CN85105352B - 从放射性废液中分离锕系元素的方法 - Google Patents
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Abstract
从放射性废液中分离锕系元素的方法，本发明属于处理放射性废液的工艺。该工艺选用三烷基氧化膦（ＴＲＰＯ）为萃取剂，经过一步或两步多级逆流萃取，使锕系元素和稀土元素进入机相，水相变成不含ａ核素的溶液。本发明萃取剂易合成，价格便宜，工艺流程短，适用于处理放射性废液的酸度范围大，可用于核动力反应堆后处理过程强放废液的处理、也可用于从其他放射性废液中回收锕系元素。
Description
本发明属于处理放射性废液的工艺方法。
核能工业面临的一个重要问题是安全地处理强放射性废液（简称强放废液）。该废液来自辐照核燃料后处理过程，其中含有长寿命、高毒性锕系元素镅（Am）、锔（Cm）、铀（U）、镎（Np）钚（Pu）及强放射性的裂变产物锶（Sr）、铯（Cs）等。如果直接将该废液固化处理，埋藏在地层中，则所含的锕系元素需要经过数百万年的衰变才能达到对人类无害的水平。可是，对于这样长的时间，人们无法预测埋藏放射性物质的地层能否稳定。解决问题的方法是从强放废液中分离锕系元素，使它变成不含长寿命α核素的废液，这样的废液固化后只需在地层中埋藏约一千年即可达到天然放射性本底的水平，从而大大提高了处理强放废液的安全性。分离出来的锕系元素，经进一步处理后，可作为核燃料返回反应堆使用，或加工成各种用途广泛的同位素源。
目前已报导的从强放废液中分离锕系元素的方法有：（1）磷酸三丁酯（TBP）萃取法;（2）二（2-乙基己基）磷酸（HDEHP）萃取法;（3）美国专利3，993，728报导的双官能团萃取剂（DBDECMP）萃取法;（4）美国专利4，162，230报导的二（2-己氧基乙基）萃取法。这些方法存在某些不足之处。方法（1）要求在高盐低酸介质中萃取三价锕系元素，需要将废液脱硝，并加入一定量的盐析剂，增加了废液中的盐份，不利于后续浓缩和固化处理。方法（2）只能在很低的酸度条件下萃取三价锕系元素，这时废液中存在的锆（Zr）、铁（Fe）等会产生沉淀，使得锕系元素分离不完全，而且含有强放射性的固液分离难以操作。方法（3）采用的萃取剂不易合成与纯化。方法（4）中萃入有机相的锕系元素不易反萃和回收，对锶、铯去污不够好。
本发明的目的在于，针对上述方法存在的缺点提出用国产萃取剂三烷基氧化膦（TRPO）从酸性放射性废液中分离锕系元素并实现锕系元素彼此分离的工艺流程。
本发明的要点在于，选用的萃取剂为中性三烷基（混合）氧化膦（TRPO），它的分子式为R3PO，其中R为6～8个碳原子的烷基;该萃取剂在常温下为液体，可与饱合烃类稀释剂互溶。萃取有机相为萃取剂三烷基（混合）氧化膦（TRPO）与饱和烃类稀释剂组成的溶液。所处理的放射性废液为含有稀土、锕系元素和裂变产物的硝酸溶液。用适量的肼和硝酸羟胺将镎、钚的价态调整至+4价。经过一步或两步多级逆流萃取，锕系元素（铀、镎、钚、镅、锔）和稀土元素萃入有机相，而锶、铯等裂变产物及铁、钠等常量组分仍留在水相中，使水相变成不含有α放射性核素的溶液。含有锕系元素和稀土元素的有机相依次用硝酸溶液反萃镅、锔和稀土;用草酸溶液反萃镎和钚;用碳酸钠溶液反萃铀。反萃后的有机相经酸处理后可以重复使用。
