一种从辐照镎靶中提取钚-238的方法与流程

一种从辐照镎靶中提取钚
‑
238的方法
技术领域
1.本技术涉及核材料提取纯化领域，具体的，涉及一种从辐照镎靶中提取钚
‑
238的方法。


背景技术：

2.238
pu是半衰期为87.7年的非裂变α发射体，其比功率高达0.5w/g，且仅有能量极弱的γ辐射，不需要较厚的防护层，适合用于制备长寿命微型电源。以
238
pu制备的同位素电池(rtgs)在宇航事业和医疗卫生行业具有重要作用。因此
238
pu的生产倍受重视。目前，
238
pu的生产主要是通过制备
237
np靶件，并将镎靶在反应堆中经过中子辐照后获得的。
3.镎靶是由
237
np在铝粉里形成的弥散体，并以铝金属为外包壳形成。在反应堆中经过合适的中子辐照后，镎靶中的部分
237
np生成
238
pu。镎靶经硝酸溶解后，溶解液中含有镎、钚、硝酸根以及少量的裂片元素离子。溶剂萃取法也已运用至
238
pu提取技术中，常见的萃取法提取辐照镎靶中的
238
pu的方法，如叔胺萃取流程和tbp萃取流程。其中，叔胺萃取流程常用萃取剂为tla(三月桂胺)，该流程的显著特点是应用三种不同的稀释剂solgil 100(主要是己基苯)，萘烷与十二烷的混合物，以及辛醇
‑
十二烷混合物，该方法在np
‑
pu分离时，必须在hno3‑
h2so4的溶液中将np
‑
pu还原以限制
238
pu的流失。而
238
pu的比活度为6.34
×
10
11
bq/g，约为
239
pu的280倍。由以上的分析不难看出，tla流程选有多种萃取体系，且引入了h2so4增加了对设备的腐蚀，同时其耐辐照性能差。而在的tbp萃取流程中，tbp在强辐照下，易辐照分解生成辐解产物，进而易形成界面污物，对萃取过程产生影响。
4.因此，本领域需要探寻一种新的提取辐照镎靶中的
238
pu的方法，以在得到高纯度的
238
pu同时，最大程度的减少提取过程中的负面影响。


技术实现要素：

5.本公开的目的在于一种从辐照镎靶中提取钚
‑
238的方法，以在获得高纯度的钚
‑
238的同时，进一步减少辐解产物的生成。
6.为了实现上述目的，本公开提供了一种从辐照镎靶中提取钚
‑
238的方法，该方法使用含有磷酸三异戊酯的有机溶剂作为萃取剂从所述辐照镎靶溶解液中提取钚
‑
238。
7.可选地，所述萃取剂中磷酸三异戊酯的浓度为0.15
‑
2mol/l；优选为0.8
‑
1.5mol/l。
8.可选地，所述萃取剂还包括稀释剂，所述稀释剂选自煤油、正十二烷、甲基苯和苯中的至少一种；优选的，所述稀释剂为选自煤油或正十二烷。
9.可选地，该方法包括以下步骤：
10.s1、将所述辐照镎靶溶解后中得到第一料液；使用所述萃取剂对所述第一料液进行第一萃取，得到含有钚
‑
238的第一水相；
11.s2、调整所述第一水相中钚
‑
238的价态，得到第二料液；使用所述萃取剂对所述第二料液进行第二萃取，得到第一有机相；将所述第一有机相进行第一反萃取得到第二水相；
12.s3、调整所述第二水相中钚
‑
238的价态，得到第三料液；使用所述萃取剂对所述第三料液进行第三萃取，得到第二有机相；将所述第二有机相进行第二反萃取得到第三水相。
13.可选地，步骤s1中，所述第一料液中镎
‑
237的价态为四价、五价和六价中的一种，钚
‑
238的价态为三价、四价和六价中的一种；步骤s2中，所述第二料液中钚
‑
238的价态为三价或四价，优选为四价；步骤s3中，所述第三料液中钚
‑
238的价态为三价或四价，优选为四价。
14.可选地，步骤s1中，所述第一料液为镎钚的酸性溶液；优选为镎钚的硝酸溶液。
15.可选地，所述第三水相中钚
‑
238浓度不低于5g/l，镎
‑
237的浓度不高于10
‑3g/l。
16.可选地，步骤s1中，所述第一萃取的条件包括：使用硝酸萃取并洗涤，萃取级数不低于6级；其中，萃取过程中硝酸的浓度为1
‑
4mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为1
‑
4mol/l；步骤s2中，所述第二萃取的条件包括：使用硝酸萃取并洗涤，萃取级数不低于5级；其中，萃取过程中硝酸的浓度为1
