专利名称：锂同位素水溶液萃取分离的方法
技术领域：
本发明涉及一种一种锂同位素水溶液萃取分离的方法，属于溶剂萃取技术领域。
背景技术：
锂元素有6Li (7.52% )和7Li (92.48% )两个稳定同位素。其中，6Li被中子(η) 轰击裂变后生成氚和氦(6Li+n —T+4He)，使得聚变堆中氚得以不断增殖。6Li是核聚变堆燃料(6Li > 30% )、氢弹装料(6Li > 90% )和中子防护材料。7Li用于压水堆中一次冷却的PH调节剂、聚变堆中导热的载热剂(7Li > 99. 96% )和钍堆熔盐的中性介质(7Li > 99. 995% )0锂同位素是必不可少的核原料。我国能源新战略将发展核电放在十分重要的地位，按计划是当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。国家先后启动了“受控核聚变”和“未来先进核裂变-钍基熔盐堆核能系统”，并已取得可喜成绩。2002年，核工业部西南物理研究院建成“国环流器二号A”。通过开展新型偏滤器、超导磁体等关键工程技术预研、工程试验堆设计、材料研究及其关键部件预研，为2015年前后设计建造氘氚燃烧试验装置提供技术和物理基础。2006 年，中国科学院等离子体物理研究所建成世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的核聚变实验装置，同年9月观日首次投入运行，目前已成功获得了稳定、重复和可控的各种磁位形高温等离子体。同时，中国还是国际受控热核聚变计划ITER项目的主要参与单位。我国出资10%，将享有全部的知识专权。根据受控核聚变工程进展，科学家乐观地估计在未来30 50年内可实现核聚变的商业发电。2011年1月15日，国家又正式启动了“未来先进核裂变能-钍基熔盐堆核能系统”。按计划，钍基熔盐堆在未来20年内可实现商业发电。“聚变堆”和“钍基熔盐堆”发电都需要消耗大量的锂同位素，因此锂同位素分离倍受关注。锂同位素分离始于1936年，Lewis和Mac Donald建立了锂汞齐和氯化锂溶液的化学交换的锂同位素分离体系(又称锂汞齐法)(Lewis,G. N.，Macdonald，R. Τ.，J.，Am. Chem. Soc. 1936，58，2519-2524)。上世纪40年代，此法就开始应用于工业生产6Li,美国、苏联、 英国、中国和法国先后建立起6Li生产装置。经过半个多世纪的发展，锂汞齐法趋于成熟 (Palko, Drury, and Begun, J. Chem. Phys. ，1976,64(4)，1828-1837 ；Fujie, Μ. ， Fujii, Y.， Nomura, Μ.，0kamoto，M. , J. Nucl. Sci. Technol.，1986，23 (4)，330-337)。到目前为止，锂汞齐法仍然是世界上唯一应用于工业生产的锂同位素分离法。然而，锂汞齐法因使用大量剧毒汞而导致严重的环境和安全问题。因此建立快速、经济、高效、绿色环保的锂同位素分离技术势在必行。经过广泛的研究和反复的试验发现，采用憎水性杂氮菲和亲水性离子液体分别作为萃取剂和协萃剂，在碱性条件下，杂氮菲、离子液体和锂离子三者形成稳定的离子缔合物，将锂从水相萃取进入有机相，并产生了显著的同位素分离效应。本发明进一步的对萃取剂，协萃剂，反萃剂等萃取条件进行优化选择，实现了锂同位素的高效绿色分离，并且使提取过程中所用的离子液体和萃取剂能够重复使用，降低生产成本，从而完成了本发明。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的锂汞齐法分离锂同位素存在的环境污染严重、生产成本高的不足，提供一种新的锂同位素萃取分离的方法，该方法具有较高的锂同位素分离效能，且绿色环保，不会造成环境污染。按照本发明提供的技术方案，一种锂同位素水溶液萃取分离的方法，步骤如下1)萃取将0. 05 10mol/L的氢氧化锂溶液、0. 