与其它从强放废液中分离锕系元素的方法相比，本发明具有以下优点（1）可以从酸度较高的放射性废液中分离锕系元素，避免了使用某些萃取剂如二（2-乙基己基）磷酸（HDEHP）时需要调节料液酸度接近中性从而导致锆、铁等元素产生沉淀的问题;（2）选用的萃取剂易合成，易纯化，价格比较便宜，并具有良好的耐辐照性能;（3）选用的萃取剂对裂变产物锶、铯去污性能良好，一般不需要设置洗涤段;（4）萃入有机相的锕系元素容易实现反萃和回收。上述优点使本发明具有实用价值。
图1给出了本发明一步萃取从强放废液分离锕系元素的工艺流程。
对照图1对实施本发明的工艺流程进行详细描述：图中〔1〕为萃取段，强放废液〔2〕中含有锕系元素（铀、镎、钚、镅、锔）、稀土和裂变产物，在该废液中加入适量的肼和硝酸羟胺，将镎、钚调至+4价，形成待处理料液进入萃取段，图中〔3〕为萃取有机相，它是由30%（体积）三烷基（混合）氧化膦（TRPO）-加氢煤油组成，经过多级逆流萃取，使料液和萃取有机相充分接触，锕系元素、稀土元素萃入有机相，而主要裂变产物锶、铯仍留在水相中，该水相废液〔4〕，可直接进行固化，埋藏处置。图中〔5〕为第一反萃段，在第一反萃取段中含有锕系、稀土元素的负载有机相用5M硝酸〔6〕进行反萃，这时镅、锔和稀土元素从有机相反萃到硝酸反萃液〔7〕中。图中〔8〕为第二反萃段，第一次反萃后的有机相流入〔8〕中，用0.5M草酸溶液〔9〕再次反萃，这时镎、钚从有机相中反萃到草酸反萃液〔10〕，第二次反萃后的有机相流入第三反萃段〔11〕中，最后用5%（重量）碳酸钠溶液〔12〕从有机相将铀反萃到碳酸钠反萃液〔13〕中，从而使有机相得到纯化。纯化后的有机相用2M硝酸洗涤并重复使用。
本发明可用于处理酸度为0.3～3.0M的放射性废液，尤其适用于处理酸度为0.5～2.5M的放射性废液。核燃料后处理产生的强放废液，酸度为2.4-3.0M，一般需要浓缩和脱硝后，进行处理，在浓缩、脱硝中将废液酸度调至1.0-2.5M，即可实施本发明一步萃取分离锕系元素的工艺流程。
本发明所用的有机稀释剂为不溶于水的饱合烃类化合物，实用以加氢煤油为好，萃取剂三烷基（混合）氧化膦（TRPO）在稀释剂中的浓度为5-50%（体积），其中以30%（体积）为好。
含有锕系、稀土元素的负载有机相可用4-8M硝酸选择性地反萃镅、锔和稀土，其中以5-6M硝酸为好。用0.1-1.0M草酸水溶液可以从有机相反萃镎和钚，其中以0.4-0.5M草酸为好。如果不需要将镅、锔、稀土与镎、钚分离，也可以直接用0.4-0.5M草酸水溶液同时反萃镅、锔、镎、钚、稀土。用3-10%（重量）碳酸钠水溶液可以从有机相反萃铀，其中以5%碳酸钠水溶液为好。与此同时，碳酸钠水溶液使有机相得到纯化处理。
萃取设备可选用混合澄清槽、离心萃取器或萃取柱等，流比可根据工程设计和经济因素适当选择，萃取和反萃温度25-75℃均可。
根据放射性废液的成分和酸度情况（例如：废液中铀、镎、钚含量较高，酸度较高），本发明可以采用二步萃取分离锕系元素的工艺流程。图2为二步萃取强放废液分离锕系元素的流程图。图中〔1〕为第一萃取段，强放废液〔2〕在调节价态之后，先在较高酸度（例如2.4-3.5M）和低流比（有机相/水相＝0.2-0.5∶1）的条件下，用10-20%（体积）三烷基（混合）氧化膦（TRPO）-加氢煤油〔3〕选择性地萃取铀、镎、钚，萃取后的有机相进入第一反萃段〔4〕中，含镅、锔、稀土的水相流入第二萃取段〔5〕中，在第二萃取段〔5〕中调节水相酸度至0.7-1.5M，用30%（体积）三烷基氧化膦（TRPO）-加氢煤油〔6〕萃取（相比：有机相/水相＝1∶1），萃取后的水相废液〔7〕，可以进行固化和埋藏。萃取后有机相流入第二反萃段〔8〕中，用5M硝酸〔9〕反萃，镅、锔、稀土进入反萃液〔10〕中，反萃后的有机相流入第二萃取段〔5〕中复用。
