[發明專利]硼同位素分離方法

無效

• 申請號: 201410506117.7
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104226112A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 肖應凱;肖軍;馬云麒;張艷靈
• 申請（專利權）人: 中國科學院青海鹽湖研究所
• 主分類號: B01D59/26
• 分類號: B01D59/26
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武;沈祖鋒

技術領域

本發明涉及硼同位素分離技術領域，尤其涉及通過吸附分離硼同位素的方法。

背景技術

自然界硼有兩種穩定的同位素¹⁰B和¹¹B，其天然豐度分別為19.9％和80.1％。¹⁰B的熱中子俘獲截面遠大于¹¹B，因此在核工業中¹⁰B被廣泛地應用于制造熱中子計數管、反應堆控制棒和熱中子屏蔽材料，并在醫學上用于治療神經膠質瘤和黑色素瘤。但在這些場合，均要求¹⁰B的豐度達到85％以上，甚至更高，如何將¹⁰B從天然硼中分離出來，得到高濃度的¹⁰B產品，是世界各國¹⁰B生產廠家和科技人員共同關注的問題。

現有的硼同位素分離的方法包括：BF₃低溫蒸餾法、熱擴散法、化學交換精餾法、離子交換色譜法、電磁法、萃取法等。化學交換精餾法具有較高的單級硼同位素分餾系數(1.03左右)，達到了工業化生產規模，但它的缺點是設備投資大、能量消耗高、防護要求嚴。人們一直在努力探索新的用于取代化學交換精餾分離硼同位素的方法。

這其中，采用有機離子交換樹脂分離硼同位素的離子交換色譜法，具有高效節能和安全性高的特點，是一種極具潛力的硼同位素分離方法，也是最有可能替代化學交換精餾分離硼同位素的一種方法。

離子交換色譜分離硼同位素，是基于流動相(硼酸溶液)與固定相(離子交換樹脂)上的離子交換基團之間發生的離子交換過程。其主要操作包括：選擇合適的樹脂填充到色譜柱中，在柱子頂部加入硼酸溶液，柱底收集硼酸廢液。由于¹⁰B更易于與樹脂結合，所以在樹脂相中，¹⁰B的豐度會逐漸升高，待樹脂達到飽和后，使用一定的洗脫劑將吸附硼從樹脂上洗脫下來，從而得到富集¹⁰B的洗脫液。所使用的離子交換樹脂包括強堿性陰離子交換樹脂、弱堿性陰離子交換樹脂和硼特效樹脂。

通常對于相同的樹脂型式，強堿性樹脂的分離系數要比弱酸性樹脂的大(前者約為1.02，后者只有1.01左右)。硼特效樹脂對于硼酸有著特殊的親和力，Diaion?CRB?02和Amberlite?IRA?743兩種硼特效樹脂曾用來進行硼同位素的分離，在25℃時，得到的分離系數S介于1.018到1.022之間，稍大于采用普通強堿性或弱堿性樹脂所得到的S值。

因此，單從分離系數角度考慮，硼特效樹脂是作為硼同位素分離的更好的色譜柱填充材料。根據目前的實驗研究，得到的最大的單級分離因子S＝1.027，它有可能替代化學交換精餾法，用于工業規模的同位素¹⁰B的生產。然而強堿性陰離子交換樹脂需要使用酸(常為鹽酸)作洗脫劑，還要耗費大量的再生劑(常為NaOH溶液)，成本較高，在工業上應用受到限制。

與化學精餾法相比，低的硼同位素分離系數是離子交換樹脂法分離硼同位素最大的弱點，要想達到85％以上的¹⁰B豐度，往往需要很長的色譜柱，花費相當長的時間，大幅增加了生產成本。同時由于樹脂的重復使用，使得樹脂中的部分功能基團氨基發生了分解，致使存在于樹脂中的固定基團數減少，從而降低了樹脂的交換容量和同位素分離效率，也限制了它在工業生產中的應用。

因此，仍需要尋找一種適于通過吸附法分離硼同位素的吸附劑，以提高分離效率、降低成本、提高可重復使用性。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術的上述問題之一，提供一種高效率、低成本的硼同位素分離方法。

本發明采用的技術方案為：一種硼同位素分離方法，包括使用氫氧化物吸附劑吸附硼酸溶液中的¹¹B，以獲得富集¹⁰B的硼酸溶液，所述硼酸溶液的pH為8.5-13。

一些實施例中，所述氫氧化物吸附劑可以為Mg(OH)₂吸附劑。

一些實施例中，所述吸附操作可以包括：向所述硼酸溶液中添加水溶性鎂鹽生成Mg(OH)₂沉淀，和/或向所述硼酸溶液中加入Mg(OH)₂吸附劑，和/或使所述硼酸溶液通過填充有所述Mg(OH)₂吸附劑的吸附柱。

一些實施例中，所述Mg(OH)₂吸附劑可以為晶體和/或無定形Mg(OH)₂。

一些實施例中，所述硼酸溶液的濃度可以為0.1-0.5mol?B/L。