【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及乏燃料处理，具体涉及一种氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法。
技术介绍
1、核能是一种高效、绿色且稳定的新能源，作为军事、医疗和工业的重要组成部分，核能是能源核心竞争力的代表，核能的发展已经成为解决世界能源短缺和全球变暖问题的关键之一。在“双碳”的背景和目标下，中国核能的发展将不仅仅用于发电，更将促进核能的绿色低碳转型。核燃料的稳定可靠供应和乏燃料的安全处理是实现核能多元化应用的关键途径，而后者是尚未得到完全解决的世界性难题。
2、乏燃料主要由未经利用的铀(96％)、新生钚(1％)、微量锕系元素(0.1％)及其他裂变产物等组成。铀、钚的高效回收，不仅是确保核电发展稳定运行的必备条件，更是保证战略核威慑力量和长期安全的重要力量。因此对乏燃料中的铀、钚进行回收，以及将镧系元素与长寿命、高放射性的次锕系元素分离，是减少能源消耗和环境威胁的重要手段。回收过程通常采用分裂和嬗变(p&t)策略，将放射性核素分离并通过中子轰击将其转化为危害较小的同位素，但废料中的镧系元素也会对中子产生强烈的捕获现象，从而阻止可嬗变的锕系元素俘获中子，导致嬗变效率的降低。因此，p&t过程的核心在于将性质接近的镧系元素和次锕系元素进行分离，以提高嬗变效率。
3、现行的分离过程多采取溶剂萃取法，会产生大量的高放射性废液、有机废水、高盐废液等污染，造成较大的环境负担，阻碍乏燃料处理过程的工业化。为实现镧锕元素的有效分离和铀钚的绿色回收，需要采用传统湿法冶金以外的绿色新体系。有研究者提出通过选用对锕系元素与镧
4、cn113265551a公开了一种稀土(镧系)元素氧化物的分离方法，利用稀土元素和过渡金属氧化物在高浓度氯化锌溶液中溶解率的差异，从稀土二次资源中高选择性的溶解分离稀土元素，并对稀土元素进行了高效回收。使用高浓度的氯化锌溶液对由稀土元素和过渡金属的氧化物组成的混合固体原料进行处理，稀土元素几乎能够完全溶解，得到一级处理液和第一固渣，第一固渣的组成为过渡金属氧化物，可以直接被回收利用；使一级处理液和硫酸钠进行第一沉淀过程，得到二级处理液和第一沉淀，二级处理液为纯氯化锌溶液，可以循环至第一步溶解过程，实现重复利用；然后采用氢氧化钠溶液和第一沉淀进行第二沉淀过程，生成三级处理液和第二沉淀；接着采用盐酸溶液对第二沉淀进行溶解，得到稀土氯化物溶液，通过草酸将氯化物水溶液中的稀土元素进行沉淀及煅烧处理，从而实现稀土元素的回收。
5、相比传统酸浸法，溶解法减少了化学物质消耗及环境污染，同时操作过程安全简便。但在镧/锕分离领域，由于两类元素氧化物性质接近，不像稀土氧化物和过渡金属氧化物化学性质差异较大，普通无机盐溶液难以实现分离。
技术实现思路
1、本专利技术针对镧/锕元素萃取分离困难的问题，提供一种氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，发现三氯化铝对镧系元素氧化物具有高选择性，能够实现镧锕元素的高效分离和对镧系元素氧化物的有效回收，达到减少能源物质消耗和放射性污染物的效果。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，包括步骤：将含镧系元素氧化物和锕系元素氧化物的原料溶于三氯化铝六水合物的水溶液，搅拌混合后静置分离得到含镧系元素氧化物的液相和含锕系元素氧化物的固相，镧锕元素得以分离。
4、本专利技术采用特定无机盐溶液配方和选择性浸出工艺，实现镧锕选择性溶解分离，其原理可能是在氯化物水溶液中，金属离子与羟基结合，水中电离出氢离子，使溶液本身呈一定的酸性，且当高价金属离子盐溶液中的水分子与金属离子的比例足够低时，外部水化作用减少，溶液酸度增强，利于其与碱性较强的镧系元素反应，从而在锕系元素氧化物的混合物原料中选择性溶解去除镧系元素杂质。
5、所述镧系元素氧化物为la2o3、pr6o11、nd2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3中一种或多种。
6、优选地，所述镧系元素氧化物为la2o3、nd2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3中一种或多种。这几类镧系元素氧化物的溶解率更好，萃取分离效果更佳。
7、所述原料和水溶液的固液比为1:20～70，优选所述原料和水溶液的固液比为1:40～70。氯化物水溶液浓度的增大，固液比的减小以及反应温度和反应时间的增加均有利于氯化物水溶液对镧系元素的溶解。但过高的温度和过长的反应时间将大大增加物质能源的损耗，降低分离效率。因此在条件优化实验中，当条件的继续改变对镧系元素氧化物的溶解效果影响不大时，即视为溶解实验的最佳条件之一。在该条件下，氯化物水溶液对镧系元素氧化物的溶解效果较好(溶解率≥95％)，而对铀和钍的氧化物几乎没有溶解的效果(溶解率≤0.1％)，镧系元素与铀、钍之间分离效果好。
8、混合温度为45～85℃。优选65℃-85℃，该温度下，溶液对镧系元素氧化物的溶解率更高，分离效果更好。
