专利名称：从生产堆浓缩高放废液中分离锕系元素的方法
技术领域：
本发明属于反应堆乏燃料后处理产生的高放射性废液的处理方法，从高放废液中分离锕元素的研究是核能安全利用和环境保护领域的前沿课题，核燃料裂变时，除了生成裂变产物外，由于铀核俘获中子生成镎、钚、镅、锔等核素进入高放废液，短寿命的裂变产物存放300-500年后对人类已无害，而含有长寿命α放射性的铀后元素存放106年还是有害的，必须与生物圈隔离。如能把高放废液中的锕系元素比较简单经济地分离出来，送回反应堆中嬗变成短寿命的裂变产物，核然料循环的安全性和经济性均可提高，这对推动核能事业的发展有重要作用。
中国专利CN85105352.1已对从放射性废液中分离锕系元素的方法进行了说明，但该专利只能处理低含盐量放射性废液。我国生产堆高放废液浓缩倍数大，为通常高放废液的20-50倍，采用CN85105352.1专利提取锕系元素就会产生第二有机相，使连续逆流萃取无法进行。
为了消除第二有机相的产生，可采用下列办法第一种将浓缩的高放废液稀释，使其含盐浓度降低，再用CN85105352.1专利中三烷基氧化膦(TRPO)萃取体系进行逆流萃取，这样可以消除第二有机相，但至少要稀释3-5倍，使二次废液量大为增加，萃取剂和反萃剂用量相应也要增加，从环保角度看，这一方案不合理。第二种方法加入其它溶剂如正辛醇，异辛醇等到三烷基氧化膦萃取体系中，这样，在萃取高放废液中的锕系元素时，不会出现第二有机相。但在此工艺流程中，镅的萃取分配比很小，影响镅的提取率。
针对上述矛盾，本发明的目的在于提供一种复合萃取体系即磷酸三丁酯(TBP)-三烷基氧化膦(TRPO)-煤油萃取体系，对浓缩高放射性废液中的锕系元素进行分离的工艺方法，该方法不但避免萃取过程中出现第二有机相，而且保证了镅及其它锕元素的提取率。
本发明的要点在于选用复合萃取体系即磷酸三丁酯(TBP)-三烷基氧化膦(TRPO)-煤油对浓缩高废液中的锕系无素进行多级逆流萃取、洗涤，将废液中的锕系元素镅、稀土、镎、钚、铀萃取到有机相，将负载有机相依次用硝酸溶液、草酸溶液、碳酸钠溶液进行反萃取，反萃后的有机相经再生后循环使用。
本发明处理高放废液总蒸残物浓度为200-400克/升其中 含铝约 0.6克分子/升-0.9克分子/升铁为 0.2-0.4克分子/升钠为 0.2-0.3克分子/升镍为 0.1-0.2克分子/升锶、铯、铀为微量、镎、钚、镅为示踪量。
萃取过程中流比有机相/水相为1/3-3/1;萃取温度20℃-30℃;萃取体系中磷酸三丁酯浓度为15-25%(体积百分数)，三烷基氧化磷浓度为25-35%(体积百分数);萃取段萃取级数为11-15级，洗涤级数为4-8级。萃取设备可选用混合澄清槽、离心萃取器或萃取柱。三烷基氧化膦的分子式为R3PO，其中R为6-8个碳原子的烷基，在常温下为液体，可与饱合烃类稀释剂(例如煤油)互溶，而磷酸三丁酯则是核化工业中常用的萃取剂，具有很高的辐照稳定性，又能与饱合烃类稀释剂互溶，这样磷酸三丁酯-三烷基氧化膦-煤油体系是一个均匀的有机溶液。磷酸三丁酯萃取一部分常量元素例如铁等，减轻了三烷基氧化膦的萃取负载和提高了对锕系元素萃取的能力，而且又可以消除第二有机相的产生。本发明选择了合理的萃取级数和洗涤级数，从而浓缩高放射性废液经萃取使得锕系元素及稀土元素进入有机相，含裂变产物及常量组分铁、钠等的水溶液成为不含α放射性的溶液，有机相经反萃后再复用。
本发明具有以下优点(1)消除了在萃取过程中出现的第二有机相，保证了萃取体系对浓缩高放废液中锕系元素萃取工艺过程顺利实现。(2)避免了稀释法产生大量二次废液和使用大量萃取剂和反萃取剂。(3)选用的萃取体系易纯化，价格便宜，具有很好的耐辐照性能。
下面结合附图对本发明进行详细描述图1为本发明的工艺流程图浓缩高放废液(F)从1段后半部加入与从第1级加入的萃取体系(0)进行逆流萃取，所需提取的镅等锕系元素均进入有机相，同时也萃取了部分不需提取的核素，因此，从1段末级需加入洗涤剂(S1)，洗去不需萃取的部分，经萃取后的水溶液(W)从1段第一级排出。
