[发明专利]利用硅基阴离子交换树脂对钍和铀进行分离回收的方法

说明书

技术领域

本发明属于钍、铀元素的分离回收技术领域，特别涉及利用硅基阴离子交换树脂对钍和铀进行分离回收的方法。

背景技术

²³²Th作为可转化为核燃料的物质，是核能利用的一种潜在资源。自然界中含有较丰富的²³²Th同位素，其储量大约为铀资源的3倍。我国是一个铀矿资源比较贫乏，而钍储量相对比较丰富的国家。²³²Th本身不是可裂变材料，为了在核能工程中利用钍，需要通过一系列核反应将²³²Th转变成易裂变物质²³³U。该一系列核反应在反应堆中进行，易裂变核²³⁵U或²³⁹Pu在裂变过程中释放的中子照射²³²Th，使之转换为易裂变的²³³U。生成的²³³U再进入循环参与裂变，便形成了Th-U燃料循环。钍基乏燃料中最需要回收的可循环利用的对象元素为Th和U，但是Th-U燃料循环工艺尚不成熟。钍基乏燃料中Th-U分离回收方法多处于研究阶段，目前还没有出现高效的回收方法。此外，从轻水反应堆氧化铀乏燃料回收得到的铀产品中，含有微量（0.5～4ppb/U）的²³²U（半衰期72年），其衰变产物²²⁸Th（半衰期1.9年）经过多级的进一步衰变生成的衰变产物²¹²Bi（半衰期60.6分钟）及²⁰⁸Ti（半衰期3分钟）会放出高能量的γ射线，严重影响回收铀作为燃料的加工工艺的安全性。因此，有必要从大量的回收油产品中分离去除微量的²²⁸Th。另外，也需要从一些含有钍和铀的矿石原料中分离钍和铀。针对上述问题，迫切需要开发一种高效率的Th-U分离回收方法。

离子交换法是一种高效率的分离方法，其设备简单，操作易行，不存在相分离困难及溶剂损失。离子交换剂在核燃料回收和裂变产物的分离工作中有着重要的位置。研究较多的是无机离子交换剂和有机离子交换剂的分离技术。但是前者在强酸性介质中的吸附性能和选择性低，往往需要对料液进行中和及脱硝处理，使得工艺流程复杂，且工程效率低，成本高。后者的耐酸、热和辐照稳定性较差，因此在核燃料回收和裂变产物的分离的实际应用上受到了限制。针对这些问题，有研究者提出利用研制的多孔性二氧化硅载体、将芳香族氨基阴离子交换树脂负载入孔内制成的新型离子交换剂作为主要分离方法，从模拟燃料溶解液以及实际的乏燃料溶解液中非常成功地分离回收了U，Pu，Np以及Tc，Ru（非专利文献1：Y.Z.Wei,T.Arai,H.Hoshi,M.Kumagai,A.Bruggeman,P.Goethals.Development of a New AqueousProcess for Nuclear Fuel Reprocessing:Hot Tests on the Recovery of U and Pu from a Nitric AcidSolution of Spent LWR fuel,Nuclear Technology,149(2005):217-231.）。由于将离子交换官能团负载到二氧化硅基材上，大幅度改善了其化学稳定性及耐辐射稳定性。目前，尚未见相关文献报道高浓度硝酸条件下，分离Th和U的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用硅基阴离子交换树脂对钍和铀进行分离回收的方法。

本发明的发明目的主要通过以下技术方案实现：

本发明的目的在于提供一种利用硅基阴离子交换树脂对钍和铀进行分离回收的方法，包括：

1）前处理工程：将含有钍和铀等放射性元素的原料溶解于高浓度硝酸，形成钍和铀的硝酸盐溶液；

2）吸附工程：在上述硝酸体系中，加入阴离子交换树脂，进行离子交换吸附；

3）淋洗工程：离子交换完毕后，采用淋洗液淋洗吸附在阴离子交换树脂上的钍，即可实现钍和铀的分离回收。

所述的高浓度硝酸浓度为3-12mol/L；更优的，选择浓度6-9mol/L的硝酸，分离回收效果更好。

所述的阴离子交换树脂是以SiO₂微球为载体，形状为多孔性球状材料，平均直径为30-200微米，平均孔径10-500nm。

所述的阴离子交换树脂为吡啶类阴离子交换树脂。

所述的吡啶类阴离子交换树脂含有如下功能基团：

或