一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法技术

本发明专利技术涉及核燃料循环及废液处理领域，具体为一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法。本发明专利技术主要包括以下操作步骤：向高放废液加入甲酸铵盐，生成稀土元素甲酸盐沉淀，通过将沉淀过滤实现稀土元素从高放废液中分离。将得到的稀土元素甲酸盐悬浮于甲酸水溶液中，搅拌打浆，使得溶解度大的锕系元素甲酸盐和其它杂质转移到液相中，过滤得到稀土元素甲酸盐固体，锕系甲酸盐及其它杂质则保留在母液中，从而实现稀土元素的提纯。本发明专利技术操作简单，工艺稳定，原料便宜且耐辐照，容易实现工业化，可用于核废料高放废液的处理。于核废料高放废液的处理。

【技术实现步骤摘要】
一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法


[0001]本专利技术涉及核燃料循环及废液处理领域，具体为一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法。

技术介绍

[0002]核能利用最大的问题就是会产生大量的乏燃料，如果处理不当，将高毒的放射性元素释放到环境中，对人类的影响将是几百年到几十万年。因此，乏燃料的处理问题是全世界关注的焦点。
[0003]乏燃料成熟的初级处理工艺是用硝酸溶解，然后使用磷酸三丁酯将未发生裂变的铀和副产物钚萃取回收，重新制作核燃料回用，这就是PUREX流程。PUREX流程之后产生的废液，含硝酸和大量裂变元素，成分复杂，处理难度高，称之为高放废液，是全世界研究的热点，主要成分如下表：
[0004]表1乏燃料中的主要元素成分燃耗深度33000MWd/t(低浓铀)
[0005][0006]目前对高放废液的处理方法是将废液中的硝酸和水汽化后得到的残渣在1000℃左右玻璃化，埋入地下长期保存。由于高放废液中含有长寿命的α核素，如镅、锔等锕系元素，它们的半衰期较长，需要几十万年放射性才会降低到对环境和人类无害的水平。因此对于高放废液的处理目标主要如下：第一目标是将高放废物减量化，第二目标是将长寿命的α核素分离出来，再通过嬗变过程将所占比例小但毒性高的α核素锕系元素转变为稳定或短寿命核素。由于高放废液中含有比例较高的稀土，稀土元素具有较大的中子吸收截面，严重影响锕系元素的嬗变，因此稀土元素和锕系元素的分离是实现分离嬗变的关键环节，而锕系与稀土元素的物理化学性质极为接近，两者分离是核废物处理的一大难题。
[0007]在PUREX流程后的研究中，较为成熟的是清华大学的TRPO流程：利用三烷基(C6‑
C8)氧磷萃取剂，将稀土元素和锕系元素同时萃取出来并对废液进行固化处理，再对萃取出的稀土和锕系元素混合物进一步分离。和TRPO流程相似的还有美国的CMPO流程和中国原子能科学研究院的CMP流程，但这些流程都不能实现稀土和锕系元素的分离，而且目前无法进行大规模的应用。此外，当前研究机构的研究方向主要集中在筛选新的萃取剂，专利CN104894372、CN104928477、CN114107667A公开了相关新萃取剂，但这些新萃取剂存在分子结构复杂、制造成本高、不易提纯等难题，在分离过程中也会因为高辐射环境而降解，增加
了萃取难度，难以投入实际应用中；对于高放废液处理技术还在不断探索中。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1：向高放废液中加入甲酸铵盐；
[0011]步骤2：升温搅拌反应生成稀土元素甲酸盐；
[0012]步骤3：过滤，得到稀土元素甲酸盐固体，实现稀土元素从高放废液中分离；
[0013]步骤4：稀土元素甲酸盐悬浮于甲酸水溶液中，搅拌打浆，锕系元素甲酸盐和其它杂质转移到母液中；
[0014]步骤5：过滤，得到提纯稀土元素甲酸盐固体，实现稀土元素从高放废液中分离和提纯。
[0015]进一步的，步骤1中，所述稀土元素为钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)中的任一种或多种。
[0016]进一步的，步骤1中，所述甲酸铵盐为四甲基甲酸铵，四乙基甲酸铵，四丙级甲酸铵，四丁基甲酸铵中的任一种。
