一种在高放废液中提取锶和镅的三循环工艺流程的制作方法

本发明涉及核化工，尤其是涉及一种在高放废液中提取锶和镅的三循环工艺流程。

背景技术：

1、高放废液(hllw)是指乏燃料经过purex流程处理后产生的包含多种高放射性元素的废液。其成分主要包含次锕系元素(镅和锔等)和裂片元素(锶、铯、镧系、锆、钼、钯、铁等)。这些元素中有些在军事、医疗等领域具有重要应用，如锶-90(90sr)，可用于核电池，在深海探测、偏远或环境恶劣地区持续供能。以锶-90为制备原料的锶-钇发生是重要的放射性癌症治疗放射源，可治疗肝癌、肺癌等。镅-241/243(241am,243am)是烟雾报警器、探测器、中子源生产、核电池等的原料，具有高经济和应用价值。将锶-90和镅-241/243从高放废液中提取，不仅能够充分利用其价值，而且能降低高放废液处理的难度。然而由于高放废液成分复杂，从高放废液中分离提取锶和镅的难度非常大。

2、现有技术cn201910033588.3公开了一种使用n,n-二对甲苯基-2,6-吡啶二甲酰胺作为萃取剂对溶液中的锶进行萃取的技术，其特征在于：对有机相中锶的反萃取过程采用水作为反萃取剂，最终分离出水相得到锶。cn201810430465.9公开了一种从高放废液中提取锶的萃取剂及萃取方法，萃取剂为酰胺荚醚类化合物。但是我国当前尚未实现锶的工业化提取，因此研究有工业化可行性、工艺简单的锶提取工艺迫在眉睫。而镅提取目前为止仍是世界性难题，国内外暂未有相关工业化的镅提取技术报道。因此镅的提取技术也是急需解决的关键难题。

3、锶和镅的一体化提取(strontium and americium recovery by extraction,sarex)，不仅实现锶和镅的分别提取，更是简化提取过程、统一萃取剂、增加工业化可行性。是两种核素提取的关键突破性的、全新的、先进的工艺。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种在高放废液中提取锶和镅的三循环工艺流程。本发明使用萃取剂n,n,n'n'-四辛基-3-氧杂戊二酰胺(todga)，设计一种具有三循环的新提取工艺流程(sarex流程)，将高放废液中的锶和镅一体化提取，同时获取锶产品和镅产品。sarex工艺流程包括镅循环(一)、镅循环(二)和锶提取循环三个工艺环节。其中镅循环(一)包括萃取镅、除杂、反萃镅三个工艺步骤；镅循环(二)包括萃取镅、调控、反萃镅三个工艺步骤；特别地，此三个步骤中调控步骤有时可省去；锶提取循环包括萃取锶、调控、反萃锶的工艺步骤，此三个步骤中调控步骤有时可省去。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种在高放废液中提取锶和镅的三循环工艺流程，其特征在于，包括以下步骤：

4、(1)使用todga-tbp-煤油萃取体系萃取高放废液，得到第一有机相和第一水相；

5、其中，第一有机相中含有高分配比的元素，第一水相中含有低分配比的元素；

6、(2)利用除杂洗涤试剂洗涤第一有机相，去除部分裂片杂质元素，得到第二有机相和第二水相；

7、(3)利用反萃剂反萃第二有机相，得到第三有机相和第三水相：第一镅溶液；

8、(4)将第三水相预处理后使用todga-tbp-煤油萃取体系进行萃取，得到第四有机相和第四水相；

9、(5)利用反萃剂对第四有机相进行反萃，得到第五有机相和第五水相：第二镅溶液；

10、(6)使用todga-tbp-煤油萃取体系萃取第一水相，得到第六有机相和第六水相；

11、其中，第六有机相中含有锶，第六水相中含有多种杂质元素；

12、(7)利用反萃剂对第六有机相进行反萃，得到含锶的萃取液，实现对锶的提取。

13、在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述高放废液为乏燃料后处理purex流程中产生的高放废液，含硝酸浓度为2.5mol/l～4mol/l。

14、在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述具有高分配比的元素包括镅、锔、镧系、锆、钯和钇等；所述具有低分配比的元素包括锶、铯、钌、钼、铁、镍和钠等。

15、在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，todga-tbp-煤油萃取体系中，todga的浓度为0.03mol/l～0.08mol/l，tbp的浓度为0.3mol/l～0.6mol/l；

16、所述todga-tbp-煤油萃取体系与高放废液的体积比为1：1～1：3。

17、在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述除杂洗涤试剂选自草酸、hedta、cdta、dtpa或硝酸中的一种，优选硝酸；

