[发明专利]一种基于协同效应分离三价锕系与镧系离子的方法

说明书

一种基于协同效应分离三价锕系与镧系离子的方法，采用脂溶性二硫代次膦酸为萃取剂，并经稀释剂稀释形成有机相，与水相发生萃取反应，水相为添加有水溶性有机弱酸络合剂的含有三价镧系和锕系离子的酸性水溶液，通过萃取剂‑络合剂协同效应，萃取分离三价镧系和锕系离子；有机相和水相的体积比为0.2‑2；酸性水溶液pH值为2‑4；本发明不仅分离性能好，且稳定性佳，操作简便。

技术领域

本发明属于核燃料循环及放射性废液处理技术领域，具体涉及一种基于协同效应分离三价锕系与镧系离子的方法。

背景技术

核燃料循环过程中会产生大量的放射性废物。目前，无论是发展核武器还是民用核能应用过程中都遗留下了大量的高放废液，妥善解决其处理处置问题已迫在眉睫。

“分离-嬗变”法是一种处理高放废液的先进策略，即采用化学分离法从高放废液中把所占比例很小但毒性很大的锕系元素选择性地分离出来，通过加速器或反应堆将其转变为稳定或短寿命核素，而残余的废液变成非α废物，从而降低高放废物的长期毒性，便于进一步进行处理和处置。三价锕系与三价镧系元素的有效分离是实现“分离-嬗变”先进核燃料循环的关键环节之一。然而，由于三价锕系与三价镧系元素的物理化学性质极为接近，其有效分离一直是分离领域的一大难题。

国内外学者通过研究发现，在溶剂萃取过程中，含S、N等软配体的萃取剂表现出对三价锕系和三价镧系元素良好的分离性能。其中，含S的二硫代次膦酸化合物表现尤其出色。1995年，商业试剂Cyanex301(含二硫代次膦酸)被发现能够从常量镧系元素中有效分离三价锕系元素，随后又发现其纯化产品二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸对示踪量和常量的镧系元素中的示踪量三价锕系元素都具有非常好的萃取分离效果，并提出了相应的分离工艺(ZhuY.J.etal,Radiochim.Acta,1995,68(2):95-98)。

在以上研究过程中，基于Cyanex301的三价镧锕分离方法开发研究已有较多结果，并逐步建立了萃取分离流程。然而，目前对于其它种类二硫代次膦酸的研究相对较少。通过在二硫代次膦酸P原子上连接不同的取代基，可以得到多种不同结构的二硫代次膦酸，且其对三价镧系锕系离子的分离有望表现出不同的适用性。

另外，在对二硫代次膦酸分离三价镧锕的研究中，目前的研究均侧重于有机相中二硫代次膦酸种态的调控(浓度、皂化度等)，而对于水相中三价镧锕离子的种态调控关注不够。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于协同效应分离三价锕系与镧系离子的方法，不仅分离性能好，且稳定性佳，操作简便。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于协同效应分离三价锕系与镧系离子的方法，包括以下步骤：采用脂溶性二硫代次膦酸为萃取剂，并经稀释剂稀释形成有机相，与水相发生萃取反应，水相为添加有水溶性有机弱酸络合剂的含有三价镧系和锕系离子的酸性水溶液，通过萃取剂-络合剂协同效应，萃取分离三价镧系和锕系离子。

所述的有机相和水相的体积比为0.2-2。

所述的脂溶性二硫代次膦酸萃取剂为含有两个取代基的二硫代次膦酸，取代基包括戊基、己基、庚基、辛基、2,4,4-三甲基戊基、苯基、邻三氟甲基苯基和环己基，两个取代基相同或不同，脂溶性二硫代次膦酸为萃取剂在稀释剂中的浓度为0.1～1mol/L。

所述的稀释剂为甲苯、烷烃类有机化合物或烷烃的混合物。

所述的水溶性有机弱酸络合剂包括甲酸、乙酸、乳酸、柠檬酸、丙二酸、苹果酸、羟基乙酸、丙氨酸和甘氨酸，其在水相中的浓度为0.01～0.1mol/L。

所述的酸性水溶液pH值为2-4。

所述的锕系元素包括镅和锔。