一种Ni-63溶液γ核素去除方法与流程

本发明涉及核素提纯工艺技术领域，特别是涉及一种ni-63溶液γ核素去除方法。

背景技术

⁶³ni(ni-63)半衰期为100.1年，能产生纯β射线，最大能量66.9kev，是目前世界上应用最广泛的低能β放射源之一，可用于β活度测量和β能量响应刻度时的参考源和工作源、色谱仪电子捕获器、离子感烟探测器、电子管内电离源、气相层析的电子俘获探头等多个应用领域。而⁶³ni的生产是通过⁶²ni在反应堆内经中子辐照发生⁶²ni(n,γ)⁶³ni后获得，然后再经过分离提纯，制成高纯⁶³nicl2溶液。而辐照后得到的⁶³ni粗品溶液中，除存在大量镍(包括⁶³ni产品)外，还存在一定的放射性和非放射性杂质，其中⁶⁰co、⁵⁸co、⁵⁷co、⁵⁹fe等将产生强γ射线。根据ej/t651-1992标准对⁶³ni源γ放射性限值要求，最终的⁶³ni溶液产品中hpgeγ谱仪检测中eγ＞100kev的γ杂质应小于0.1％，因此，必须对初级产品进行分离提纯，尽量去除其中的强γ核素。

此外，镍作为金属材料被广泛应用于反应堆构件中，其活化产物也常见于反应堆产生的放射性固体废物和废水中，而⁶³ni作为纯β放射性核素，主要存在于铝合金、不锈钢、石墨、混凝土和铅等反应堆材料中，是反应堆退役样品中需要检测的重要核素之一。因此，该体系中的⁶³ni活度的准确测量具有重要意义。但由于β核素发射的是连续谱，在固体样品中有着严重的自吸收，并且⁶³ni所发射的射线能量较低，测定之前必须与其他干扰核素完全分离，因此⁶³ni的测定对于化学分离制样程序要求较高。

不管是⁶³ni同位素的制备还是反应堆构件中⁶³ni的测定，均需要首先除去样品中的强γ核素。⁶³nicl2溶液中γ核素去一般采用强碱性阴离子树脂，通过离子交换达到去除γ核素的目的。虽然前期已有过类似的研究，但大多未经过实验验证，强γ辐照条件下体系的分离性能还需要进一步验证；而且部分树脂价格昂贵，不适用于工业应用。此外，个别报道有采用在carr研究堆中辐照后的天然镍靶件进行分离体系的研究，但由于⁶²ni(n,γ)⁶³ni反应截面小，天然镍中⁶²ni含量仅为3.6345％，辐照也仅为10天，生成的⁶³ni比活度很低，产生的γ杂质含量极少，研究仍处于实验室验证初级阶段，应用验证不充分。

因此，亟待建立一种分离效果好的方法来解决⁶³ni溶液中γ核素的高效去除问题。

技术实现要素：

针对上述提出的亟待建立一种分离效果好的方法来解决⁶³ni溶液中γ核素的高效去除问题的问题，本发明提供了一种ni-63溶液γ核素去除方法，本方法通过离子交换法，提供了一种可有效去除ni-63溶液中γ核素的方法。

为解决上述问题，本发明提供的一种ni-63溶液γ核素去除方法通过以下技术要点来解决问题：一种ni-63溶液γ核素去除方法，包括转体系步骤s1及柱分离步骤s2；

所述转体系步骤s1为：

s1-1、向样品溶液中加入钴载体，使得最终得到的溶液y1中钴的总浓度为80～120μg/ml；

s1-2、溶液y2制备：对溶液y1进行加热，蒸干后得到固体；

待所述固体冷却至室温后，采用浓度为10～12mol/l的盐酸进行溶解，使得最终溶液中镍的浓度小于5000μg/ml，得到溶液y2；

所述柱分离步骤s2为：

s2-1、柱的预处理：树脂为凝胶交联结构的苯乙烯—二乙烯苯共聚体上带有季铵基[-n(ch3)3oh]的阴离子交换树脂，采用3～5mol/l的盐酸浸泡阴离子交换树脂30～60min后上柱，而后使用3～5mol/的盐酸l的盐酸淋洗树脂柱，每10ml的树脂采用30～50ml的盐酸淋洗；而后再用2％～5％的氢氧化钠溶液淋洗树脂柱，每10ml的树脂采用30～50ml的氢氧化钠溶液淋洗；最后用去离子水将树脂柱淋洗至中性；

s2-2、分离：采用10～12mol/l盐酸淋洗步骤s2-1得到的树脂柱，加入的盐酸的体积为装柱的树脂体积的3～5倍；而后将溶液y2加入树脂柱中，待柱中溶液恰好流干后，再用10～12mol/l盐酸淋洗树脂柱，加入盐酸淋洗液的体积为y2溶液的1～3倍，由树脂柱流出的液体即为去除了γ核素的ni-63溶液。