18、洗涤可进行1次或2次；

19、洗涤试剂与第一有机相的体积比为1：1～3：1。

20、在本发明的一个实施方式中，当洗涤试剂为草酸时，草酸的浓度为0.2mol/l～0.5mol/l；

21、当洗涤试剂为hedta时，hedta的浓度为0.03mol/l～1mol/l；

22、当洗涤试剂为cdta时，cdta的浓度为0.03mol/l～1mol/l；

23、当洗涤试剂为dtpa时，dtpa的浓度为0.03mol/l～1mol/l；

24、当洗涤试剂为硝酸时，硝酸的浓度为2mol/l～4mol/l。

25、在本发明的一个实施方式中，所述裂片杂质元素为锆、锶、钼等裂片元素和轻镧系元素。

26、在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，所述反萃剂为稀硝酸或dtpa，优选稀硝酸；

27、所述反萃剂与第二有机相的体积比为1：1～1：2。

28、在本发明的一个实施方式中，当反萃剂是稀硝酸时，稀硝酸的浓度为0.001mol/l～0.1mol/l；

29、当反萃剂为dtpa时，dtpa的浓度为0.01mol/l～0.02mol/l，ph为2～5。

30、在本发明的一个实施方式中，步骤(4)中，所述预处理为浓缩处理，或，浓缩处理和酸度调节处理；

31、浓缩处理选自膜浓缩或蒸发浓缩中的一种，浓缩倍数为10～40倍；

32、酸度调节处理过程中，第三水相酸度调节的目标浓度为2mol/l～4mol/l。

33、在本发明的一个实施方式中，利用硝酸进行酸度调节；

34、所述硝酸的浓度为14mol/l～16mol/l。

35、在本发明的一个实施方式中，步骤(4)中，todga-tbp-煤油萃取体系中，todga的浓度为0.3mol/l～0.5mol/l，tbp的浓度为0.3mol/l～0.6mol/l；

36、所述todga-tbp-煤油萃取体系与第三水相的体积比为1：1～1：3。

37、在本发明的一个实施方式中，步骤(5)中，所述反萃剂为2,6-双(5,6-二(磺苯基)-1,2,4-三嗪-3基)-吡啶(so3-ph-btp)，反萃剂与第四有机相的体积比为1：1～1：1.5；

38、所述2,6-双(5,6-二(磺苯基)-1,2,4-三嗪-3基)-吡啶的浓度为0.01mol/l～0.05mol/l；

39、所述反萃剂在硝酸环境下使用，硝酸浓度为0.2mol/l～1mol/l。

40、在本发明的一个实施方式中，步骤(6)中，todga-tbp-煤油萃取体系中，todga的浓度为0.18mol/l～0.35mol/l，tbp的浓度为0.3mol/l～0.6mol/l；

41、所述todga-tbp-煤油萃取体系与第一水相的体积比为1：1～1：3。

42、在本发明的一个实施方式中，步骤(6)中，所述杂质元素包括铯、钌、钼、钡、铁、镍和钠。

43、在本发明的一个实施方式中，步骤(7)中，利用浓度为0.5mol/l～1.5mol/l的稀硝酸对第六有机相进行酸度调控并洗涤；

44、所述反萃试剂选自稀硝酸、edta-2na、cdta、dtpa中的一种；

45、当反萃试剂为稀硝酸时，稀硝酸的浓度为0mol/l～0.1mol/l，且稀硝酸的浓度不为0；

46、当反萃试剂为edta-2na时，edta-2na的浓度为0.015mol/l～0.3mol/l；

47、当反萃试剂为cdta时，cdta的浓度为0.005mol/l～0.02mol/l；

48、当反萃试剂为dtpa时，dtpa的浓度为0.005mol/l～0.02mol/l；

49、反萃过程中，反萃剂与第六有机相的体积比为1：1～1：2。

50、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

51、(1)本发明仅使用一种萃取剂todga即可实现锶和镅的同时提取，试剂体系简单，易工业化且利于废液处理；

52、(2)本发明设计的提取流程为全新的流程，工艺简洁；

53、(3)本发明使用的萃取剂todga易于获取，稳定性好，有利于本流程的工业化；

54、(4)本发明使用的镅反萃剂so3-ph-btp具有高选择性，可有效分离镅和镧系元素；

55、(5)本发明锶提取部分不添加掩蔽剂或其他络合剂，增加安全性，并且降低废液处理难度。