一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法与流程

本发明涉及核燃料循环及废液处理领域，具体为一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法。

背景技术：

1、核能利用最大的问题就是会产生大量的乏燃料，如果处理不当，将高毒的放射性元素释放到环境中，对人类的影响将是几百年到几十万年。因此，乏燃料的处理问题是全世界关注的焦点。

2、乏燃料成熟的初级处理工艺是用硝酸溶解，然后使用磷酸三丁酯将未发生裂变的铀和副产物钚萃取回收，重新制作核燃料回用，这就是purex流程。purex流程之后产生的废液，含硝酸和大量裂变元素，成分复杂，处理难度高，称之为高放废液，是全世界研究的热点，主要成分如下表：

3、表1乏燃料中的主要元素成分燃耗深度33000mwd/t(低浓铀)

4、

5、目前对高放废液的处理方法是将废液中的硝酸和水汽化后得到的残渣在1000℃左右玻璃化，埋入地下长期保存。由于高放废液中含有长寿命的α核素，如镅、锔等锕系元素，它们的半衰期较长，需要几十万年放射性才会降低到对环境和人类无害的水平。因此对于高放废液的处理目标主要如下：第一目标是将高放废物减量化，第二目标是将长寿命的α核素分离出来，再通过嬗变过程将所占比例小但毒性高的α核素锕系元素转变为稳定或短寿命核素。由于高放废液中含有比例较高的稀土，稀土元素具有较大的中子吸收截面，严重影响锕系元素的嬗变，因此稀土元素和锕系元素的分离是实现分离嬗变的关键环节，而锕系与稀土元素的物理化学性质极为接近，两者分离是核废物处理的一大难题。

6、在purex流程后的研究中，较为成熟的是清华大学的trpo流程：利用三烷基(c6-c8)氧磷萃取剂，将稀土元素和锕系元素同时萃取出来并对废液进行固化处理，再对萃取出的稀土和锕系元素混合物进一步分离。和trpo流程相似的还有美国的cmpo流程和中国原子能科学研究院的cmp流程，但这些流程都不能实现稀土和锕系元素的分离，而且目前无法进行大规模的应用。此外，当前研究机构的研究方向主要集中在筛选新的萃取剂，专利cn104894372、cn104928477、cn114107667a公开了相关新萃取剂，但这些新萃取剂存在分子结构复杂、制造成本高、不易提纯等难题，在分离过程中也会因为高辐射环境而降解，增加了萃取难度，难以投入实际应用中；对于高放废液处理技术还在不断探索中。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，包括以下步骤：

3、步骤1：向高放废液中加入甲酸铵盐；

4、步骤2：升温搅拌反应生成稀土元素甲酸盐；

5、步骤3：过滤，得到稀土元素甲酸盐固体，实现稀土元素从高放废液中分离；

6、步骤4：稀土元素甲酸盐悬浮于甲酸水溶液中，搅拌打浆，锕系元素甲酸盐和其它杂质转移到母液中；

7、步骤5：过滤，得到提纯稀土元素甲酸盐固体，实现稀土元素从高放废液中分离和提纯。

8、进一步的，步骤1中，所述稀土元素为钇(y)、镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)中的任一种或多种。

9、进一步的，步骤1中，所述甲酸铵盐为四甲基甲酸铵，四乙基甲酸铵，四丙级甲酸铵，四丁基甲酸铵中的任一种。

10、进一步的，步骤4中，所述甲酸水溶液浓度为1％-99％。

11、进一步的，步骤4中，所述甲酸水溶液的优选浓度为50％。

12、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明的目的在于提供一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，利用稀土元素甲酸盐在水中溶解度小的特性，实现稀土元素从高放废液中分离。分离后的稀土元素中不含锕系元素，可以作为短寿命核废物处理。此方法能为后续处理工艺提供便利，由于大部分稀土元素已经分离，减轻了后续trpo流程提取锕系元素的负担。如果对分离后的废液进行高温玻璃化，则可以起到高放废物减量化的作用，甲酸铵盐在玻璃化之前能够分解成气态产物，不会增加放射性废物的量。此外，甲酸价格便宜、方便回收还能耐放射性辐照，因此工艺具有高度的稳定性，分离效率高，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：步骤1中，所述稀土元素为钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝中的任一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：所述甲酸铵盐为四甲基铵甲酸铵，四乙基甲酸铵，四丙基甲酸铵，四丁基甲酸铵中的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：步骤2中，所述反应温度为90-100℃。

5.根据权利要求1所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：步骤3中，稀土元素甲酸盐固体的提纯方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：s1中，所述甲酸水溶液质量浓度为1-80％。

7.根据权利要求5所述的一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法，其特征在于：s1中，所述搅拌温度为90-100℃。

技术总结
本发明涉及核燃料循环及废液处理领域，具体为一种高放废液中稀土元素的分离及提纯方法。本发明主要包括以下操作步骤：向高放废液加入甲酸铵盐，生成稀土元素甲酸盐沉淀，通过将沉淀过滤实现稀土元素从高放废液中分离。将得到的稀土元素甲酸盐悬浮于甲酸水溶液中，搅拌打浆，使得溶解度大的锕系元素甲酸盐和其它杂质转移到液相中，过滤得到稀土元素甲酸盐固体，锕系甲酸盐及其它杂质则保留在母液中，从而实现稀土元素的提纯。本发明操作简单，工艺稳定，原料便宜且耐辐照，容易实现工业化，可用于核废料高放废液的处理。

技术研发人员：苏增权
受保护的技术使用者：上海鲲谷环境科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12