‑
5mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为1
‑
5mol/l；步骤s3中，所述第三萃取的条件包括：使用硝酸萃取并洗涤，萃取级数不低于5级；其中，萃取过程中硝酸的浓度为1
‑
5mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为1
‑
5mol/l。
17.可选地，步骤s2中，所述第一反萃取的条件包括：反萃取级数不低于5级，硝酸的浓度为0.3
‑
2mol/l，使用的反萃剂选自氨基磺酸亚铁、羟胺、二甲基羟胺中的至少一种；步骤s3中，所述第二反萃取的条件包括：反萃取级数不低于5级，硝酸的浓度为0.3
‑
2mol/l，使用的反萃剂选自氨基磺酸亚铁、羟胺、二甲基羟胺中的至少一种。
18.可选地，步骤s1中，采用汞催化溶解技术和催化间接电化学技术溶解所述辐照镎靶。
19.通过上述技术方案，本公开的方法采用含有较强耐辐照能力的磷酸三异戊酯的有机溶剂作萃取剂，根据不同价态镎钚萃取行为不同，从辐照镎靶的溶解液提取钚，实现了钚与镎及裂片的分离，进而达到纯化钚的目的，本公开的制备方法生成的辐解产物显著减少，并且得到了符合制备钚
‑
238同位素电池要求的纯度及可用草酸钚沉淀要求的浓度的钚溶液。
20.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
21.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
22.图1是本公开的一种具体的实施方式的流程图。
具体实施方式
23.以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
24.本公开提供了一种从辐照镎靶中提取钚
‑
238的方法，该方法使用含有磷酸三异戊酯的有机溶剂作为萃取剂从所述辐照镎靶溶解液中提取钚
‑
238。
25.本公开的方法在整个流程中只采用含有较强耐辐照能力的磷酸三异戊酯的有机溶剂作萃取剂，根据不同价态镎钚萃取行为不同，从辐照镎靶的溶解液提取钚，实现了钚与
镎及裂片的分离，进而达到纯化钚的目的，本公开的制备方法生成的辐解产物显著减少，并且得到了符合制备钚
‑
238同位素电池要求的纯度及可用草酸钚沉淀要求的浓度的钚溶液。
26.根据本公开，所述萃取剂中磷酸三异戊酯的浓度可以为0.15
‑
2mol/l；发明人经过大量实验发现，当萃取剂中磷酸三异戊酯的浓度为0.80
‑
1.5mol/l，萃取剂对辐照镎靶溶解液中钚的萃取能力最佳。
27.根据本公开，所述萃取剂还可以包括稀释剂，所述稀释剂可以选自煤油、正十二烷、甲基苯和苯中的至少一种；优选的，所述稀释剂选自煤油或正十二烷。
28.作为本公开的一种具体的实施方式，本公开的方法包括以下步骤：
29.s1、将所述辐照镎靶溶解后中得到第一料液；使用所述萃取剂对所述第一料液进行第一萃取，得到含有钚
‑
238的第一水相；
30.s2、调整所述第一水相中钚
‑
238的价态，得到第二料液；使用所述萃取剂对所述第二料液进行第二萃取，得到第一有机相；将所述第一有机相进行第一反萃取得到第二水相；
31.s3、调整所述第二水相中钚
‑
238的价态，得到第三料液；使用所述萃取剂对所述第三料液进行第三萃取，得到第二有机相；将所述第二有机相进行第二反萃取得到第三水相。
32.根据本公开，步骤s1中，所述第一料液中镎
‑
237的价态可以为四价、五价和六价中的一种，钚
‑
238的价态可以为三价、四价和六价中的一种；其中镎
‑
237和钚
‑
238可存在的任意价态组合，例如可以为np(ⅳ)
‑
pu(iii)、np(ⅳ)
‑
pu(ⅳ)、np(
ⅴ
)
‑
pu(ⅳ)、np(
ⅵ
)
‑
pu(ⅳ)、np(
ⅵ
)
‑
pu(
ⅵ
)等。在本公开中，为了进一步纯化与浓缩溶液中的钚
‑
238，步骤s2中，所述第二料液中钚
‑
238的价态优选为三价或四价，进一步优选为四价；步骤s3中，所述第三料液中钚
‑
238的价态优选为三价或四价，进一步优选为四价。
