[发明专利]一种从高放废物中分离发热元素Sr和金属元素Ba的方法

说明书

技术领域

本发明涉及核工业高放废物的后处理领域，尤其是高放废物中发热元素Sr和金属元素Ba的分离。

背景技术

作为乏燃料(SF)后处理产生的高放废物(HLLW)，其安全的处理与处置是核燃料循环技术的关键环节之一。根据国家原子能发展政策，合理有效的利用有限的核资源、确保安全性、核不扩散性、环境适应性、经济性、以及通过乏燃料后处理技术有效处理处置HLLW是其基本方针。

乏燃料中含有发热元素、长寿命(数百万年)的次锕系元素(MA)等裂片产物(FP)，后处理的现状是：除了分离回收有用金属U和Pu，一部份的Np和差不多所有的FP元素都进入了HLLW中。对于长寿命的MA，已提出了分离/嬗变技术以及为达此目的而开发的一些萃取分离流程(比如美国已使用CMPO的TRUEX流程和法国已使用氨类化合物的DIAMEX流程等)，但对发热元素Cs和Sr的分离回收尚且不多。

最早的Cs和Sr分离研究是从美国法国和日本开始的。就其分离技术而言主要有吸附法和溶剂萃取法。目前的Cs吸附法研究主要集中于硅铝酸盐、钛酸盐和不溶性的铁氰化物等无机吸附剂方面。然而，为减少强酸性溶液中因H⁺竞争吸附而严重妨碍的Cs吸附，中和、脱硝作为前处理必不可少，导致处理费用和二次废物显著增加，且其慢的吸附速率，难以达到Cs的有效分离。

分离回收的Cs和Sr既可以作为线源也可以作为热源在医疗健康卫生保健体系被有效利用。另外，从HLLW中分离回收Sr，可以使玻璃固化体数量显著减少；乏燃料冷却期间大幅缩短；从HLLW处理处置的经济性提高、生态环境负担降低、资源有效利用的观点来看，也有极其重要意义，对构筑创新型的核燃料循环体系有重要贡献。

文献号为US6843921B2的美国发明专利及同族英国专利GB3290474中公开了一种高放废物处理方法，将高放废物制成硝酸溶液，溶液中还含有3摩尔/升的HNO₃，该溶液经色谱柱分离后分离出次锕系元素。中国专利申请CN101143273公开了一种从高放废物分离发热元素Cs和Sr的方法，向已经分离出次锕系元素的高放废物的硝酸盐溶液中加入浓硝酸调整硝酸浓度，该溶液经两次色谱柱吸附分离，依次分离出Cs和Sr。但该方法中，发热元素Sr和金属元素Ba被色谱柱同时选择性吸附，色谱柱经去离子水淋洗后的溶液中，Sr和Ba元素同时存在于该硝酸盐溶液中，金属元素钡也必须进行进一步分离处理。

发明内容

本发明提供了一种分离效果好、环保的从高放废物中分离发热元素Sr和金属元素Ba的方法。

一种从高放废物中分离发热元素Sr和金属元素Ba的方法，包括以下步骤：

(1)将含发热元素Sr和金属元素Ba的硝酸盐溶液中的硝酸浓度调至0.5～4摩尔/升；

调整硝酸浓度时可用浓硝酸进行调整。

所述的含发热元素Sr和金属元素Ba的硝酸盐溶液可来自但不仅限于来自在中国专利申请CN101143273中得到的含发热元素Sr和金属元素Ba的硝酸盐溶液。

(2)将调整硝酸根浓度后的硝酸盐溶液流过填装有吸附剂的色谱柱，发热元素Sr被填装有吸附剂的色谱柱吸附，金属元素Ba(以硝酸盐的形式)流出色谱柱。

(3)用去离子水淋洗吸附有Sr元素的色谱柱，Sr元素以硝酸盐的形式洗出。

为了增强分离效果，在步骤(2)和(3)之间，用摩尔浓度为1～2摩尔/升的硝酸预淋洗色谱柱，使Ba元素被充分的淋洗出来。

试验表明，填装有吸附剂的色谱柱只针对发热元素Sr有选择吸附能力。含发热元素Sr和金属元素Ba的硝酸盐溶液经色谱柱选择性吸附分离，将发热元素Sr和金属元素Ba分离。

色谱柱中吸附剂吸附饱和后，可用水清洗，即可将发热元素Sr以硝酸盐的形式淋洗下来完成色谱柱的重生。

所述的吸附剂原料组成为负载在被覆聚合物的大孔SiO₂上的如式(I)所示的N，N，N`，N`-四辛基-3-氧戊-1，5-二酰胺(TOOD)，被覆聚合物的大孔SiO₂的质量是TOOD的质量的1～20倍，优选5～15倍。

所述的被覆聚合物的大孔SiO₂优选SiO₂-苯乙烯-二乙烯基苯聚合物。

所述的吸附剂通过如下方法制备：

将TOOD溶于二氯甲烷中，然后加入被覆聚合物的大孔SiO₂搅拌均匀，真空干燥后得到吸附剂。