烷基二硫代膦酸与含氮试剂分离三价镅锔的方法与流程

1.本发明属于核燃料循环中锕镧分离和镅锔分离技术，具体涉及一种烷基二硫代膦酸与含氮试剂分离三价镅锔的方法。


背景技术：

2.从乏燃料后处理高放废液中提取镅、锔，不仅可以降低高放废液最终处置的难度，提取的镅和锔还可用作堆照生产超钚元素的原料，或作为同位素热源。高放废液中提取镅锔涉及三价锕镧分离和三价镅锔分离。而采用镅、锔靶件在反应堆中辐照生产超钚元素时，也会生成裂变产物三价镧系元素，因此其化学分离过程也涉及三价锕镧分离和镅锔分离。特别的，镅和锔位于元素周期表中相邻位置，在硝酸溶液中均为稳定的三价离子，离子半径相差很小，镅和锔相互分离十分困难。目前国际上主要采用镅的氧化法或溶液萃取法分离镅和锔。氧化法分离镅和锔时，先将三价镅氧化到高价态，然后将高价态的镅和三价锔分离。但是将镅氧化到高价态比较困难，可供选择的氧化剂十分有限，并且存在高价态镅不稳定的问题。溶剂萃取法采用有机相萃取剂进行镅和锔的分离，现有报道所用萃取剂镅锔分离因子较低，特别是与已有的三价锕镧分离流程所用萃取体系兼容性不好，进行工程化实施时，流程体系将十分复杂。
3.烷基二硫代膦酸类萃取剂具有很好的三价锕镧分离能力，国内已采用烷基二硫代膦酸类萃取剂进行了三价锕镧分离热实验验证。然而采用该类试剂分离三价镅锔时分离因子并不高，约为3左右。有必要基于已有的三价锕镧分离体系，研发高效的镅锔分离技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对分离镅和锔时分离因子不够高，与现有流程衔接不好的问题，提供一种烷基二硫代膦酸与含氮试剂协同分离三价镅锔的方法，通过含s原子与含n原子的细微的镅锔区分能力，增强镅、锔的分离因子。
5.本发明的技术方案如下：一种烷基二硫代膦酸与含氮试剂分离三价镅锔的方法，其特征在于，将含有镅和锔的溶液ph值调节到合适范围，然后与含有二硫代膦酸试剂和含氮试剂的萃取剂的有机相接触，充分混合后分相。
6.进一步，如上所述的烷基二硫代膦酸与含氮试剂分离三价镅锔的方法，其中，所述二硫代膦酸试剂可以为二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代膦酸或氯苯基二硫代膦酸等。
7.进一步，如上所述的烷基二硫代膦酸与含氮试剂分离三价镅锔的方法，其中，所述含氮试剂为含有n原子的芳环试剂，具体可以为联吡啶或邻菲罗啉等。
8.进一步，如上所述的烷基二硫代膦酸与含氮试剂分离三价镅锔的方法，其中，所述有机相的溶剂可以是煤油、苯或二甲苯等。
9.进一步，如上所述的烷基二硫代膦酸与含氮试剂分离三价镅锔的方法，其中，所述镅和锔的溶液ph值调节到2.3～2.5。
10.进一步，如上所述的烷基二硫代膦酸与含氮试剂分离三价镅锔的方法，其中，在同
一个体系中实施三价锕镧分离和三价镅锔分离，进料液为含有镅、锔和镧系元素的溶液，在锕镧组分离段与含有二硫代膦酸和含氮试剂的萃取剂有机相逆流接触，并采用一定ph值范围的水相洗涤负载有机相；负载有机相在锔反萃段用一定ph值范围的水相反萃，实现镅锔分离；最后有机相与稀硝酸溶液接触，将有机相中的镅反萃下来。
11.更进一步，在同一个体系中实施三价锕镧分离和三价镅锔分离，分为锕镧组分离段、锔反萃段和镅反萃段，所述萃取剂含有0.2～0.5m二烷基硫代膦酸和10～40mm的含n试剂。
12.更进一步，在同一个体系中实施三价锕镧分离和三价镅锔分离，进料ph值控制在2.6～3.0，水相洗涤负载有机相的洗涤液ph值范围2.6～3.0，锔反萃段ph值控制在2.3～2.5，镅反萃段硝酸浓度为0.5～1.0m。
