一种锂同位素分离方法及其单级分离系数测定方法技术

本发明专利技术属于同位素分离技术领域，具体涉及一种锂同位素分离方法及其单级分离系数测定方法。该方法利用石墨-有机电解质体系实现锂同位素分离，包括氧化还原反应、同位素交换反应及锂同位素的分离三个步骤。该方法实现了在非汞体系中锂同位素分离，避免了金属汞对环境的污染和对人类健康的危害，操作简单，并且单级分离系数达到了1.02以上，分离效率高，可达到工业上锂同位素分离对单级分离系数的要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于同位素分离
，具体涉及。该方法利用石墨-有机电解质体系实现锂同位素分离，包括氧化还原反应、同位素交换反应及锂同位素的分离三个步骤。该方法实现了在非汞体系中锂同位素分离，避免了金属汞对环境的污染和对人类健康的危害，操作简单，并且单级分离系数达到了1.02以上，分离效率高，可达到工业上锂同位素分离对单级分离系数的要求。【专利说明】
本专利技术属于同位素分离
，具体涉及。
技术介绍
随着世界人口的增长和经济的高速发展，人们对能源的需求也飞速膨胀。目前，世界上使用能源的85%来源于不可再生的石油、天然气和煤炭。全球石油危机日益严峻，石油的储量仅能维持人类继续使用约40年。另外，石油、天然气和煤炭等化石原料同时也是众多工业产品的直接原材料，将它们作为燃料不仅是对资源的极大浪费，而且严重污染了人类赖以生存的环境。能源的潜在危机和生态环境的恶化使世界各国积极开发包括核能在内的新能源和可再生能源。现在商业化运行的原子能电站是基于铀同位素的可控裂变反应堆。由于全球铀资源极其有限，仅够使用几十年，而且铀裂变反应的产物是长寿命的放射碎片，一旦泄露或处理不当将给人类带来极大的灾难。因此，开发可控聚变堆代替裂变堆日益受到世界各国的广泛关注。聚变反应是利用氘(D)和氚(T)聚合成氦(4He)核时放出的巨大核能:D+T — 4He (3.52MeV) +η (14.06MeV)。自然界中几乎不存在氚，必须依靠中子轰击6Li来产生和不断增殖:6Li+n — T+4He。聚变反应堆可获得的能量受到锂同位素资源的限制，因此锂成了人类未来最终的战略资源。锂(Li)是自然界最轻的金属，锂元素包含6Li和7Li两种同位素，其天然丰度分别为7.5%,92.5%。6Li和7Li的化学性质类似但是核性质相差很大，其中7Li的热中子吸收截面仅为0.037b,而6Li的热中子吸收截面为940b,因此6Li被中子轰击后生成氣和氦,使氣在反应堆中不断增殖。故6Li是重要的产氚原料和必不可少的聚变堆燃料。此外，6Li和氘形成的固态化合物(6LiD)是核武器的重要装料。可见，锂同位素特别是6Li与军事和能源的关系十分密切，在核领域占有十分重要的地位。因此，锂同位素分离技术一直受到广泛关注，世界各国都在紧张、秘密地开展相关研究。工业生产中，良好的锂同位素分离方法首先要满足单级分离系数值大于1.02的条件。因此，单级分离系数α是衡量一个分离方法工业价值的重要技术指标。迄今为止，世界各国工业生产锂同位素的唯一方法是锂汞齐法。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题:此方法在同位素生产过程中使用大量的汞，给人类和环境带来了极大的危害。因此，急需寻找一种可以替代锂汞齐法、对环境和人类无毒无害的体系和操作简单的方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂同位素分离方法，其分离效率高、过程简单、分离彻底，并且避免了汞的使用。本专利技术还提供一种适用于该锂同位素分离方法的单级分离系数测定方法，可以较快测出被分离的锂氧化物的单级分离系数。一方面，本专利技术实施例提供了一种锂同位素分离方法，所述方法采用三电极电解体系，在电解池中设置工作电极、辅助电极和参比电极，其中工作电极为石墨薄片，电解质溶液为的醋酸锂-二甲基亚砜溶液，包括以下步骤:(I)氧化还原反应:在恒温、氩气保护条件下，先进行恒电流电解，当所述工作电极的电压下降至平稳电压时，转换为恒电位电解，达到预定电解量时终止，反应时不断搅拌；(2)同位素交换反应:继续保持恒温，将所述工作电极断电，静置后重新开始搅拌，直至同位素交换反应7LimC+6Li+S 'sLinC+7Li+达到平衡；(3)锂同位素分离:从所述电解池中移出所述工作电极，用脱水己烷清洗，待脱水己烷彻底挥发后，将所述工作电极加热，得到石墨相锂的氧化物。