[發明專利]一種從高放廢物中分離發熱元素Sr和金屬元素Ba的方法

無效

• 申請號: 200810120171.2
• 申請日: 2008-07-31
• 公開（公告）號: CN101323906A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 張安運
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C22B3/24
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及核工業高放廢物的后處理領域，尤其是高放廢物中發熱元素Sr和金屬元素Ba的分離。

背景技術

作為乏燃料(SF)后處理產生的高放廢物(HLLW)，其安全的處理與處置是核燃料循環技術的關鍵環節之一。根據國家原子能發展政策，合理有效的利用有限的核資源、確保安全性、核不擴散性、環境適應性、經濟性、以及通過乏燃料后處理技術有效處理處置HLLW是其基本方針。

乏燃料中含有發熱元素、長壽命(數百萬年)的次錒系元素(MA)等裂片產物(FP)，后處理的現狀是：除了分離回收有用金屬U和Pu，一部份的Np和差不多所有的FP元素都進入了HLLW中。對于長壽命的MA，已提出了分離/嬗變技術以及為達此目的而開發的一些萃取分離流程(比如美國已使用CMPO的TRUEX流程和法國已使用氨類化合物的DIAMEX流程等)，但對發熱元素Cs和Sr的分離回收尚且不多。

最早的Cs和Sr分離研究是從美國法國和日本開始的。就其分離技術而言主要有吸附法和溶劑萃取法。目前的Cs吸附法研究主要集中于硅鋁酸鹽、鈦酸鹽和不溶性的鐵氰化物等無機吸附劑方面。然而，為減少強酸性溶液中因H⁺競爭吸附而嚴重妨礙的Cs吸附，中和、脫硝作為前處理必不可少，導致處理費用和二次廢物顯著增加，且其慢的吸附速率，難以達到Cs的有效分離。

分離回收的Cs和Sr既可以作為線源也可以作為熱源在醫療健康衛生保健體系被有效利用。另外，從HLLW中分離回收Sr，可以使玻璃固化體數量顯著減少；乏燃料冷卻期間大幅縮短；從HLLW處理處置的經濟性提高、生態環境負擔降低、資源有效利用的觀點來看，也有極其重要意義，對構筑創新型的核燃料循環體系有重要貢獻。

文獻號為US6843921B2的美國發明專利及同族英國專利GB3290474中公開了一種高放廢物處理方法，將高放廢物制成硝酸溶液，溶液中還含有3摩爾/升的HNO₃，該溶液經色譜柱分離后分離出次錒系元素。中國專利申請CN101143273公開了一種從高放廢物分離發熱元素Cs和Sr的方法，向已經分離出次錒系元素的高放廢物的硝酸鹽溶液中加入濃硝酸調整硝酸濃度，該溶液經兩次色譜柱吸附分離，依次分離出Cs和Sr。但該方法中，發熱元素Sr和金屬元素Ba被色譜柱同時選擇性吸附，色譜柱經去離子水淋洗后的溶液中，Sr和Ba元素同時存在于該硝酸鹽溶液中，金屬元素鋇也必須進行進一步分離處理。

發明內容

本發明提供了一種分離效果好、環保的從高放廢物中分離發熱元素Sr和金屬元素Ba的方法。

一種從高放廢物中分離發熱元素Sr和金屬元素Ba的方法，包括以下步驟：

(1)將含發熱元素Sr和金屬元素Ba的硝酸鹽溶液中的硝酸濃度調至0.5～4摩爾/升；

調整硝酸濃度時可用濃硝酸進行調整。

所述的含發熱元素Sr和金屬元素Ba的硝酸鹽溶液可來自但不僅限于來自在中國專利申請CN101143273中得到的含發熱元素Sr和金屬元素Ba的硝酸鹽溶液。

(2)將調整硝酸根濃度后的硝酸鹽溶液流過填裝有吸附劑的色譜柱，發熱元素Sr被填裝有吸附劑的色譜柱吸附，金屬元素Ba(以硝酸鹽的形式)流出色譜柱。

(3)用去離子水淋洗吸附有Sr元素的色譜柱，Sr元素以硝酸鹽的形式洗出。

為了增強分離效果，在步驟(2)和(3)之間，用摩爾濃度為1～2摩爾/升的硝酸預淋洗色譜柱，使Ba元素被充分的淋洗出來。

試驗表明，填裝有吸附劑的色譜柱只針對發熱元素Sr有選擇吸附能力。含發熱元素Sr和金屬元素Ba的硝酸鹽溶液經色譜柱選擇性吸附分離，將發熱元素Sr和金屬元素Ba分離。

色譜柱中吸附劑吸附飽和后，可用水清洗，即可將發熱元素Sr以硝酸鹽的形式淋洗下來完成色譜柱的重生。

所述的吸附劑原料組成為負載在被覆聚合物的大孔SiO₂上的如式(I)所示的N，N，N`，N`-四辛基-3-氧戊-1，5-二酰胺(TOOD)，被覆聚合物的大孔SiO₂的質量是TOOD的質量的1～20倍，優選5～15倍。

所述的被覆聚合物的大孔SiO₂優選SiO₂-苯乙烯-二乙烯基苯聚合物。

所述的吸附劑通過如下方法制備：

將TOOD溶于二氯甲烷中，然后加入被覆聚合物的大孔SiO₂攪拌均勻，真空干燥后得到吸附劑。