[其他]从放射性废液中分离锕系元素的方法

说明书

本发明属于处理放射性废液的工艺方法。

核能工业面临的一个重要问题是安全地处理强放射性废液（简称强放废液）。该废液来自辐照核燃料后处理过程，其中含有长寿命、高毒性锕系元素镅（Am）、锔（Cm）、铀（U）、镎（N_p）钚（P_u）及强放射性的裂变产物锶（Sr）、铯（Cs）等。如果直接将该废液固化处理，埋藏在地层中，则所含的锕系元素需要经过数百万年的衰变才能达到对人类无害的水平。可是，对于这样长的时间，人们无法预测埋藏放射性物质的地层能否稳定。解决问题的方法是从强放废液中分离锕系元素，使它变成不含长寿命α核素的废液，这样的废液固化后只需在地层中埋藏约一千年即可达到天然放射性本底的水平，从而大大提高了处理强放废液的安全性。分离出来的锕系元素，经进一步处理后，可作为核燃料返回反应堆使用，或加工成各种用途广泛的同位素源。

目前已报导的从强放废液中分离锕系元素的方法有：（1）磷酸三丁酯（TBP）萃取法;（2）二（2-乙基己基）磷酸（HDEHP）萃取法;（3）美国专利3，993，728报导的双官能团萃取剂（DBDECMP）萃取法;（4）美国专利4，162，230报导的二（2-己氧基乙基）萃取法。这些方法存在某些不足之处。方法（1）要求在高盐低酸介质中萃取三价锕系元素，需要将废液脱硝，并加入一定量的盐析剂，增加了废液中的盐份，不利于后续浓缩和固化处理。方法（2）只能在很低的酸度条件下萃取三价锕系元素，这时废液中存在的锆（Zr）、铁（Fe）等会产生沉淀，使得锕系元素分离不完全，而且含有强放射性的固液分离难以操作。方法（3）采用的萃取剂不易合成与纯化。方法（4）中萃入有机相的锕系元素不易反萃和回收，对锶、铯去污不够好。

本发明的目的在于，针对上述方法存在的缺点提出用国产萃取剂三烷基氧化膦（TRPO）从酸性放射性废液中分离锕系元素并实现锕系元素彼此分离的工艺流程。

本发明的要点在于，选用的萃取剂为中性三烷基（混合）氧化膦（TRPO），它的分子式为R₃PO，其中R为6～8个碳原子的烷基;该萃取剂在常温下为液体，可与饱合烃类稀释剂互溶。萃取有机相为萃取剂三烷基（混合）氧化膦（TRPO）与饱和烃类稀释剂组成的溶液。所处理的放射性废液为含有稀土、锕系元素和裂变产物的硝酸溶液。用适量的肼和硝酸羟胺将镎、钚的价态调整至+4价。经过一步或两步多级逆流萃取，锕系元素（铀、镎、钚、镅、锔）和稀土元素萃入有机相，而锶、铯等裂变产物及铁、钠等常量组分仍留在水相中，使水相变成不含有α放射性核素的溶液。含有锕系元素和稀土元素的有机相依次用硝酸溶液反萃镅、锔和稀土;用草酸溶液反萃镎和钚;用碳酸钠溶液反萃铀。反萃后的有机相经酸处理后可以重复使用。

与其它从强放废液中分离锕系元素的方法相比，本发明具有以下优点（1）可以从酸度较高的放射性废液中分离锕系元素，避免了使用某些萃取剂如二（2-乙基己基）磷酸（HDEHP）时需要调节料液酸度接近中性从而导致锆、铁等元素产生沉淀的问题;（2）选用的萃取剂易合成，易纯化，价格比较便宜，并具有良好的耐辐照性能;（3）选用的萃取剂对裂变产物锶、铯去污性能良好，一般不需要设置洗涤段;（4）萃入有机相的锕系元素容易实现反萃和回收。上述优点使本发明具有实用价值。

图1给出了本发明一步萃取从强放废液分离锕系元素的工艺流程。

对照图1对实施本发明的工艺流程进行详细描述：图中〔1〕为萃取段，强放废液〔2〕中含有锕系元素（铀、镎、钚、镅、锔）、稀土和裂变产物，在该废液中加入适量的肼和硝酸羟胺，将镎、钚调至+4价，形成待处理料液进入萃取段，图中〔3〕为萃取有机相，它是由30%（体积）三烷基（混合）氧化膦（TRPO）-加氢煤油组成，经过多级逆流萃取，使料液和萃取有机相充分接触，锕系元素、稀土元素萃入有机相，而主要裂变产物锶、铯仍留在水相中，该水相废液〔4〕，可直接进行固化，埋藏处置。图中〔5〕为第一反萃段，在第一反萃取段中含有锕系、稀土元素的负载有机相用5M硝酸〔6〕进行反萃，这时镅、锔和稀土元素从有机相反萃到硝酸反萃液〔7〕中。图中〔8〕为第二反萃段，第一次反萃后的有机相流入〔8〕中，用0.5M草酸溶液〔9〕再次反萃，这时镎、钚从有机相中反萃到草酸反萃液〔10〕，第二次反萃后的有机相流入第三反萃段〔11〕中，最后用5%（重量）碳酸钠溶液〔12〕从有机相将铀反萃到碳酸钠反萃液〔13〕中，从而使有机相得到纯化。纯化后的有机相用2M硝酸洗涤并重复使用。