[发明专利]一种从高放废物分离发热元素Cs和Sr的方法

说明书

技术领域

本发明涉及核工业高放废物的后处理领域，尤其是高放废物中发热元素Cs和Sr的分离。

背景技术

作为乏燃料(SF)后处理产生的高放废物(HLLW)，其安全的处理与处置是核燃料循环技术的关键环节之一，。根据国家原子能发展政策，合理有效的利用有限的核资源、确保安全性、核不扩散性、环境适应性、经济性、以及通过乏燃料后处理技术有效处理处置HLLW是其基本方针。

乏燃料中含有发热元素、长寿命(数百万年)的次锕系元素(MA)等裂片产物(FP)，后处理的现状是：除了分离回收有用金属U和Pu，一部份的Np和差不多所有的FP元素都进入了HLLW中。对于长寿命的MA，已提出了分离/嬗变技术以及为达此目的而开发的一些萃取分离流程(比如美国以使用CMPO的TRUEX流程和法国以使用氨类化合物的DIAMEX流程等)，但对发热元素Cs和Sr的分离回收尚且不多。

最早的Cs和Sr分离研究是从美国法国和日本开始的。就其分离技术而言主要有吸附法和溶剂萃取法。目前的Cs吸附法研究主要集中于硅铝酸盐、钛酸盐和不溶性的铁氰化物等无机吸附剂方面。然而，为减少强酸性溶液中因H⁺竞争吸附而严重妨碍的Cs吸附，中和、脱硝作为前处理必不可少，导致处理费用和二次废物显著增加，且其慢的吸附速率，难以达到Cs的有效分离。

分离回收的Cs和Sr既可以作为线源也可以作为热源在医疗健康卫生保健体系被有效利用。另外，从HLLW中分离回收Sr，可以使玻璃固化体数量显著减少；乏燃料冷却期间大幅缩短；从HLLW处理处置的经济性提高、生态环境负担降低、资源有效利用的观点来看，也有极其重要意义，对构筑创新型的核燃料循环体系有重要贡献。

文献号为US6843921B2的美国发明专利及同族英国专利GB3290474中公开了一种高放废物处理方法，将高放废物制成硝酸溶液，溶液中还含有3摩尔/升的HNO₃，该溶液经色谱柱分离后分离出次锕系元素。

但高放废物的硝酸溶液分离出次锕系元素后，还含有Cs、Sr、Rh、Ru等金属元素，发热元素Cs和Sr也必须进行分离，该专利并没有涉及对Cs、Sr、Rh、Ru等金属元素的进一步分离处理。发热元素Cs和Sr分离处理也急待解决。

发明内容

本发明提供一种分离效果好、环保的从高放废物分离发热元素Cs和Sr的方法。

一种从高放废物分离发热元素Cs和Sr的方法，包括如下步骤：

(1)向已经分离出次锕系元素的高放废物的硝酸盐溶液中加入浓硝酸将硝酸浓度调整为3.5～4.4摩尔/升；

高放废物硝酸盐溶液中金属离子的总浓度为3～10摩尔/升；

(2)将调整硝酸浓度后的高放废物的硝酸盐溶液通过填装有吸附剂A的色谱柱，发热元素Cs被填装有吸附剂A的色谱柱吸附；

(3)调整硝酸浓度后的高放废物的硝酸盐溶液流出填装有吸附剂A的色谱柱后加稀硝酸(0.01摩尔/升)调整硝酸的浓度为1.5～2.5摩尔/升，通过填装有吸附剂B的色谱柱，发热元素Sr被填装有吸附剂B的色谱柱吸附；

为了增强分离效果，步骤(2)中，调整硝酸浓度后的高放废物的硝酸盐溶液通过填装有吸附剂A的色谱柱后，用3.5～4.4摩尔/升硝酸溶液对填装有吸附剂A的色谱柱进行洗涤，将洗涤流出物的硝酸浓度调整(用0.0.1摩尔/升的稀硝酸调整)到1.5～2.5摩尔/升后通入填装有吸附剂B的色谱柱。

为了增强分离效果，清洗液通过填装有吸附剂B的色谱柱后，用1.5～2.5摩尔/升硝酸溶液的对填装有吸附剂B的色谱柱进行洗涤。

通过对色谱柱的清洗，那些吸附剂没能选择吸附的其他金属元素均被冲洗出去。

试验表明，填装有吸附剂A的色谱柱只针对发热元素Cs和金属元素Rb有选择吸附能力。填装有吸附剂B的色谱柱只针对发热元素Sr和金属元素Ba有选择吸附能力。

高放废物的硝酸盐溶液通过两次色谱柱吸附分离，将发热元素Cs和Sr分离出去，达到了预期的目的。

色谱柱中吸附剂吸附饱和后，可用水清洗，既可以将发热元素Cs和Sr及金属元素Rb和Ba以硝酸盐的形式淋洗下来完成色谱柱的再生。

所述的吸附剂A，原料组成为具有结构通式(I)的杯芳醚(Calix[4]arene-R)和被覆聚合物的大孔SiO₂，被覆聚合物的大孔SiO₂的质量是杯芳醚质量的1～20倍，优选1～10倍，最优选3～5倍。