本方案中，所述上柱为将经过盐酸浸泡的阴离子交换树脂进行树脂柱制备。优选设置为柱分离采用的柱子高径比为10:1～60:1，每1g镍所需的分离树脂的体积为100～500ml。

更进一步的技术方案为：

采用10～12mol/l盐酸淋洗步骤s2-2加入过y2溶液的树脂柱时，盐酸淋洗速度小于或等于0.8ml/min。

在步骤s2-2中，将溶液y2加入树脂柱中在树脂柱不再流出盐酸淋洗所引入的液体时进行；

在将溶液y2加入树脂柱中时更换接液瓶。

在完成溶液y2加入树脂柱中且树脂柱不再有流体流出时，向树脂柱加入10～12mol/l盐酸继续淋洗树脂柱，加入盐酸淋洗液的体积为加入的y2溶液体积的1～3倍，此时接液瓶继续收集液体。

还包括重复去除步骤，所述重复去除步骤包括顺序进行的重复转体系和重复柱分离，所述重复转体系为对步骤s2-2所得的ni-63溶液做如下处理：

向ni-63溶液中加入钴载体，使得所得溶液y3中钴的总浓度为80～120μg/ml；

对以上溶液y3进行加热，蒸干后得到固体；

待由溶液y3所述固体冷却至室温后，采用浓度为10～12mol/l的盐酸进行溶解，使得最终溶液中镍的浓度小于5000μg/ml，得到溶液y4；

所述重复柱分离为：

采用树脂柱进行分离：树脂为凝胶交联结构的苯乙烯—二乙烯苯共聚体上带有季铵基[-n(ch3)3oh]的阴离子交换树脂。

所述重复柱分离包括树脂柱再生和二次柱分离：

所述树脂柱再生为：对本方法实施过程中使用过的树脂柱做如下处理：向树脂柱中加入去离子水，以将树脂柱中残留的钴淋洗下来，加入去离子水的体积为加入的y2溶液体积的5～8倍；而后向树脂柱中加入10～12mol/l的盐酸淋洗树脂柱，加入的盐酸淋洗液的体积为装柱的树脂体积的3～5倍；而后使得树脂柱各个区域均浸润于10～12mol/l的盐酸以用于保柱；

所述二次柱分离为：打开树脂柱开关，待树脂柱再生过程中残留的盐酸流干后，向树脂柱加入溶液y4并更换接液瓶，待柱中溶液恰好流干后，再用10～12mol/l盐酸淋洗树脂柱，加入盐酸淋洗液的体积为y4的1～3倍，由树脂柱流出的液体即为去除了γ核素的ni-63溶液。

所述重复去除步骤包括顺序进行的多次，且第一次重复去除步骤的原料为步骤s2-2所得的ni-63溶液，后续重复去除步骤的原料为上一次重复去除步骤所得的ni-63溶液。

本发明具有以下有益效果：

采用本方案，可高效的去除ni-63溶液中的强γ核素(⁶⁰co、⁵⁸co、⁵⁷co、⁵⁹fe)，一次分离后镍的总回收率高达95％；

本方案采用反载体法进行强γ核素的去除，可显著提高γ核素的去除率：实施本方案，γ谱仪测得分离前总γ活度为4.86×10⁸bq，二次分离后，即实施一次重复去除步骤后，总γ活度则为857bq，总γ核素的去除率可高达99.999％。

本方案采用的树脂成本低，且可重复使用。

附图说明

图1为实施例1所述的分离曲线图，该分离曲线图为12mol/lhcl，500mg/lni²⁺、co²⁺条件下的分离曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种具体的实现方式：

本实施例中，实验用水为去离子水，并经过石英亚沸蒸馏器蒸馏后使用，电阻率>18mω.cm。

具体步骤如下：

第一步、一次转体系：

1.1反载体钴的加入。

用1ml移液枪准确移取钴标准溶液1ml于5ml待分离的ni-63溶液中。该ni-63溶液中的镍浓度约为500μg/ml，得到样品溶液y1。实验中所有步骤所需反载体钴载体为有效期以内的钴标准溶液，浓度为1000μg/ml，相对扩展不确定度为0.7％，k＝2。

