[其他]從放射性廢液中分離錒系元素的方法

無效

• 申請號: 85105352
• 申請日: 1985-07-13
• 公開（公告）號: CN85105352B
• 公開（公告）日: 1988-12-07
• 發明（設計）人: 朱永;焦榮洲;鄭華鈴;王守忠;周順利;楊大助;樊詩國;劉秉仁;陳樹銘
• 申請（專利權）人: 清華大學;核工業部第二研究設計院
• 主分類號: G21F9/06
• 分類號: G21F9/06;B01D11/04;C01G56/00
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 張志東,姚桂芬

本發明屬于處理放射性廢液的工藝方法。

核能工業面臨的一個重要問題是安全地處理強放射性廢液（簡稱強放廢液）。該廢液來自輻照核燃料后處理過程，其中含有長壽命、高毒性錒系元素镅（Am）、鋦（Cm）、鈾（U）、镎（N_p）钚（P_u）及強放射性的裂變產物鍶（Sr）、銫（Cs）等。如果直接將該廢液固化處理，埋藏在地層中，則所含的錒系元素需要經過數百萬年的衰變才能達到對人類無害的水平。可是，對于這樣長的時間，人們無法預測埋藏放射性物質的地層能否穩定。解決問題的方法是從強放廢液中分離錒系元素，使它變成不含長壽命α核素的廢液，這樣的廢液固化后只需在地層中埋藏約一千年即可達到天然放射性本底的水平，從而大大提高了處理強放廢液的安全性。分離出來的錒系元素，經進一步處理后，可作為核燃料返回反應堆使用，或加工成各種用途廣泛的同位素源。

目前已報導的從強放廢液中分離錒系元素的方法有：（1）磷酸三丁酯（TBP）萃取法;（2）二（2-乙基己基）磷酸（HDEHP）萃取法;（3）美國專利3，993，728報導的雙官能團萃取劑（DBDECMP）萃取法;（4）美國專利4，162，230報導的二（2-己氧基乙基）萃取法。這些方法存在某些不足之處。方法（1）要求在高鹽低酸介質中萃取三價錒系元素，需要將廢液脫硝，并加入一定量的鹽析劑，增加了廢液中的鹽份，不利于后續濃縮和固化處理。方法（2）只能在很低的酸度條件下萃取三價錒系元素，這時廢液中存在的鋯（Zr）、鐵（Fe）等會產生沉淀，使得錒系元素分離不完全，而且含有強放射性的固液分離難以操作。方法（3）采用的萃取劑不易合成與純化。方法（4）中萃入有機相的錒系元素不易反萃和回收，對鍶、銫去污不夠好。

本發明的目的在于，針對上述方法存在的缺點提出用國產萃取劑三烷基氧化膦（TRPO）從酸性放射性廢液中分離錒系元素并實現錒系元素彼此分離的工藝流程。

本發明的要點在于，選用的萃取劑為中性三烷基（混合）氧化膦（TRPO），它的分子式為R₃PO，其中R為6～8個碳原子的烷基;該萃取劑在常溫下為液體，可與飽合烴類稀釋劑互溶。萃取有機相為萃取劑三烷基（混合）氧化膦（TRPO）與飽和烴類稀釋劑組成的溶液。所處理的放射性廢液為含有稀土、錒系元素和裂變產物的硝酸溶液。用適量的肼和硝酸羥胺將镎、钚的價態調整至+4價。經過一步或兩步多級逆流萃取，錒系元素（鈾、镎、钚、镅、鋦）和稀土元素萃入有機相，而鍶、銫等裂變產物及鐵、鈉等常量組分仍留在水相中，使水相變成不含有α放射性核素的溶液。含有錒系元素和稀土元素的有機相依次用硝酸溶液反萃镅、鋦和稀土;用草酸溶液反萃镎和钚;用碳酸鈉溶液反萃鈾。反萃后的有機相經酸處理后可以重復使用。

與其它從強放廢液中分離錒系元素的方法相比，本發明具有以下優點（1）可以從酸度較高的放射性廢液中分離錒系元素，避免了使用某些萃取劑如二（2-乙基己基）磷酸（HDEHP）時需要調節料液酸度接近中性從而導致鋯、鐵等元素產生沉淀的問題;（2）選用的萃取劑易合成，易純化，價格比較便宜，并具有良好的耐輻照性能;（3）選用的萃取劑對裂變產物鍶、銫去污性能良好，一般不需要設置洗滌段;（4）萃入有機相的錒系元素容易實現反萃和回收。上述優點使本發明具有實用價值。

圖1給出了本發明一步萃取從強放廢液分離錒系元素的工藝流程。

對照圖1對實施本發明的工藝流程進行詳細描述：圖中〔1〕為萃取段，強放廢液〔2〕中含有錒系元素（鈾、镎、钚、镅、鋦）、稀土和裂變產物，在該廢液中加入適量的肼和硝酸羥胺，將镎、钚調至+4價，形成待處理料液進入萃取段，圖中〔3〕為萃取有機相，它是由30%（體積）三烷基（混合）氧化膦（TRPO）-加氫煤油組成，經過多級逆流萃取，使料液和萃取有機相充分接觸，錒系元素、稀土元素萃入有機相，而主要裂變產物鍶、銫仍留在水相中，該水相廢液〔4〕，可直接進行固化，埋藏處置。圖中〔5〕為第一反萃段，在第一反萃取段中含有錒系、稀土元素的負載有機相用5M硝酸〔6〕進行反萃，這時镅、鋦和稀土元素從有機相反萃到硝酸反萃液〔7〕中。圖中〔8〕為第二反萃段，第一次反萃后的有機相流入〔8〕中，用0.5M草酸溶液〔9〕再次反萃，這時镎、钚從有機相中反萃到草酸反萃液〔10〕，第二次反萃后的有機相流入第三反萃段〔11〕中，最后用5%（重量）碳酸鈉溶液〔12〕從有機相將鈾反萃到碳酸鈉反萃液〔13〕中，從而使有機相得到純化。純化后的有機相用2M硝酸洗滌并重復使用。