33.根据本公开，步骤s1中，所述第一料液为包括各种轻水堆辐照镎靶、各种快堆辐照镎靶、各种实验堆辐照镎靶等的溶解液或者任何含有镎钚的酸性溶液，例如为镎钚的硝酸溶液或者任意其它酸性溶液。本公开的第一料液中酸的浓度无特别限定，可以根据实际情况进行调整。
34.应用本公开的方法，在得到的所述第三水相中钚
‑
238浓度优选地不低于5g/l，镎
‑
237的浓度优选地不高于10
‑3g/l，该水相中钚
‑
238浓度符合制备钚
‑
238同位素电池要求的纯度及可用草酸钚沉淀的要求。
35.本公开的方法使用含有磷酸三异戊酯的有机溶剂作为萃取剂，利用镎
‑
237和钚
‑
238的分配系数的不同，将钚
‑
238保留在水相，得到含有钚
‑
238的第一水相，并将钚
‑
238的价态调整为三价，得到第二料液；将第二料液进行两个萃取和反萃取的循环，具体为使用含有磷酸三异戊酯的有机溶剂作为萃取剂，将钚
‑
238萃取进入有机相，裂片元素保留在水相，收集有机相进行还原反萃，将有机相中的钚
‑
238反萃取进入水相，以实现钚
‑
238的浓缩与纯化。
36.在本公开的各级萃取过程和各级反萃取过程中，为了减少对装置的腐蚀性，优选的选取硝酸进行酸度调节。
37.根据本公开，步骤s1中，所述第一萃取的条件可以包括：使用硝酸萃取并洗涤，萃取级数不低于6级；其中，萃取过程中硝酸的浓度为1
‑
4mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为1
‑
4mol/l；步骤s2中，所述第二萃取的条件可以包括：使用硝酸萃取并洗涤，萃取级数不低于5级；其中，萃取过程中硝酸的浓度为1
‑
5mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为1
‑
5mol/l；步骤s3
中，所述第三萃取的条件可以包括：使用硝酸萃取并洗涤，萃取级数不低于5级；其中，萃取过程中硝酸的浓度为1
‑
5mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为1
‑
5mol/l。
38.根据本公开，步骤s2中，所述第一反萃取的条件可以包括：反萃取级数不低于5级，硝酸的浓度为0.3
‑
2mol/l，使用的反萃剂选自氨基磺酸亚铁、羟胺、二甲基羟胺中的至少一种；步骤s3中，所述第二反萃取的条件可以包括：反萃取级数不低于5级，硝酸的浓度为0.3
‑
2mol/l，使用的反萃剂选自氨基磺酸亚铁、羟胺、二甲基羟胺中的至少一种。
39.本公开中，溶解辐照镎靶的具体步骤可以为本领域技术人员所熟知的，例如可以采用汞催化溶解技术和催化间接电化学技术溶解所述辐照镎靶。具体的，采用汞催化溶解技术将辐照镎靶中的铝基体溶解为硝酸铝形式，采用催化间接电化学技术将镎钚氧化物溶解为镎钚溶液。
40.以下通过实施例进一步详细说明本公开。实施例中所用到的原材料均可通过商购途径获得。
41.实施例1
42.将辐照镎靶溶解后中得到第一料液；使用萃取剂对第一料液进行第一萃取，得到含有钚
‑
238的第一水相。其中，第一料液中np(iv)浓度为5g/l，pu(iii)浓度为1g/l，硝酸浓度为3mol/l，al
3
浓度为1.2mol/l；萃取剂为磷酸三异戊酯
‑
煤油溶液，磷酸三异戊酯的浓度为1.09mol/l。第一萃取的条件包括：使用磷酸三异戊酯
‑
煤油萃取并使用硝酸
‑
肼洗涤，萃取级数为10级；萃取过程中硝酸的浓度为3mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为3mol/l，肼浓度为0.1mol/l。
43.调整第一水相中钚
‑
238的价态为四价，得到第二料液；使用萃取剂对所述第二料液进行第二萃取，得到第一有机相；将第一有机相进行第一反萃取得到第二水相。其中，第二萃取的条件包括：使用磷酸三异戊酯
‑
煤油萃取并使用硝酸洗涤，萃取级数为8级；萃取过程中硝酸的浓度为3.5mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为2mol/l；第一反萃取的条件包括：反萃取级数为8级，硝酸的浓度为0.3mol/l，使用的反萃剂为氨基磺酸亚铁。
