[发明专利]一种铅锂合金中铊的回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学回收工艺，用于实现铅锂合金中铊的回收再利用。

背景技术

在聚变堆包层模块设计中，液态铅锂合金由于其独特的物理化学性质成为聚变堆冷却剂和增值剂的重要方案。

自然界中的铅主要由²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb和²⁰⁸Pb四种稳定同位素组成，它们的丰度分别约为1.4％、24.1％、22.1％和52.4％。

在高能中子作用下存在较高吸收截面的核反应²⁰⁶Pb(n,α)²⁰³Hg，²⁰³Hg半衰期较短约为47天，之后β衰变为²⁰³Tl，²⁰³Tl为稳定核素。因此在聚变堆液态铅锂合金包层寿期末，铅锂合金中将含有一定量²⁰³Tl。

铊是一种剧毒的重金属元素，也是一种稀有分散金属，在制药、射线探测器等领域有广泛应用。此外，铊的同位素分离非常困难，因此回收利用寿期末聚变堆液态铅锂包层中产生的²⁰³Tl，具有较大的经济和环保价值。

针对铅锂合金中铊的分离回收，目前国内外均未见文献报导。王令博在《铊铅分离的真空蒸馏实验研究》中，利用铊比铅熔点低、饱和蒸汽压高的特点，对铊铅合金进行真空蒸馏，铊在气相中得到富集。该方法的缺点是不适用于铅锂合金，因为锂金属比铊熔点更低，更容易在气相中富集。

发明内容

本发明的目的在于提出一种铅锂合金中铊的化学回收方法，原理简单，与液态铅锂包层中锂的化工回收工艺相容性好，可实现铅锂合金中铊的初步回收和纯化。

本发明采取以下技术方案：一种铅锂合金中铊的分离方法，将溶解、沉淀过滤与金属还原置换技术结合起来使用，包括以下步骤：

(1)溶解

在铅锂合金样品中缓慢加入硝酸和醋酸的混合物，加热使样品完全溶解；

(2)沉淀过滤

向步骤(1)所得溶解液中加入一定量易溶性硫酸根离子化合物，将溶解液中铅离子转化为硫酸铅沉淀，过滤；

(3)还原置换

向步骤(2)所得滤液中加入还原性金属粉，将滤液中的铊离子还原为铊金属，过滤烘干后得到与铅锂合金粗分离的铊产品。

步骤(1)所述硝酸和醋酸的混合物由7mol/L硝酸溶液和冰醋酸按照体积比49：1制得。

步骤(2)所述的易溶性硫酸根离子化合物为稀硫酸、硫酸钠或硫酸钾溶液。

步骤(3)所述的还原性金属粉为纯度大于99.5％的锌粉。

步骤(2)中的一定量是指易溶性硫酸根离子化合物加入量超过化学反应计量，至加入易溶性硫酸根离子化合物后溶液中不再有沉淀生成为止。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)利用化学性质不同分离铅锂合金和铊，与铅锂合金中铅和锂的分离工艺可以很好衔接。在本发明步骤(2)中，铅以硫酸铅形式沉淀出来，锂仍然以离子形式存在于溶液中，因此本发明在分离铅锂合金中铊的同时，可实现铅和锂的初分离。

(2)现有的铊铅合金真空蒸馏分离技术，利用铊比铅熔点低、饱和蒸汽压高的物理性质，通过在真空环境下加热铊铅合金，使铊在气相中富集从而实现铊和铅分离，该方法与本发明相比，具有能耗大，设备成本高、周期长的缺点。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。

实施实例1：以下给出本发明的具体实施方式。

(1)配制7mol/L的硝酸溶液100ml；

(2)配制饱和的硫酸钠溶液20ml；

(3)配制体积比为49：1的硝酸和醋酸混合物50ml；

在50ml容量瓶中加入1ml冰醋酸，用步骤(1)制备的7mol/L硝酸溶液稀释至刻度；

(4)铅锂合金溶解

称取0.94g铊含量为1.1％的铅锂合金转入烧杯，加入20ml步骤(3)制备的硝酸和醋酸混合物，缓慢加热并搅拌至样品完全溶解；

(5)沉淀过滤

向步骤(4)所得溶解液中加入过量步骤(2)制备的饱和硫酸钠溶液，使溶解液中铅离子转化为硫酸铅沉淀，陈化2小时后过滤；

(6)还原置换