一种次锕系核素离子络合物解络转化为氧化物的方法与流程

本发明属于核技术应用和无机化学，涉及一种次锕系核素离子络合物解络转化为氧化物的方法。

背景技术：

1、镅(am)、锔(cm)等次锕系核素具有非常高的经济价值，同时其也是高放废液中主要长寿命核素和α放射性的来源。提取出高放废液中的镅、锔等次锕系核素既可以用作制备放射源的材料，还可以大大降低高放废液对环境的影响时间，此外还可以大大减少高放废液固化后衰变热。因此，对高放废液中镅、锔等次锕系核素的分离提取既具有非常高的经济效益，同时也具有非常高的生态意义和社会效益。

2、现有高放废液锶镅提取流程工艺可以将高放废液中镅、锔以及锶(sr)等核素提取分离出来，但现有技术缺少关于自溶液体系中镅、锔的解络和转化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的至少一种缺陷而提供一种次锕系核素离子络合物解络转化为氧化物的方法，本发明属于自新的分离试剂体系中将镅、锔等次锕系核素解络并转化为氧化物的方法，对高放废液镅、锔等金属回收具有十分重要的意义。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一在于，提供一种次锕系核素离子络合物解络转化为氧化物的方法，该方法包括以下步骤：

4、(1)沉淀：

5、向次锕系核素金属离子(am(ⅲ)、cm(ⅲ)等)和分离试剂的硝酸溶液中加入沉淀剂，并混合，分离试剂包括2,6-双(5,6-二(磺酸基苯基)-1,2,4-三嗪-3-基)吡啶(hso3-ph-btp)或n,n,n,n-6,6'-双(5,6-二(磺酸苯基)-1,2,4-三嗪基)-2,2'-联吡啶(hso3-ph-btbp)，利用沉淀剂中的co32-、hco3-或c2o42-酸根离子消耗掉溶液中的氢离子(h+)，并使得溶液中的金属离子与沉淀剂充分反应生成沉淀，反应方程式如下：

6、2(nh4)2co3+am3+→nh4am(co3)2↓+3nh4+         (1)，

7、2(nh4)2co3+cm3+→nh4cm(co3)2↓+3nh4+         (2)，

8、3nh4hco3+am3+→am(hco3)3↓+3nh4+          (3)，

9、3nh4hco3+cm3+→cm(hco3)3↓+3nh4+          (4)，

10、3h2c2o4+2am3+→am2(c2o4)3↓+6h+           (5)，

11、3h2c2o4+2cm3+→cm2(c2o4)3↓+6h+           (6)，

12、从式(1)至(6)可以看到溶液中1mol的金属离子和2mol的碳酸铵((nh4)2co3)形成1mol的nh4am(co3)2或nh4cm(co3)2沉淀，1mol的金属离子和3mol的碳酸氢铵(nh4hco3)形成1mol的am(hco3)3或cm(hco3)3沉淀，2mol的金属离子和3mol的草酸(h2c2o4)形成1mol的am2(c2o4)3或cm2(c2o4)3沉淀，并聚集在体系底部，接下来便可以通过过滤来实现目标次锕系核素沉淀物与上清液的分离；

13、(2)过滤：

14、待步骤(1)中反应完全后将体系进行过滤，将目标次锕系核素沉淀与上清液分离，过滤后所得的沉淀物即为富含有镅、锔等目标次锕系核素的粉末状固体，此粉末状固体还不是我们最终需要的镅、锔氧化物，接下来的步骤便是将含有镅、锔等粉末状固体转化为镅、锔等目标次锕系核素的氧化物；

15、(3)焙烧：

16、将步骤(2)中所得过滤后的产物进行焙烧，经焙烧之后所获得的粉末状固体即为所需最终产物，反应方程式如下：

17、

18、

19、

20、

21、

22、

23、从式(7)至(12)可以看到nh4am(co3)2、nh4cm(co3)2、am(hco3)3、cm(hco3)3、am2(c2o4)3或cm2(c2o4)3通过焙烧后产生的二氧化碳(co2)以及二氧化氮(no2)、水蒸气(h2o)都呈气态挥发掉了，而留下的粉末状固体即为所需镅、锔等目标次锕系核素的最终氧化物产物am2o3或cm2o3。

