[發明專利]一種鄰菲羅啉氧化磷和萃取分離三價鑭系和/或錒系離子的方法

有效

• 申請號: 202011355501.3
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112458283B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 肖成梁;徐雷;楊曉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C22B3/38
• 分類號: C22B3/38;C22B59/00;C22B60/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明涉及核燃料循環及廢液處理技術領域，具體涉及一種鄰菲羅啉氧化磷和萃取分離三價鑭系和/或錒系離子的方法，以式(1)所示的鄰菲羅啉氧化磷為萃取劑，與有機溶劑混合形成有機相，從水相中萃取三價鑭系和/或錒系離子；所述水相為含有三價鑭系和/或錒系離子的酸性溶液；其中，R₁為苯基或取代苯基；R₂為苯基、C₁?C₁₀的直鏈烷基或支鏈烷基。該方法能夠從強硝酸水溶液中將次錒系元素和鑭系元素高效的萃取分離出來，萃取率最高可達99.9％，在核工業放射性廢液尤其是高放廢液中實現三價鑭系和錒系離子的共分離領域中具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及核燃料循環及廢液處理技術領域，具體涉及一種鄰菲羅啉氧化磷和萃取分離三價鑭系和/或錒系離子的方法。

背景技術

大力發展核能已成為我國推動能源轉型，應對氣候變化，遏制全球變暖，減少溫室氣體排放的重要舉措。然而，在核電快速發展的同時也產生了大量的乏燃料，預計2030年我國乏燃料累積產量為13000-14000噸，如何安全有效的處置核電發展過程中產生的乏燃料，已成為限制我國核電可持續發展的關鍵瓶頸之一。為了將核燃料資源進行最大化利用，減少核廢物對環境和人類潛在的長期放射性毒害威脅，實現核能的安全、可持續發展，亟待解決具有長期強放射性錒系元素的分離問題。

盡管采用钚鈾萃取法(Plutonium and Uranium Recovery by Extraction，PUREX)流程，可將乏燃料中的絕大部分的鈾U和钚Pu(約占乏燃料總量的95％)通過磷酸三丁酯(TBP)/煤油萃取體系進行分離后循環利用。鈾和钚分離后剩下的廢液(～3.0M硝酸)也就是所謂的高放廢液(High active liquid waste,HLW)，其中仍含有極少量的Pu和長壽命次錒系元素(如镅Am(III)、鋦Cm(III)等，約占乏燃料的0.1％)卻是長期放射性和輻射毒害的主要來源，此外高放廢液中還有大量的三價鑭系元素。

為了解決此問題，國內外學者提出分離-嬗變(PartitioningTransmutation，PT)技術來解決這一難題。其策略是先將長壽命的次錒系元素選擇性的同其它裂變產物(尤其是中子毒物-三價鑭系元素)和腐蝕碎片相分離，然后通過快中子轟擊長壽命次錒系元素使其通過核反應轉變為短壽命或穩定的核素，從而達到消除其長期放射性危害的目的。由于中子毒物鑭系元素與三價次錒系元素在酸溶液中的物理化學性質十分相似(如相似的離子半徑、氧化態、電子組態及配位模式)，因此直接將錒系元素和鑭系元素從高放廢液中進行高效分離難度非常大，到目前為止也尚無工業化的鑭錒分離流程。

為了降低鑭系和錒系從高放廢液中進行分離的難度，人們采取兩步法來實現分離嬗變的目標。首先第一步采用含有O的配體將三價的次錒系元素Am(III)/Cm(III)以及三價的鑭系元素Ln(III)離子進行共同萃取同高放廢液中其他裂片元素進行分離，然后再采用含有N或者S的配體實現三價的Am(III)/Cm(III)以及Ln(III)之間的相互分離。本技術發明的目的就是解決三價次錒系元素與鑭系元素的共同分離的難題。

目前文獻中主要采用酰胺類配體(TODGA)以及TBP混合萃取劑對高放廢液中的鑭系和錒系元素進行共萃取分離(Modolo,G.；Asp,H.；Schreinemachers,C.；Vijgen,H.Solvent Extr.Ion Exch.2007,25,703-721.)。此類配體雖然對鑭系和錒系離子均具有一定的萃取能力，由于需要采用多種萃取劑進行萃取，仍在存在萃取效率低、化學穩定性低、產生二次廢物多等缺點仍需要進一步的改進。

發明人在前期研究過程中(CN111431785A)發現鄰菲羅啉磷酸酯對三價錒系和/或三價稀土離子具有較好的分離萃取效果，并公開了一種鄰菲羅啉氧化磷配體用于三價鑭系和錒系元素之間的相互分離萃取，效果良好。但對于三價鑭系和錒系元素的分配比并不高，不適用于的三價鑭系和錒系元素共分離流程。

發明內容