[发明专利]锂同位素水溶液萃取分离的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一种锂同位素水溶液萃取分离的方法，属于溶剂萃取技术领域。

背景技术

锂元素有⁶Li(7.52％)和⁷Li(92.48％)两个稳定同位素。其中，⁶Li被中子(n)轰击裂变后生成氚和氦(⁶Li+n→T+⁴He)，使得聚变堆中氚得以不断增殖。⁶Li是核聚变堆燃料(⁶Li＞30％)、氢弹装料(⁶Li＞90％)和中子防护材料。⁷Li用于压水堆中一次冷却的pH调节剂、聚变堆中导热的载热剂(⁷Li＞99.96％)和钍堆熔盐的中性介质(⁷Li＞99.995％)。锂同位素是必不可少的核原料。

我国能源新战略将发展核电放在十分重要的地位，按计划是当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。国家先后启动了“受控核聚变”和“未来先进核裂变-钍基熔盐堆核能系统”，并已取得可喜成绩。2002年，核工业部西南物理研究院建成“国环流器二号A”。通过开展新型偏滤器、超导磁体等关键工程技术预研、工程试验堆设计、材料研究及其关键部件预研，为2015年前后设计建造氘氚燃烧试验装置提供技术和物理基础。2006年，中国科学院等离子体物理研究所建成世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的核聚变实验装置，同年9月28日首次投入运行，目前已成功获得了稳定、重复和可控的各种磁位形高温等离子体。同时，中国还是国际受控热核聚变计划ITER项目的主要参与单位。我国出资10％，将享有全部的知识专权。根据受控核聚变工程进展，科学家乐观地估计在未来30～50年内可实现核聚变的商业发电。2011年1月15日，国家又正式启动了“未来先进核裂变能-钍基熔盐堆核能系统”。按计划，钍基熔盐堆在未来20年内可实现商业发电。“聚变堆”和“钍基熔盐堆”发电都需要消耗大量的锂同位素，因此锂同位素分离倍受关注。

锂同位素分离始于1936年，Lewis和Mac Donald建立了锂汞齐和氯化锂溶液的化学交换的锂同位素分离体系(又称锂汞齐法)(Lewis，G.N.，Macdonald，R.T.，J.，Am.Chem.Soc.1936，58，2519-2524)。上世纪40年代，此法就开始应用于工业生产⁶Li，美国、苏联、英国、中国和法国先后建立起⁶Li生产装置。经过半个多世纪的发展，锂汞齐法趋于成熟(Palko，Drury，and Begun，J.Chem.Phys.，1976，64(4)，1828-1837；Fujie，M.，Fujii，Y.，Nomura，M.，Okamoto，M.，J.Nucl.Sci.Technol.，1986，23(4)，330-337)。到目前为止，锂汞齐法仍然是世界上唯一应用于工业生产的锂同位素分离法。然而，锂汞齐法因使用大量剧毒汞而导致严重的环境和安全问题。因此建立快速、经济、高效、绿色环保的锂同位素分离技术势在必行。

经过广泛的研究和反复的试验发现，采用憎水性杂氮菲和亲水性离子液体分别作为萃取剂和协萃剂，在碱性条件下，杂氮菲、离子液体和锂离子三者形成稳定的离子缔合物，将锂从水相萃取进入有机相，并产生了显著的同位素分离效应。本发明进一步的对萃取剂，协萃剂，反萃剂等萃取条件进行优化选择，实现了锂同位素的高效绿色分离，并且使提取过程中所用的离子液体和萃取剂能够重复使用，降低生产成本，从而完成了本发明。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的锂汞齐法分离锂同位素存在的环境污染严重、生产成本高的不足，提供一种新的锂同位素萃取分离的方法，该方法具有较高的锂同位素分离效能，且绿色环保，不会造成环境污染。

按照本发明提供的技术方案，一种锂同位素水溶液萃取分离的方法，步骤如下：

1)萃取：将0.05～10mol/L的氢氧化锂溶液、0.5～5mol/L的强碱溶液和0.05～8mol/L的协萃剂混合组成水相，用去离子水调节浓度使得水相中锂离子∶氢氧根离子∶协萃剂的摩尔浓度之比为1∶1～20∶1～10。

将萃取剂萃取介质混合组成有机相，调节在萃取介质中的萃取剂的摩尔浓度为0.1～2mol/L。

将水相和有机相按体积比1～2∶1～10进行混合，剧烈震荡10～50min，在常温常压下采用离心分离或静置的方法将两者分层，收集有机相。