1.2样品溶解液y2的制备。

将溶液y1置于电热板上，中档加热至恰好全干。待样品冷却后，量筒量取10ml的12mol/l盐酸加入到样品中，放置半天使固体全部溶解，得到黄绿色澄清透明的样品溶液，得到样品溶液y2，其中钴浓度约为100μg/ml。

第二步、一次柱分离：

2.1柱的预处理。

柱分离采用的树脂是凝胶交联结构的苯乙烯—二乙烯苯共聚体上带有季铵基[-n(ch3)3oh]的核级阴离子交换树脂，品牌为zganr170。分离柱为φ10mm，长30cm，玻璃材料。装柱前采用3mol/l盐酸浸泡阴离子交换树脂30min后上柱，控制柱高在13cm，加入的树脂体积为10ml。装柱完成后用50ml3mol/l盐酸淋洗树脂柱，结束后再用50ml5％氢氧化钠溶液淋洗树脂柱，最后用去离子水将树脂柱淋洗至中性，保柱待用。

2.2一次柱分离具体流程。

样品上柱前用50ml12mol/l盐酸淋洗树脂柱，调节使流速08ml/min，待盐酸恰好流干后将待分离的溶液y2加入树脂柱中，同时更换接液瓶，待样品液恰好流干后用量筒补加26ml的12mol/l盐酸继续淋洗树脂柱，待柱中溶液恰好流干关闭树脂柱开关，接得的溶液即为ni-63样品。

第三步、二次转体系：

3.1反载体钴的加入。

向上步一次柱分离所得的ni-63样品中用1ml移液枪准确加入1ml的钴标准溶液，得到样品溶液y3，实验中所用的反载体钴载体为有效期以内的钴标准溶液，钴标准溶液浓度为1000μg/ml、相对扩展不确定度为0.7％、k＝2。

3.2样品溶解液y4的制备。

将加入反载体后的样品溶液置于电热板上，中档加热至溶液恰好全干，待样品冷却后通过量筒准确加入10ml的12mol/l盐酸，放置使固体全部溶解，得到黄绿色澄清透明的样品溶液y4，其中钴浓度约为100μg/ml。

第四步、二次柱分离：

4.1树脂柱的再生。

由于树脂柱可重复使用，向一次柱分离后的树脂柱中加入60ml去离子水，更换新的接液瓶，控制流速1.2ml/min，将树脂柱中残留的钴淋洗下来，待树脂柱中的去离子水恰好流干后，更换新的接液瓶；向该树脂柱中加入50ml12mol/l盐酸淋洗树脂柱，调节使流速0.8ml/min，最后剩余5ml盐酸保柱，待用，完成树脂柱的再生。

4.2二次柱分离具体流程。将树脂柱的开关打开，控制流速为0.8ml/min，待柱中剩余盐酸恰好流干后上样品溶液y4，同时更换洁净的接液瓶，待样品液恰好流干后补加30ml的12mol/l盐酸继续淋洗树脂柱，待柱中溶液流干，接得的溶液即为ni-63产品溶液。

针对以上具体实施步骤，镍纯化过程中的γ核素去除率如下表所示：

镍纯化过程中的γ核素去除率

由以上表格可得出：采用该方法，对应树脂体系对镍、钴分离效果极好。

针对以上具体实施方式，得到如图1所示分离曲线。

关于图1提供的分离曲线，图中横坐标为树脂柱的流出液体积，从上样品溶液y2后开始算起，该部分体积包含三部分，第一部分是样品溶液y2，第二部分是样品溶液流干后加入的10-12mol/l的盐酸淋洗液，第三部分是冲洗柱中钴的去离子水。

纵坐标分别表示这个树脂柱的流出液中镍、钴的浓度。实验中具体操作是：上样品溶液y2后，每接满5ml样品就更换一次接液瓶，直至最后的去离子水恰好流干，产生大量样品，按流出顺序对每个样品中的镍、钴浓度进行测定，绘制了这个分离曲线图。由图可知，在前20几毫升的体积中，镍是大量流出，而这部分横坐标中钴的浓度均为本底，且基本保持不变。直到后面加入了去离子水淋洗后，钴离子大量流出。镍的峰和钴的峰完全分开，也就表明了成功的实现镍、钴的分离，且体系对镍、钴的分离度很好。此外，也表明了当只采用10～12mol/l的盐酸淋洗树脂柱，钴是基本不会被淋洗下来；而去离子水可以快速将钴淋洗下来，易于实现树脂柱的再生。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。