流入第一反萃段〔4〕中的有机相，用0.5M草酸〔11〕反萃，镎、钚进入反萃液〔12〕中，含铀的有机相进入第三反萃段〔13〕中，再用5%（重量）碳酸钠溶液〔14〕反萃铀，铀进入反萃液〔15〕中，反萃后的有机相流入第一萃取段〔1〕复用。
例1
萃取有机相为30%（体积）三烷基氧化膦（TRPO）一加氢煤油，模拟放射性废液成分为：稀土0.055M，铁0.035M，钠0.239M，硝酸0.58M，锆0.02M，放射性核素铀、镎、钚、镅、锶、铯均为示踪量。萃取设备为10毫升离心试管，在振荡器上剧烈振荡5分钟，离心分相2分钟，串级排数为级数的3-5倍，相比：有机相/水相＝1∶1。萃取之前先将镎、钚调至+4价。经六级逆流萃取，萃残液中各核素含量为：镅0.01%，镎0.07%，钚0.01%，稀土0.01%，铀0.4%，～100%，锶～99%，锆2.6%。
例2
由实施例1得到的含有铀、镎、钚、镅、稀土的有机相，经5M硝酸3级反萃，反萃残液中各核素含量为：镅～100%，稀土～100%，铀小于1%，镎小于1%，钚小于1%。
例3
由实例2得到的含有铀、镎、钚的有机相，经0.5M草酸溶液3级反萃，反萃液中各核素的含量为，铀小于1%，镎～100%，钚～100%。
例4
由实施例3得到的含铀有机相，经5%（重量）碳酸钠溶液2级反萃，反萃液中铀含量～100%。
例5
萃取有机相为30%（体积）三烷基氧化膦-加氢煤油，模拟放射性废液成分为：稀土0.055M，铁0.035M，钠0.239M，硝酸0.58M，锆0.02M，加入示踪量铕代表镅（锔）萃取行为。萃取设备为6台串连离心萃取器，两相流比：有机相/水相＝1∶1，流速为3.6毫升/分，单级停留时间30秒。连续逆流萃取运行达到平衡后，萃残液中铕含量小于0.01%。
例6
萃取有机相同实施例5，模拟放射性废液硝酸浓度为2.5M，其它成分同实施例5。萃取设备为12级串连离心萃取器，运行条件同实施例5，连续逆流萃取运行达到平衡后，萃余液中铕含量为0.17%。
Claims (5)
1、一种用溶剂萃取从酸性放射性废液中分离锕系元素的方法，所选用的萃取剂为三烷基氧化膦，它的结构式为R3PO，萃取有机相为三烷基氧化膦与饱和烃类稀释剂组成的溶液，萃取有机相与含硝酸的放射性废液进行多级逆流萃取，将废液中的锕系元素萃取到有机相中，负载有机相依次用硝酸溶液反萃镅、锔和稀土元素，草酸溶液反萃镎，钚，碳酸钠溶液反萃铀，其特征在于：
1）所说的三烷氧膦，其中的R为含6-8个碳原子的烷基;
2）所说的饱和烃类稀释剂为加氢煤油，萃取剂三烷氧膦在加氢煤油中的体积浓度为30%;
3）所说的含硝酸的放射性废液其中硝酸浓度为0.5～2.5M，
4）所说的用硝酸溶液反萃镅、锔和稀土，其硝酸浓度为5～6M，反萃液草酸浓度为0.4～0.5M，反萃剂碳酸钠溶液浓度为5%（重量）。
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