[发明专利]一种熔盐与液态金属还原萃取分离稀土的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种稀土的分离方法。本发明页涉及一种稀土的分离装置。 

背景技术

积极发展核能，不仅可以缓解我国近、中期能源供应紧张的压力，而且对我国能源的长期稳定供应乃至社会经济可持续发展具有极其重要的战略意义。目前，我国核电发展步伐明显加快，预计到2020年核电装机容量有望接近80GW。据此测算，届时我国核电站乏燃料累积贮存量将超过10000吨，每年从核电站卸出的乏燃料接近1700吨。从铀资源有效利用和核环境保护的角度来看，对乏燃料进行后处理意义重大。 

乏燃料后处理技术根据使用的介质可分为水法后处理和干法（主要指熔盐法）后处理两种技术。干法后处理技术适用于冷却时间短、燃耗深的热堆乏燃料和快堆乏燃料后处理，是具有发展潜力的乏燃料后处理技术。乏燃料中的稀土元素与锕系元素性质相近，不少稀土元素又是中子毒物，因此要实现乏燃料的部分循环利用，必须将乏燃料中的稀土元素分离出去。 

稀土元素分离的基本方法有：分步沉淀法、分级结晶法、溶剂萃取法、离子交换法和化学气相传输等。目前溶剂萃取法现已成为国内外稀土分离的主要方法,对其萃取机理的研究和工艺优化日益受到人们的重视。例如专利申请号为200710098732.9、名称为“从硫酸稀土溶液中萃取分离四价铈、钍、氟及少铈三价稀土的工艺方法”的专利文件中，公开了一种采用基于P507或P204的协同萃取剂进行萃取分离，铈(IV)、钍、氟、铁被萃入有机相，然后分步进行选择性洗涤和反萃，得到氧化铈、氧化钍、氟化工产品的方法。然而乏燃料或靶件具有高燃耗、高辐照的特点，这使得传统的水法后处理流程难以满足分离需要。干法后处理（dry reprocessing）的过程中不使用水作为溶剂，其主要的分离步骤在高温下进行。流程具有耐辐照、低临界风险、放射性废物少等优点，适宜处理高燃耗、短冷却期乏燃料。以熔盐/液态金属为介质的干法后处理技术在乏燃料后处理领域有光明的应用前景。例如专利公开号为CN202155172U、名称为“熔盐萃取搅拌桨装置”的专利文件中，公开报道了熔盐萃取搅拌装置主要适用于放射性物料的试验生产、萃取纯化等领域，应用于其高温化学过程中物料的混合、接触、萃取、化学反应等方面，为高温化学体系中的物料之间应用的混合、反应等提供动力学基础和流体基础，使高温化学过程实现物料的混合、接触进而达到物料之间的萃取、分离纯化和（或）化学反应等目的，也可推广至其他高温化学试验和生产中应用。 

本发明提供的是一种熔盐/液态金属还原萃取分离稀土的方法。根据M.Kurata等人的文章“Distribution behavior of uranium,neptunium,rare-earth elements(Y,La,Ce,Nd,Sm,Eu,Gd) and alkaline-earth metals(Sr,Ba)between molten LiCl-KCI eutectic salt and liquid cadmium or bismuth，Journal of Nuclear Materials,227,110-121P”中计算分配系数（公式1、2）和分离系数（公式3）的方法计算出Sm和Pr在合金与熔盐中的分配系数与分离系数。 

β₁=D_Sm/D_Pr    (3) 

其中：D_Sm、D_Pr为Sm、Pr分配系数；分别为Sm、Pr在合金与熔盐中的摩尔分数，β₁为钐与Pr的分离系数。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种过程简单，能在高温、强辐射等极端条件下有效萃取稀土元素的熔盐与液态金属还原萃取分离稀土的方法。本发明的目的还在于提供一种熔盐与液态金属还原萃取分离稀土的装置。 

本发明的目的是这样实现的： 

本发明的熔盐与液态金属还原萃取分离稀土的方法包括如下步骤： 

a、制备还原剂：采用液态铝为阴极，阳极采用光谱纯石墨棒，将质量分数比为50～54%：40～44%的KCl-LiCl混合物加入到电解槽中加热熔化后作为电解质，在750-900℃下，进行电解，阴极电流密度为1.3A·cm^-2，槽电压为4-5.4V，经过240-300分钟电解，阴极电解所得锂溶解在液态铝中，得锂含量为3%-6wt%液态铝锂合金液态铝锂合金；