44.调整第二水相中钚
‑
238的价态为四价，并调整溶液酸度，得到第三料液；使用萃取剂对第三料液进行第三萃取，得到第二有机相；将第二有机相进行第二反萃取得到第三水相和第三有机相。其中，第三萃取的条件包括：使用磷酸三异戊酯
‑
煤油萃取并使用硝酸洗涤，萃取级数为8级；萃取过程中硝酸的浓度为2mol/l，洗涤过程中硝酸的浓度为3mol/l；第二反萃取的条件包括：反萃取级数为8级，硝酸的浓度为0.3mol/l，使用的反萃剂为氨基磺酸亚铁。
45.经测定，第三水相中硝酸浓度为1.4mol/l，pu浓度为8g/l，np浓度为5.78
×
10
‑6g/l。第三有机相中硝酸浓度为0.1mol/l，pu浓度为7.99
×
10
‑4g/l，np浓度为5.78
×
10
‑6g/l。
46.实施例2
47.本实施例提取钚
‑
238的方法同实施例1，所不同的是：本实施例的萃取剂中磷酸三异戊酯的浓度为1.5mol/l。
48.经测定，第三水相中硝酸浓度为1.4mol/l，pu浓度为8g/l，np浓度为3.54
×
10
‑6g/l。第三有机相中硝酸浓度为0.11mol/l，pu浓度为8.32
×
10
‑4g/l，np浓度为5.78
×
10
‑6g/l。
49.实施例3
50.本实施例提取钚
‑
238的方法同实施例1，所不同的是：本实施例的萃取剂中磷酸三
异戊酯的浓度为0.3mol/l。
51.经测定，第三水相中硝酸浓度为0.6mol/l，pu(iii)浓度为1.3g/l，np浓度为0.3g/l。第三有机相中硝酸浓度为0.08mol/l，pu浓度为6.40
×
10
‑5g/l，np浓度为0.1g/l。
52.对比例1
53.本对比例提取钚
‑
238的方法同实施例1，所不同的是：本对比例的萃取剂为tbp(磷酸三丁酯)溶液，tbp的浓度为1.09mol/l。
54.经测定，第三水相中硝酸浓度为1.4mol/l，pu浓度为6.81g/l，np浓度为7.86
×
10
‑4g/l。第三有机相中硝酸浓度为0.1mol/l，pu浓度为7.89
×
10
‑4g/l，np浓度为9.51
×
10
‑6g/l。
55.通过本公开的实施例1
‑
3和对比例1可以看出：将实施例1和对比例1进行对比，当萃取剂中有效成分浓度相同时，本公开使用的含有磷酸三异戊酯的萃取剂提取得到的第三水相中pu浓度显著提升，np浓度显著降低，这可能是由于本公开使用含有较强耐辐照能力的磷酸三异戊酯的有机溶剂作萃取剂，减少了提取过程中辐解产物的生成；将实施例1与实施例2和实施例3进行对比，磷酸三异戊酯的浓度为1.09mol/l和1.5mol/l时，含有磷酸三异戊酯的萃取剂对辐照镎靶溶解液中钚的萃取能力更为显著。
56.实施例4
57.将1.09mol/l磷酸三异戊酯
‑
煤油经60kgy辐照剂量辐照后，以实施例1相同工艺进行实验，实验运行正常，在实验运行36小时后，正常停止运行。
58.对比例2
59.将1.09mol/l tbp
‑
煤油经60kgy辐照剂量辐照后，以实施例1相同工艺进行实验，在实验运行2小时后，在混合澄清槽中明显有界面污物产生，运行6小时后，料液进料级的前一级的通道被堵塞，实验被迫终止。
60.通过实施例4和对比例2的对比可以看出：将同浓度的磷酸三异戊酯
‑
煤油和tbp
‑
煤油经过相同的辐照剂量辐照后，使用磷酸三异戊酯
‑
煤油作为萃取剂的实验仍然可以正常运行，而使用tbp
‑
煤油作为萃取剂的实验在过程中因界面污物的产生而被迫终止。由此可以看出，本公开使用含有磷酸三异戊酯的有机溶剂作为萃取剂从辐照镎靶溶解液提取钚
‑
238的过程中生成的辐解产物显著减少。
61.以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
62.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
63.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。