24、作为优选的技术方案，步骤(1)中金属离子和分离试剂的硝酸溶液为经过高放废液锶镅提取流程提镅后所得产品液。

25、研究发现分离试剂具有非常高的镧锕分离系数，其有着高达数千的镧锕分离因子(sf(am(ⅲ)/eu(ⅲ),hso3-ph-btp)≈2000)。2,6-双(5,6-二(磺酸基苯基)-1,2,4-三嗪-3-基)吡啶或n,n,n,n-6,6'-双(5,6-二(磺酸苯基)-1,2,4-三嗪基)-2,2'-联吡啶作为分离试剂，可以解决高放废液锶镅提取流程中镧锕分离的难题，以此来实现提取流程中镅、锔与相关镧系元素的分离，但目前国际上没有相关专利和文献涉及分离试剂溶液体系中镅、锔的解络和转化技术。

26、经高放废液锶镅提取流程提镅之后，高放废液中的绝大部分镅、锔等次锕系核素被分离提取到了含有分离试剂的硝酸溶液体系中并形成m(so3-ph-btp)2-、m(so3-ph-btp)-2、m(so3-ph-btp)3三种络合物，或者m(so3-ph-btbp)2-、m(so3-ph-btbp)-2、m(so3-ph-btbp)3三种络合物，其中m代表am(ⅲ)、cm(ⅲ)等金属离子。高放废液锶镅提取流程提镅主要目的是从高放废液中提取出镅、锔并转化为氧化物，要实现上述镅、锔氧化物转化的第一步就需要将镅、锔与分离试剂形成的络合物从分离试剂的硝酸溶液体系中解络合，并使镅、锔等金属离子与分离试剂的硝酸溶液分离。第二步便是将从分离试剂的硝酸溶液体系中解络出的镅、锔等金属离子转化为金属氧化物。

27、进一步地，步骤(1)中金属离子的浓度为0.5-6g/l，分离试剂的浓度为0.1-0.3mol/l，硝酸的浓度为0.5-1mol/l。

28、进一步地，步骤(1)中金属离子中am(ⅲ)离子的浓度为3-5g/l，cm(ⅲ)离子的浓度为0.5-1g/l。

29、进一步地，步骤(1)中沉淀剂包括碳酸铵、碳酸氢铵或草酸。

30、进一步地，步骤(1)中沉淀剂与金属离子和分离试剂的硝酸溶液的质量/体积比为(0.25-0.4g):1ml。

31、进一步地，步骤(1)中混合的时间为15-20min，搅拌速率为2-4rpm。

32、作为优选的技术方案，步骤(1)中在生成沉淀的过程中可以缓慢混合并加热，这样可以使沉淀颗粒增大以便于过滤。

33、进一步地，步骤(1)中混合的温度为50-60℃。

34、进一步地，步骤(2)中过滤采用抽滤或漏斗加滤纸形式。

35、进一步地，所述抽滤的压力为100-500kpa，温度为室温。

36、作为优选的技术方案，步骤(2)中过滤后的滤液进行取样分离并妥善处置，取样的目的是确定沉淀效率和过滤回收效率。

37、作为优选的技术方案，所述处置的方法为经过放射性测定达标后进行排放。

38、进一步地，步骤(3)中焙烧的温度为700-900℃，时间为1.5-2.5h。

39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

40、(1)本发明提供了一种新的含镅络合物解络并将镅从金属离子转化为氧化物的技术解决方案，解决了含镅离子料液将镅离子转化为镅产品的问题；

41、(2)本发明促进了高放废液超钚核素提取领域的技术进步和创新，为行业发展带来了新的机遇；

42、(3)本发明开拓高放废液处理新的方向，为社会和环境带来了积极影响，促进了核资源的可持续发展和提高了核资源利用效率。