9、混合时间为2h以上。优选4h以上，进一步优选，混合时间在4-7h，7h左右已基本能够达到99％的分离效果。
10、所述三氯化铝六水合物的水溶液中氯化铝六水合物与水的质量比为1:5～45。优选氯化铝六水合物与水的质量比为1:5～30。
11、所述锕系元素氧化物包括uo2、tho2中一种或多种。
12、优选地，还包括向所述液相中加入草酸沉淀、过滤和煅烧得到回收镧系元素氧化物。将草酸加至含有镧系元素的滤液中，镧系元素将以镧系草酸盐的形式沉淀，再通过高温煅烧除去草酸盐固体中的杂质，形成新的镧系氧化物，这样即可实现镧系元素的回收。
13、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
14、(1)本专利技术利用氯化铝水溶液从辐照核燃料中高选择性地溶解分离镧系元素，氯化铝水溶液能高效溶解镧系元素氧化物，而对铀、钍氧化物几乎没有溶解效果，达到高效分离，减化流程的效果。
15、(2)本专利技术分离镧锕元素的方法对镧系元素氧化物的溶解效率高，分离效果好。
16、(3)本专利技术的氯化物水溶液与传统盐酸全溶方法相比，具有使用安全、减少酸性废液产生和没有挥发性气体生成等优点。
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1.一种氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，包括步骤：将含镧系元素氧化物和锕系元素氧化物的原料溶于三氯化铝六水合物的水溶液，搅拌混合后静置分离得到含镧系元素氧化物的液相和含锕系元素氧化物的固相。
2.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述镧系元素氧化物为La2O3、Pr6O11、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb4O7、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3中一种或多种。
3.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述镧系元素氧化物为La2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述原料和水溶液的固液比为1:20～70。
5.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述原料和水溶液的
6.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，混合温度为45～85℃。
7.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，混合时间为2h以上。
8.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述三氯化铝六水合物的水溶液中氯化铝六水合物与水的质量比为1:5～45。
9.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述锕系元素氧化物包括UO2、ThO2中一种或多种。
10.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，还包括向所述液相中加入草酸沉淀、过滤和煅烧得到回收镧系元素氧化物。
...【技术特征摘要】
1.一种氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，包括步骤：将含镧系元素氧化物和锕系元素氧化物的原料溶于三氯化铝六水合物的水溶液，搅拌混合后静置分离得到含镧系元素氧化物的液相和含锕系元素氧化物的固相。
2.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述镧系元素氧化物为la2o3、pr6o11、nd2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb4o7、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3中一种或多种。
3.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述镧系元素氧化物为la2o3、nd2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3、lu2o3中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的氯化物水溶液分离镧系元素和锕系元素的方法，其特征在于，所述原料和水溶液...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘川楹，高希琳，肖成梁，
申请(专利权)人：浙江大学衢州研究院，
类型：发明
国别省市：
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