專利名稱：用水溶性氧雜酰胺從有機相反萃分離放射性元素的方法
技術領域：
本發明涉及用水溶性氧雜酰胺從有機相中反萃分離放射性元素的方法，特別是用取代烷基碳鏈小于3個碳的氧雜酰胺。屬核燃料后處理，高放廢液分離，應用化學等領域。
乏燃料的后處理目前普遍采用以磷酸三丁酯(TBP)為萃取劑的钚還原回收(PUREX)流程。該流程包括三個循環鈾钚共去污，鈾純化，钚純化。即先從乏燃料溶解液中同時萃取鈾、钚，從負載有機相中進行鈾钚分離，然后分別進行鈾、钚純化。該流程已有幾十年工業運行的經驗，但對基本流程的改進一直在進行著，提出了一些在技術上和經濟上更合理的流程。
對于HLLW的處理，除玻璃固化深地層貯存外，目前主要有分離-嬗變(Partitioning-Transmutation，P-T)和分離-整備(Partitioning-Conditioning，P-C)兩種方法。對HLLW中錒系元素的分離技術的研究是該領域研究的熱點，提出了多種分離流程，其中我國研究的三烷基氧膦(TRPO)流程被認為是世界兩個最有應用前景的流程之一。在TRPO流程中，首先用30％三烷基氧化瞵-煤油從高放廢液中萃取錒系元素，然后分別用5.5mol/LHNO3、0.6mol/L草酸和5％Na2CO3溶液進行反萃，得到镅+稀土、镎+钚和鈾三個物流。從分離-嬗變觀點來看，各物流分開是有利的，但流程較為復雜，所需的級數較多；從分離-整備觀點來看，將超鈾元素一起分離出來，進行固化，這樣可使流程簡化，易于工業上實現。
萃入到TBP有機相中的鈾、钚用氨基磺酸亞鐵、四價鈾等還原劑反萃取出來，萃取到TRPO有機相中的超鈾元素和鑭系元素用硝酸、草酸反萃取出來，上述反萃劑存在反萃物不好分解、產生二次廢物多等缺點。
本發明方法選用取代烷基碳鏈長度小于3個碳的烷基-3-氧雜戊酰胺水溶液作反萃劑，從萃取了錒系元素和鑭系元素的磷酸三丁酯和三烷基氧膦的有機相中，經過多級錯流反萃取/或連續逆流反萃取超鈾元素和鑭系元素。而鈾則仍然留在有機相，從而實現鈾與超鈾元素及鑭系元素的分離。鈾經后續處理可繼續使用，超鈾元素與鑭系元素分離后，或玻璃固化或經嬗變成短半衰期核素，把放射性的長期危害減到最小。
用水溶性氧雜酰胺作為反萃劑，具有以下特點1、水溶性氧雜酰胺分子中含有與超鈾元素和鑭系元素絡合能力很強的配位基團，能夠使超鈾元素和鑭系元素完全從有機萃取劑中反萃出來，反萃效率接近100％。
2、水溶性氧雜酰胺可完全溶在水溶液中，而在有機相中的溶解小于1％，反萃劑在使用過程中損失很小。
3、水溶性氧雜酰胺由C、H、O、N元素組成，反萃產物容易分解，并且不產生二次固體廢物。
4、水溶性氧雜酰胺合成方法簡單，成本低廉，便于工業規模生產。
5、水溶性氧雜酰胺可以從中性磷(膦)酸萃取劑、酸性磷(膦)酸萃取劑及酰胺類萃取劑中反萃超鈾元素和鑭系元素，而不反萃取鈾。
圖2為逆流反萃取流程圖。
圖1、2為本發明工藝流程圖。圖中1，2，3，4，5為反萃取段，每一段為一級。O1為負載后的有機相(含TBP或TRPO等萃取劑)；S為反萃劑(水溶性氧雜酰胺)；P為含錒系元素的水相；O2為反萃取后的有機相。
含錒系元素(鈾和超鈾元素)和鑭系元素的有機相O1進入錯流反萃取流程的第1級，逐級與新鮮的反萃劑S接觸，S將O1中大部分超鈾元素和鑭系元素反萃取到水相成為P，有機相變成了只含有鈾的有機相O2，經3-5級錯流反萃，接近＞99％的超鈾元素和鑭系元素進入水相P。或者，含錒系元素(鈾和超鈾元素)和鑭系元素的有機相O1進入逆流反萃取流程第1級，與從末級加入的反萃劑S逆流接觸，S將O1中大部分超鈾元素和鑭系元素反萃取到水相成為P，有機相變成了只含有鈾的有機相O2，經3-5級逆流反萃，接近＞99％的超鈾元素和鑭系元素進入水相P。
權利要求
1.一種用水溶性氧雜酰胺從有機相反萃分離放射性元素的方法，其特征是用取代烷基碳鏈長度小于3個碳的烷基-3-氧雜戊酰胺水溶液作反萃劑，從萃取了錒系元素和鑭系元素的磷酸三丁酯和三烷基氧膦的有機相中，經過多級錯流反萃取/或連續逆流反萃取超鈾元素和鑭系元素。
2.根據權利要求1所說的一種用水溶性氧雜酰胺從有機相反萃分離放射性元素的方法，其特征是所說的取代烷基碳鏈長度小于3個碳的烷基-3-氧雜戊酰胺水溶液為N，N-二烷基-3-氧雜-戊單酰胺溶液。
3.根據權利要求1所說的一種用水溶性氧雜酰胺從有機相反萃分離放射性元素的方法，其特征是所說的取代烷基碳鏈長度小于3個碳的烷基-3-氧雜戊酰胺水溶液為N，N，N’，N’-四烷基-3-氧雜-戊二酰胺溶液。
全文摘要
一種用水溶性氧雜酰胺從有機相中反萃分離放射性元素的方法，屬核燃料后處理，高放廢液分離，應用化學等領域。本方法是用取代烷基碳鏈長度小于3個碳的烷基－3－氧雜戊酰胺水溶液作反萃劑，從萃取了錒系元素和鑭系元素的磷酸三丁酯和三烷基氧膦的有機相中，經過多級錯流反萃取/或連續逆流反萃取超鈾元素和鑭系元素。本方法有反萃流程簡單，二次廢物少等優點。
文檔編號B01D11/00GK1477649SQ0314639
公開日2004年2月25日 申請日期2003年7月11日 優先權日2003年7月11日
發明者張平, 陳靖, 田國新, 王建晨, 張 平 申請人:清華大學