含锕系元素的有机萃取体系进入2段，为了从萃取剂中反萃取镅与稀土元素，从2段后半部加入反萃取剂(S2)，含镅及稀土的水溶液(P1)从2段第一级收集。从2段末级加入洗涤剂(S3)，洗去萃取体系(0)中所含部分酸，为下一步反萃取钚和镎作准备。负载的萃取体系(0)再进入3段与反萃取剂(S4)逆流接触，所得到的含钚、镎反萃取水溶液为P2。这样只含铀元素的负载萃取液进入4段，再与反萃取液(S5)逆流接触，得到含铀的反萃取水溶液(P3)，用过的萃取体系(O)经再生循环使用。
图1为本发明工艺流程中1 萃取段2 镅和稀土元素反萃取段3 镎和钚的反萃取段4 铀的反萃取段F浓缩高放射性废液S1洗涤剂O复合萃取体系
W萃余液S2镅和稀土元素反萃剂S3镅和稀土元素反萃段洗涤剂P1含镅和稀土元素水溶液S4镎和钚反萃段反萃剂P2含镎、钚水溶液S5铀的反萃段反萃剂P3含铀水溶液O1需再生的萃取体系出实施例在25℃温度下，进行串级试验(见图1流程)，按流程描述中所述过程，具体数据如下F含0.4-0.8克分子/升硝酸的模拟高放废液O萃取体系其成分为(15-25%)磷酸三丁酯-(25-35%)三烷基氧化膦-煤油S1含0.7-1.0克分子/升硝酸的洗涤液S2含4.0-5.5克分子/升硝酸的反萃取镅、稀土元素的水溶液S3含0.1-0.3克分子/升硝酸的洗涤液S4含0.3-0.7克分子/升草酸的反萃取镎、钚的水溶液S5含5%-12%碳酸钠反萃取铀的水溶液级数1段 16-20级2段 8-12级3段 6-8级4段 6-8级合计36-48级流比有机相/水相为1/3-3/1
分别得到三种水溶液P1，P2，P3P1含99.9%的镅与稀土元素的水溶液P2含99.9%的镎与钚的水溶液P3含99.5%的铀的水溶液从模拟的浓缩高放射废液中成功地提取了大于99.9%的镅、镎、钚、铀等锕系元素，证明本发明具有实用价值，可推广到含盐量高的高放射性废液的处理上，把大体积的含α核素的高放射性废液分解成小体积的含α核素的废液与大体积的非α废液，大大降低了进一步处置的费用，这将具有巨大经济效益和环境效益。
权利要求
1.一种包括三烷基氧化膦的萃取体系从酸性放射性废液中分离锕系元素的方法，其特征在于选用的萃取有机相体系为磷酸三丁酯(TBP)-三烷基氧化膦(TRPO)-煤油，萃取体系与浓缩高放射性废液进行多级逆流萃取、洗涤，将废液中的锕系元素镅、稀土、镎、钚、铀萃取到有机相萃取体系中，负载有机相依次用硝酸溶液；草酸溶液，碳酸钠溶液进行反萃取，反萃后的有机相萃取体系经再生后循环使用。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的浓缩高放射性废液的蒸残物浓度为200-400克/升。
3.按照权利要求1.2所述的方法，其特征在于所述的萃取有机相体系中磷酸三丁酯浓度为15-25%(体积百分数)，三烷基氧化膦的浓度为25-35%(体积百分数)。
4.按照权利要求1.2.3所述的方法，其特征在于所述的多级逆流萃取、洗涤，萃取级数为11-15级，洗涤级数为4-8级。
全文摘要
本发明从生产堆浓缩高放射废液中分离锕系元素的方法，属于反应堆乏燃料后处理产生的高放废液的处理的工艺。该工艺选用磷酸三丁酯(TBP)—三烷基氧化膦(TRPO)—煤油萃取体系对浓缩高放射性废液中的锕系元素进行多级逆流萃取、洗涤，使锕系元素进入有机相，水相变成不含α核素的水溶液。本发明工艺合理，大大降低了高放废液的处理费用。具有巨大的经济和环境效益。
文档编号C22B7/00GK1092110SQ93102120
公开日1994年9月14日 申请日期1993年3月4日 优先权日1993年3月4日
发明者朱永, 焦荣洲, 杨大助, 刘秉仁 申请人:清华大学