13.本发明的有益效果如下：本发明提供的三价镅锔分离方法采用二硫代膦酸类试剂与含氮类协萃剂同时分离，镅锔的分离因子可从3增加到6左右，在实施三价镅锔相互分离工艺时，可显著减少萃取级数。在流程设计上，采用二烷基硫代膦酸试剂与含氮协萃剂体系首先分离三价锕/镧系元素，然后分步反萃分离出镅和锔，使得三价锕/镧系元素分离和三价镅锔分离都在同一个体系下进行，流程较为简洁。并且相较于单独使用烷基二硫代试剂的流程，三价锕镧系元素分离的ph值在2.6～3.0，三价镅锔分离的ph值在2.3～2.5左右，流程更加容易控制。
附图说明
14.图1为本发明具体实施例中三价锕/镧系和三价镅锔分离一体化流程示意图。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.本发明将含有镅和锔的硝酸溶液经过调料后将其ph值调节到合适数值。有机相采用煤油或二甲苯为溶剂，萃取剂为二硫代膦酸类试剂与含氮试剂(联吡啶或邻菲罗啉)。将水相与有机相接触，混合震荡30分钟后静置，离心分相后，分别测定有机相和水相中镅和锔的浓度。获得镅和锔的分配比，d
am
和d
cm
。计算分离因子sf
am/cm
＝d
am
/d
cm
。
17.实施例1
18.分别取约20μl活度为104bq/ml的
241
am(iii)、
244
cm(iii)示踪剂，滴加到5ml玻璃瓶中。在加热盘中加热蒸去溶剂及其中的硝酸。然后加入ph值2.6～3.0左右的硝酸溶液2ml溶解。取上述2ml含有示踪剂的水相于15ml试管中，与2ml含有0.3～0.5mol/l二硫代膦酸试剂(二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代膦酸)和0.02～0.05mol/l联吡啶，溶剂为煤油的有机相接触。在恒温摇床中25℃震荡萃取30分钟后离心分相。于25℃水浴恒温测定萃后平衡水相的ph值。最后测定分配比数据。萃后平衡有机相及水相中
241
am、
244
cm通过测闪烁0-500kev区间内的计数后比较得出分配比。通过分配比计算得分离因子为6.2。
19.实施例2
20.分别取约20μl活度为104bq/ml的
241
am(iii)、
244
cm(iii)示踪剂，滴加到5ml玻璃瓶
中。在加热盘中加热蒸去溶剂及其中的硝酸。然后加入ph值2.6～3.0左右的硝酸溶液2ml溶解。取上述2ml含有示踪剂的水相于15ml试管中，与2ml含有0.3～0.5mol/l二硫代膦酸试剂(氯苯基二硫代膦酸)和0.03～0.05mol/l邻菲罗啉，溶剂为二甲苯的有机相接触。在恒温摇床中25℃震荡萃取30分钟后离心分相。于25℃水浴恒温测定萃后平衡水相的ph值。最后测定分配比数据。萃后平衡有机相及水相中
241
am、
244
cm通过测闪烁0-500kev区间内的计数后比较得出分配比。通过分配比计算得分离因子为5.7。
21.实施例3
22.因为采用本发明的体系镅锔的分离因子较高，可以在一个体系中实施三价锕镧分离和三价镅锔分离。一体化分离流程如图1所示，进料液为含镅、锔和镧系元素的溶液，在锕/镧系分离段与有机相约0.3～0.5m二烷基硫代磷酸和20mm的邻菲罗啉的二甲苯溶液逆流接触，然后用ph约2.6～3.0的水相中洗涤负载有机相。负载有机相进入锔反萃段，该段的ph值约2.3～2.5，在该ph值范围内，可实现镅、锔的分离，将锔反萃到水相。然后富载有镅的有机相与0.5～1.0m hno3接触，将有机相中的镅反萃到水相。
23.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。这样，倘若对本发明的这些变型、用途适应性变化属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改变型和用途适应性变化在内。
24.上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。