进一步地，所述石墨薄片的厚度小于等于0.5毫米。进一步地，所述醋酸锂-二甲基亚砜溶液的浓度为0.025?0.5mol/L。进一步地，其步骤(I)中的预定电解量为7?30库伦，该预定电解量可以根据电解的实际情况和需要随时进行调整。进一步地，其步骤(I)中的恒电流电流大小为-0.8?-1.1毫安。进一步地，其步骤(I)中的恒温温度为20?40摄氏度。进一步地，其步骤(2)中的静置时间为4?10分钟。进一步地，其步骤(2)中的重新开始搅拌的搅拌时间为I?5分钟，用于使同位素充分进行交换反应，该时间优选为5分钟，以保证交换反应充分。进一步地，其步骤(3)中的工作电极加热温度为大于等于700摄氏度，优选地，工作电极加热温度为800度，上述温度只要不低于700摄氏度，即可满足将所述工作电极转化为石墨相锂氧化物的条件。进一步地，所述辅助电极为Pt片，所述参比电极为饱和甘汞电极。另一方面，本专利技术实施例提供了一种用于测定上述任意一种锂同位素分离方法获得的分离产物的单级分离系数的方法，其特征在于，包括以下步骤:(4)向步骤(3)得到的石墨相锂的氧化物中加入2mol/L HNO3，使之转化为石墨相LiNO3溶液；( 5 )将所述电解池中的电解质溶液取出，该电解质溶液取出的量可以自由确定，一般可以取出1ml，因为取出该电解质溶液的目的只是用于测量6Li与7Li的比例，所以取出的量只要满足测量需要即可。向取出的电解质溶液中加入同体积的2mol/L HNO3B成混合溶液，将混合溶液在电炉上蒸发至尽干，再置于800摄氏度马弗炉中加热10小时，得到溶液相锂的氧化物。向所述溶液相锂的氧化物中加入2mol/L HNO3，使之转化为溶液相LiNO3溶液；(6)用3%HN03将所述石墨相LiNO3溶液和溶液相LiNO3溶液稀释至ppm (10_6)级，以3%HN03做空白对照，以3%HN03稀释天然丰度的醋酸锂-二甲基亚砜溶液至ppm (10_6)级为标准，利用无机质谱仪进行同位素丰度测定，通过计算得到单级分离系数。上述技术方案具有如下有益效果:因为采用了石墨薄片工作电极和醋酸锂-二甲基亚砜电解液的电解体系，实现了在非汞体系中锂同位素分离，避免了对环境和人类的污染，并且单级分离系数达到了 1.02以上，可达到工业上锂同位素分离对单级分离系数的要求，该方法为不同价态锂同位素之间的交换反应，对获得较高的单级分离系数十分有利。另外，该方法由于没有复杂的化学反应，并且固液两相接触进行同位素交换，单级分离结束后，只需将石墨电极移出电解池，因此其还具有分离过程简单、分离彻底的特点。该单级分离系数测定方法采用硝酸溶解锂氧化物，可以较快测出分离锂氧化物的单级分离系数。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中锂同位素分离方法的流程图。图2是本专利技术实施例中单级分离系数测定方法的流程图。【具体实施方式】下面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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂同位素分离方法，其特征在于，所述方法采用三电极电解体系，在电解池中设置工作电极、辅助电极和参比电极，其中工作电极为石墨薄片，电解质溶液为的醋酸锂?二甲基亚砜溶液，包括以下步骤：（1）氧化还原反应：在恒温、氩气保护条件下，先进行恒电流电解，当所述工作电极的电压下降至平稳电压时，转换为恒电位电解，达到预定电解量时终止，反应时不断搅拌；（2）同位素交换反应：继续保持恒温，将所述工作电极断电，静置后重新开始搅拌；（3）锂同位素分离：从所述电解池中移出所述工作电极，用脱水己烷清洗，待脱水己烷彻底挥发后，将所述工作电极加热，得到石墨相锂的氧化物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴继宗，孙秉怡，杨恩波，郑维明，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：