[发明专利]一种用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置和方法，属于核燃料后处理技术领域，所述方法为：在直流电场作用下料液中的硝酸根和乙酸根离子经过多层阴离子交换膜的选择透过性作用逐级向阳极做定向移动，迁移速率较快的硝酸根离子在靠近阳极侧富集，而迁移速率较慢的乙酸根离子则在靠近阴极侧富集。本发明提供的装置和方法利用硝酸与乙酸在水溶液中电离度的差异以及在外加电场下离子迁移速度的差异对硝酸/乙酸进行分离，分离过程简单、安全、硝酸产品纯度高且无其他副产物产生。

技术领域

本发明属于核燃料后处理技术领域，具体为一种用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置和方法。

背景技术

硝酸是一种具有强氧化性和腐蚀性的无机一元强酸，也是一种重要的化工原料，在工业流程中有广泛的应用。目前，国内外核燃料水法后处理流程主要是在硝酸体系中完成。

近年来，短链羟肟酸作为新型有机无盐试剂，在乏燃料后处理流程中的应用研究备受关注。美国开发的Urex系列流程中使用乙异羟肟酸(AHA)作为络合剂，流程中AHA酸解和辐解产生乙酸，乙酸与反应剩余的AHA进入到含有大量硝酸的高放废液中，且乙酸在加热过程中难以破坏，会随硝酸一起蒸发混入到回收的硝酸中，影响硝酸的复用，不利于下游操作。因此采取适当方法去除乙酸具有重要意义。

现有的分离硝酸/乙酸的方法主要有精馏法、酸碱中和沉淀法、萃取分离法等，酸碱中和沉淀法需要引入其他离子且容易造成资源浪费；破坏乙酸的方法需要在高温高压下进行，对于后处理过程是不利的；结晶法需进行预处理以浓缩乙酸；AHA的硝酸水溶液受热会发生放热反应，压力升高，导致蒸发操作过程会更加复杂；TBP溶剂萃取法对硝酸水溶液中乙酸的分配系数和分离因子不高，同时产生有机废液。这些方法分离过程复杂且分离效率不高，因此有必要提供一种简单高效的方法回收硝酸来实现硝酸循环利用。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置和方法，采用该装置和方法，分离过程简单、安全，硝酸产品纯度高且无其他副产物产生。

为达到以上目的，本发明采用的一种技术方案是：

一种用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置，包括壳体，所述壳体的两端分别设置有用于提供直流电场的阳极和阴极，所述壳体内靠近所述阳极附近设置有第一双极性膜，所述壳体内靠近所述阴极附近设置有第二双极性膜，在所述第一双极性膜和所述第二双极性膜之间设置有多个间隔排列的对阴离子具有选择透过性作用的阴离子交换膜，所述第一双极性膜、所述第二双极性膜和多个所述阴离子交换膜将所述壳体内空间分隔开从而依次形成阳极室、硝酸接收室、多级料液室和阴极室；所述阳极室和所述阴极室中分别注有极液，所述多级料液室中间底部设置有进料口，待处理的料液从所述进料口进入所述多级料液室，所述料液成分包括硝酸和乙酸。

进一步，如上所述的用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置，所述硝酸接收室与位于所述壳体外部的硝酸产品收集容器连通，以使硝酸产品在所述硝酸接收室和所述硝酸产品收集容器中循环流通，所述硝酸产品收集容器与所述硝酸接收室之间还设置有第一输液泵，用于调节硝酸产品的流量。

进一步，如上所述的用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置，所述多级料液室的第一级室依次与位于所述壳体外部的第二输液泵和硝酸溶液容器连通，所述硝酸溶液容器中盛有预制硝酸溶液，通过所述第二输液泵控制进入所述第一级室中预制硝酸溶液的流量。

进一步，如上所述的用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置，所述进料口通过管道依次连接第三输液泵和外部的料液罐，通过所述第三输液泵控制料液流量。

进一步，如上所述的用于分离硝酸和乙酸的电渗析装置，所述阳极室和所述阴极室均通过泵注入极液。

使用上述电渗析装置分离硝酸和乙酸的方法，包括以下步骤：