶性氧杂酰胺从有机相反萃分离放射性元素的方法，其特征是：用取代烷基碳链长度小于3个碳的烷基-3-氧杂戊酰胺水溶液作反萃剂，从萃取了锕系元素和镧系元素的磷酸三丁酯和三烷基氧膦的有机相中，经过多级错流反萃取/或连续逆流反萃取超铀元素和镧系元素。
2、根据权利要求1所说的一种用水溶性氧杂酰胺从有机相反萃分离放射性元素的方法，其特征是所说的取代烷基碳链长度小于3个碳的烷基-3-氧杂戊酰胺水溶液为N，N-二烷基-3-氧杂-戊单酰胺溶液。
3、根据权利要求1所说的一种用水溶性氧杂酰胺从有机相反萃分离放射性元素的方法，其特征是所说的取代烷基碳链长度小于3个碳的烷基-3-氧杂戊酰胺水溶液为N，N，N’，N’-四烷基-3-氧杂-戊二酰胺溶液。
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