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CN108611490A - 从高放废液中提取锶的萃取剂及提取锶的方法 - Google Patents

从高放废液中提取锶的萃取剂及提取锶的方法 Download PDF

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CN108611490A CN201810430465.9A CN201810430465A CN108611490A CN 108611490 A CN108611490 A CN 108611490A CN 201810430465 A CN201810430465 A CN 201810430465A CN 108611490 A CN108611490 A CN 108611490A
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CN
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strontium
extractant
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extraction
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CN201810430465.9A
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何喜红
曹智
苏哲
袁洁琼
谢书宝
张虎
叶国安
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China Institute of Atomic of Energy
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China Institute of Atomic of Energy
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Abstract

本发明提供了一种从高放废液中提取锶的萃取剂及提取锶的方法。该萃取剂的结构为：其中，R1和R2均代表烷基，R1的碳原子数为6～8，R2的碳原子数为10～12。采用上述萃取剂从高放废液中提取锶的方法，包括以下步骤：(1)配制萃取剂‑煤油溶液作为萃取体系；(2)在高放废液中加入草酸和HEDTA，并调节高放废液的酸度；(3)采用所述萃取体系从高放废液中萃取锶。

Description

从高放废液中提取锶的萃取剂及提取锶的方法
技术领域
本发明属于核燃料后处理领域，特别涉及一种从高放废液中提取锶的萃取剂及提取锶的方法。
背景技术
乏燃料中包括六十多种元素，通过Purex流程可提取其中的U和Pu，其余元素则主要进入高放废液。高放废液中含有一定量的Sr-90，分离其中的Sr-90具有重要意义，一方面，Sr-90可作为生产同位素电池的原料；另一方面，提取Sr-90可以减少高放废液中高释热量的核素，从而有效减少玻璃固化体的体积。
提取高放废液中锶的方法较多，包括沉淀法、离子交换法、膜分离法、色层分离法及萃取法。其中，萃取法具有良好的选择性、较高的产品收率和净化效果，适合连续操作，而萃取法的关键在于萃取剂的选择。
提取锶的萃取剂主要包括四类：氯化双碳杂硼烷基合钴、磷酸酯类、冠醚类和酰胺荚醚类。在这四类萃取剂中，氯化双碳杂硼烷基类合钴对Cs、An、Ln等大多数“硬酸”均有较强的萃取能力，但选择性差。磷酸酯类只能在低酸度下萃取，且选择性差，需要加入多种水相络合剂防止Fe、Zr等元素的萃取。冠醚类的选择性较好，但是合成较为困难，在烷烃中的溶解性能差。酰胺荚醚类萃取剂中，目前报道的主要有N,N,N’,N’-四辛基酰胺荚醚和四丁基酰胺荚醚，N,N,N’,N’-四辛基酰胺荚醚的萃取容量较低，而高放废液中N,N,N’,N’-四辛基酰胺荚醚可萃取元素(Zr、Sr等)的含量较高，为避免三相的出现，需加入TBP、单酰胺等相改良剂，导致萃取体系复杂，同时也导致萃取锶的分配比下降；四丁基酰胺荚醚萃取能力强，但更容易出现三相，需采用50％的正十二烷-异辛醇做稀释剂，由于异辛醇在水中的溶解度较大，辐解产物复杂，应用于高放废液处理还存在较大困难。基于各类锶萃取剂目前存在的上述种种不足，为改善由高放废液中提取锶的效果，提高锶萃取剂的综合性能，有必要研发一种新的锶萃取剂及提取锶的方法。
发明内容
为解决从高放废液中提取锶的萃取剂目前存在的综合性能不高，每种萃取剂都存在明显的性能短板问题，本发明提供了一种从高放废液中提取锶的萃取剂及提取锶的方法。
该萃取剂的结构为：
其中，R1和R2均代表烷基，R1的碳原子数为6～8，R2的碳原子数为10～12。
一种采用上述萃取剂从高放废液中提取锶的方法，包括以下步骤：
(1)配制萃取剂-煤油溶液作为萃取体系；
(2)在高放废液中加入草酸和HEDTA，并调节高放废液的酸度；
(3)采用所述萃取体系从高放废液中萃取锶。
根据一个实施例，所述萃取体系中萃取剂的浓度为0.18-0.22mol/L。
根据一个实施例，所述煤油可以由正十二烷代替。