5 5mol/L的强碱溶液和0. 05 8mol/L的协萃剂混合组成水相，用去离子水调节浓度使得水相中锂离子氢氧根离子协萃剂的摩尔浓度之比为1 1 20 1 10。将萃取剂萃取介质混合组成有机相，调节在萃取介质中的萃取剂的摩尔浓度为 0. 1 2mol/L。将水相和有机相按体积比1 2 1 10进行混合，剧烈震荡10 50min，在常温常压下采用离心分离或静置的方法将两者分层，收集有机相。2)反萃将步骤1)收集得到的有机相和与0. 05 5mol/L的反萃剂硫酸钠溶液按体积比2 1 1 10混合，进行反萃取，剧烈振荡10 50min，常温常压下采用离心分离或静置的方法将两者分层，收集水相即得产品锂同位素水溶液。所述的协萃剂为亲水性离子液体阳离子为咪唑基阳离子，即式1，或吡啶基阳离子，即式2，中的一种或两种，阴离子为卤素离子Br—、Cl—，或四氟硼酸根BF4-中的一种或几种。
权利要求
1.一种锂同位素水溶液萃取分离的方法，其特征是步骤如下1)萃取将0.05 10mol/L的氢氧化锂溶液、0. 5 5mol/L的强碱溶液和0. 05 8mol/L的协萃剂混合组成水相，用去离子水调节浓度使得水相中锂离子氢氧根离子协萃剂的摩尔浓度之比为1 1 20 1 10 ；将萃取剂萃取介质混合组成有机相，调节在萃取介质中的萃取剂的摩尔浓度为0. 1 2mol/L ；将水相和有机相按体积比1 2 1 10进行混合，剧烈震荡10 50min，在常温常压下采用离心分离或静置的方法将两者分层，收集有机相；2)反萃将步骤1)收集得到的有机相和与0.05 5mol/L的反萃剂硫酸钠溶液按体积比2 1 1 10混合，进行反萃取，剧烈振荡10 50min，常温常压下采用离心分离或静置的方法将两者分层，收集水相即得产品锂同位素水溶液。
2.如权利要求1所述锂同位素水溶液萃取分离的方法，其特征是所述的协萃剂为亲水性离子液体阳离子为咪唑基阳离子，即式1，或吡啶基阳离子，即式2中的一种或两种， 阴离子为卤素离子Br—、Cl—，或四氟硼酸根BF4-中的一种或几种；
3.如权利要求1所述锂同位素水溶液萃取分离的方法，其特征是所述的萃取剂为氮菲及其衍生物中的任何一种或几种的混合物，结构式如式3所示；
4.如权利要求1所述锂同位素水溶液萃取分离的方法，其特征是所述强碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾中的任何一种或两者的混合溶液。
5.如权利要求1所述锂同位素水溶液萃取分离的方法，其特征是所述萃取介质为1， 2-二氯苯、1，3_ 二氯苯、1，4_ 二氯苯、1，2，4_三氯苯、四氯化碳或200#溶剂煤油中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1所述锂同位素水溶液萃取分离的方法，其特征是步骤1)萃取能够重复操作10 20次，直到萃取得到的有机相中锂离子达到饱和。
7.如权利要求1所述锂同位素水溶液萃取分离的方法，其特征是步骤2)反萃取操作所得的有机相经过水洗1 3次后能够在步骤1)和幻中重复利用。
全文摘要
本发明涉及一种锂同位素水溶液萃取分离的方法，属于溶剂萃取技术领域。其采用憎水性杂氮菲和亲水性离子液体分别作为萃取剂和协萃剂，在碱性条件下，杂氮菲、离子液体和锂离子三者形成稳定的离子缔合物，将锂从水相萃取进入有机相，并产生了显著的同位素分离效应。本发明调节氢氧化锂溶液的碱性，分别加入萃取剂、协萃剂和萃取介质亲水性离子液体，常温常压下振荡，静止分层，收集有机相，再向有机相中加入硫酸钠反萃锂盐，锂离子重新回到水相，实现了锂同位素的选择性提取与高效富集。
文档编号B01D59/24GK102430338SQ201110425430
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者徐晶晶, 李在均, 满意, 王光丽, 肖雪清, 顾志国 申请人:江南大学