[0017]进一步的，步骤4中，所述甲酸水溶液浓度为1％
‑
99％。
[0018]进一步的，步骤4中，所述甲酸水溶液的优选浓度为50％。
[0019]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术的目的在于提供一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，利用稀土元素甲酸盐在水中溶解度小的特性，实现稀土元素从高放废液中分离。分离后的稀土元素中不含锕系元素，可以作为短寿命核废物处理。此方法能为后续处理工艺提供便利，由于大部分稀土元素已经分离，减轻了后续TRPO流程提取锕系元素的负担。如果对分离后的废液进行高温玻璃化，则可以起到高放废物减量化的作用，甲酸铵盐在玻璃化之前能够分解成气态产物，不会增加放射性废物的量。此外，甲酸价格便宜、方便回收还能耐放射性辐照，因此工艺具有高度的稳定性，分离效率高，具有良好的应用前景。
具体实施方式
[0020]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]模拟高放废液A的具体制备方法如下：
[0022]表2模拟高放废液A配料表
[0023]原料名称加入量(以元素计)原料名称加入量(以元素计)硝酸(70％)36g(0.4mol)氧化钆0.12g氧化镧1.3g硝酸铷0.35g(4mmol)
碳酸铈2.8g碳酸铯2.6g(19mmol)碳酸镨1.2g碳酸锶0.85g(10mmol)氧化钕4.2g氢氧化钡1.5g(11mmol)氧化钐0.84g氢碘酸(50％)0.3g氧化铕0.18g水150g
[0024]按照表2的配料表，向36g硝酸(70wt.％)然后依次投入配料表中的原料，混合搅拌溶解，然后加入适量水，稀释到200g，得到模拟高放废液A；废液中含有74mmol稀土元素和15ppm的铀元素(含量为相对稀土元素，来自于稀土碳酸盐和稀土氧化物)。上述原料均采购于阿拉丁试剂。
[0025]实施例1：
[0026]步骤1：19.3g四甲基氢氧化铵和9.2g甲酸制备成甲酸铵盐溶液，缓慢滴加甲酸铵盐溶液至25g模拟高放废液A中得到混合溶液，所述滴加时间为30min；
[0027]步骤2：将混合溶液升温至90℃，搅拌反应1h；
[0028]步骤3：冷却至室温，过滤得到固体粉末，在150℃下干燥得到2.3g混合稀土元素甲酸盐(理论产值2.56g)，收率为89.8％。
[0029]实施例2：
[0030]步骤1：34g四乙基氢氧化铵和9.2g甲酸制备成甲酸铵盐溶液，缓慢滴加甲酸铵盐溶液至25g模拟高放废液A中得到混合溶液，所述滴加时间为30min；
[0031]步骤2：将混合溶液升温至95℃，搅拌反应1h；
[0032]步骤3：冷却至室温，过滤得到固体粉末，在150℃下干燥得到2.2g混合稀土元素甲酸盐(理论产值2.56g)，收率为86％。
[0033]表3
[0034]样品名称铀含量(相对于稀土元素总量)模拟高放废液A15ppm实施例11.2ppm实施例21.2ppm
[0035]结论：
[0036]实施例1
‑
2数据表明，使用甲酸铵盐作为沉淀剂能够实现稀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：向含有稀土元素与锕系元素的高放废液中加入甲酸铵盐；步骤2：搅拌反应、过滤、干燥得到稀土元素甲酸盐固体；步骤3：对步骤2中得到的稀土元素甲酸盐固体进行提纯。2.根据权利要求1所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：步骤1中，所述稀土元素为钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝中的任一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：所述甲酸铵盐为四甲基铵甲酸铵，四乙基甲酸铵，四丙基甲酸铵，四丁基甲酸铵中的任一种。4.根据权利要求1所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏增权，
申请(专利权)人：上海鲲谷环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：