根据一个实施例，所述草酸的浓度为0.2-0.3mol/L。
根据一个实施例，所述HEDTA的浓度为0.04-0.06mol/L。
根据一个实施例，所述调节高放废液的酸度为调节至2.5-3.5mol/L。
本发明的萃取剂属于不对称酰胺荚醚类化合物，具有优良的综合萃取性能，其在煤油等烷烃类溶剂中具有优良的溶解性能，萃取过程中不出现三相，无需添加相改良剂，对锶的萃能力强，选择性好。采用本发明提取锶的方法能够从高放废液中有效提取锶。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。
本发明的萃取剂属于不对称酰胺荚醚类化合物，R1碳原子数的选择有利于保证萃取能力。R2碳原子数的选择有利于控制萃取体系粘度，萃取过程分相较快，并同时避免萃取过程中出现三相。
根据本发明萃取剂对锶的萃取性能研究可知：其一，相同浓度萃取剂萃取锶的分配比随酸度的变化规律一致，都是随着酸度的增加先增加后减小，最大分配比对应的萃取体系硝酸浓度为3mol/L；其二，酸度相同时，萃取锶的分配比随萃取剂浓度的增加而显著增加。经试验筛选，萃取剂浓度为0.18-0.22mol/L时，萃取分配比较大，分相较快。
本发明萃取剂对关键裂片元素的萃取性能如表1所示，由表1可知：在不加水相络合剂时，该萃取剂萃取Zr、Pd的分配比较高；加入草酸后，Zr的分配比大幅度下降；加入HEDTA后，Pd的分配比显著下降。
经试验筛选，采用浓度为0.2-0.3mol/L的草酸及浓度为0.04-0.06mol/L的HEDTA为水相络合剂，可有效防止Zr、Pd等金属离子的萃取。
表1本发明萃取剂对关键裂片元素的萃取性能
根据一个示例，本发明从高放废液中提取锶的萃取剂(R1的C原子数为8，R2的C原子数为12)，其结构为：
根据一个示例，采用本发明的萃取剂从某高放废液中提取锶，其主要步骤如下：
(1)配制萃取剂-煤油溶液作为萃取体系；所述萃取体系中萃取剂的浓度可以为0.2mol/L；所述煤油可以由正十二烷代替。萃取锶前，采用DIAMEX流程或酰胺荚醚流程提取高放废液中的锕系和镧系元素。
(2)在高放废液中加入草酸和HEDTA，并调节高放废液的酸度；所述草酸的浓度可以为0.2mol/L；所述HEDTA的浓度可以为0.05mol/L；所述调节高放废液的酸度可以为调节至3mol/L。
(3)采用所述萃取体系从高放废液中萃取锶。
在该示例的萃取体系中，各元素的分配比如表2所示。由表2可以看出，Sr的分配比大于10，即在相比为1:1的条件下，单级萃取率可达到90％；其它元素的分配比都小于0.2，即锶和其它裂片元素的分离因子大于50。上述数据表明，该萃取体系能够有效的从高放废液中提取锶，且产品纯度较高。
采用本发明的萃取剂进行多组平行试验，当R1的C原子数在6～8，R2的C原子数在10～12范围内变动时，均取得了良好的萃取效果。
表2萃取体系中各元素的分配比
通过对比试验研究发现，与本发明萃取剂结构类似的其它两种不对称酰胺荚醚类化合物，并不能从高放废液中有效提取锶，这两种化合物如下：
化合物1在正十二烷中的溶解度小于0.1mol/L，难以满足萃取要求；化合物2在正十二烷中的溶解度虽然大于0.1mol/L，但与水或硝酸接触时，会出现严重的乳化，也不满足萃取要求。而本发明的萃取剂在正十二烷中具有良好的溶解性能，其萃取硝酸的水相极限酸度大，大于10mol/L，萃取过程中不出现三相，无需添加相改良剂，萃取Sr、Zr的有机相极限浓度也能较好满足萃取要求。
虽然根据本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，然而，本领域普通技术人员应理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (7)

1.一种从高放废液中提取锶的萃取剂，其特征在于该萃取剂的结构为：
其中，R1和R2均代表烷基，R1的碳原子数为6～8，R2的碳原子数为10～12。
2.一种采用如权利要求1所述的萃取剂从高放废液中提取锶的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)配制萃取剂-煤油溶液作为萃取体系；
(2)在高放废液中加入草酸和HEDTA，并调节高放废液的酸度；
(3)采用所述萃取体系从高放废液中萃取锶。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述萃取体系中萃取剂的浓度为0.18-0.22mol/L。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述煤油由正十二烷代替。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述草酸的浓度为0.2-0.3mol/L。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述HEDTA的浓度为0.04-0.06mol/L。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述调节高放废液的酸度为调节至2.5-3.5mol/L。
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