[发明专利]一种稳定同位素浮游萃取精密分离的方法

说明书

本发明公开了一种稳定同位素浮游萃取精密分离的方法。浮游萃取系统包括混合搅拌装置、浮游萃取装置、反萃及药剂循环再生装置和气体输送装置。将混合同位素金属离子溶液与浮萃药剂在混合搅拌装置内混匀形成料液，将料液导入浮游萃取装置内进行微纳米气泡浮选和有机相萃取，萃取有机相进入反萃及药剂循环再生装置，采用反萃剂进行反萃，静置分层，水相即为稳定同位素金属离子富集液，有机相经过蒸馏分离得到浮萃药剂和有机溶剂，循环使用。该系统用于同位素金属分离时，具有操作简单、药剂消耗少、分离效率高、浮萃药剂及有机溶剂全流程循环利用等明显优势，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种同位素分离方法，具体涉及一种稳定同位素浮游萃取精密分离的方法，属于稳定同位素分离技术领域。

背景技术

近年来，随着现代原子能科学技术的快速发展，稳定同位素的应用领域不断扩大。其中，钼(Mo)的稳定同位素¹⁰⁰Mo在测量双中微子双Beta的衰变和无中微子双Beta的衰变中具有重要作用；锗(Ge)的稳定同位素⁷⁶Ge在探测器领域尤其在暗物质的寻找、中微子质量的测量等尖端科学领域有着潜在应用；铀(U)的稳定同位素²³⁵U作为核裂变以及核武器的关键原料，对国防军工以及国民经济的发展具有重要作用；锂(Li)的稳定同位素⁶Li被中子轰击裂变后能生成用作核聚变的原料氚，在核能源领域具有极其重要的作用。然而，绝大多数关键的稳定同位素在自然界的丰度较低，如天然铀中²³⁵U的丰度仅为0.71％，自然界中⁷⁶Ge、¹⁰⁰Mo、⁶Li的丰度分别为7.8％、9.63％和7.42％，需要通过进一步富集浓缩提高稳定同位素的丰度。因此，稳定同位素的高效分离对原子能科技的健康发展意义重大。

同位素分离是基于同位素质量的差异所引起物化性质的差异。目前，稳定同位素的单级分离方法主要有化学法和物理法，其中化学法包括离子交换法、溶剂萃取法等；物理法包括离心法、电磁法和激光分离等。物理法因生产设备昂贵、生产条件苛刻和生产效率低下等不足，不适合工业化大规模生产。目前，锂汞齐化学交换法能够满足锂同位素分离要求，并成为唯一的工业化生产锂同位素的方法，但该方法需要使用大量剧毒的汞合金而对自然环境及人类健康造成严重威胁和危害。因此，欧美等发达国家关闭了一些用锂汞齐法分离锂同位素的企业。自1976年Pedersen发现冠醚类化合物能根据其空腔尺寸选择性与碱金属离子络合作用以来，基于冠醚的相关同位素分离研究取得了巨大进步。如中国专利(CN109260950A)公开了一种锂同位素的分离富集方法，其以冠醚衍生物作为萃取剂，疏水性离子液体及稀释剂作为协萃剂，采用“萃取-灼烧-水溶”的工艺流程，可以实现锂同位素⁶Li分离的目的。中国专利(CN109276997A)公开了一种锂同位素的萃取体系及其萃取方法，其通过选定侧基带有供电子基团的冠醚衍生物作为萃取剂，具有更好的锂同位素分离效果。然而，在运用于多级萃取富集分离时，由于溶液pH值对锂同位素萃取分离有较大影响，在酸性条件下不能进行萃取分离。

综上所述，现有技术中稳定同位素分离主要以溶剂萃取为主，而稳定同位素性质差异较小导致同位素分离效果差。

发明内容

针对目前稳定同位素分离技术存在条件苛刻、分离效率低下等技术问题，本发明的目的是在于提供一种稳定同位素浮游萃取精密分离的方法，该方法利用浮游萃取系统耦合了矿物加工过程中的泡沫浮选与湿法冶金过程中的溶剂萃取过程，兼具泡沫浮选与溶剂萃取的双重优势，在液液萃取平衡的基础上引入单向气泡传质或在离子浮选的基础上耦合溶剂萃取过程，相比常见的溶剂萃取方法大大提高了稳定同位素分离效率，简化了萃取工艺步骤，克服了传统萃取方法分离稳定同位素金属离子过程存在分离效率低、操作流程冗长等不足，具有很好的工业应用前景。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种稳定同位素浮游萃取精密分离的方法，该方法采用浮游萃取系统实现同位素金属离子溶液中稳定同位素金属离子富集，得到稳定同位素金属离子富集液；所述稳定同位素金属离子富集液通过蒸发结晶和煅烧，得到稳定同位素金属渣相；