[发明专利]一种新的除去乏燃料中稀土元素的方法

说明书

本发明提供了一种含离子液体的双有机相浮选分离体系以及一种除去乏燃料中稀土元素的方法，所述体系包括：第一有机相(也称上层相或者相1)，包括下述物质中的一种或多种组成的基础溶剂相：多链有机烷烃类溶剂、有机酯溶剂、油酸类脂肪酸溶剂和环烷酸溶剂；和第二有机相(也称下层相或者相2)，为第一类离子液体与第二类离子液体的复合相，所述第一类离子液体为咪唑类离子液体，所述第二类离子液体选自吡啶类、吡咯类、哌啶类、季铵类或其功能化的离子液体。通过多阶串联级差浮选工艺可有效地实现从乏燃料中直接全固态分离稀土元素。

技术领域

本发明属于稀土分离技术领域，特别是一种新的镧锕相全固态分离的方法，用于有效地除去乏燃料中的中子毒物稀土元素。

背景技术

乏燃料中有一些稀土元素，如La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd等，被称为中子毒物，因为这些稀土元素都具有较大的中子截面，是强的中子吸收剂，对乏燃料的中子积存量有很大贡献(近似为50％)。此外稀土元素的存在会降低二氧化铀的导热率。目前一般是通过湿法冶金回收技术来从乏燃料中酸溶浸串联液液萃取除去稀土元素，但是这样分离过程中会产生大量的酸浸高放废液，同时还需要对Pu转换提供严格的防护措施。为了使乏燃料更好的得到重新利用，并且提高二氧化铀的导热率，有必要开发一种全新的有效地从乏燃料中非传统湿式分离出这些稀土元素的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有湿式技术(酸溶浸串联液液萃取)的不足，提供一种新型的运用复合离子液体双有机相的多级浮选体系，其可以跨越传统湿法中必须的酸溶浸步骤而直接有效地实现全固态除去乏燃料中的稀土相或者富稀土相，即我们提出了一种新的镧锕全固态高效分级浮选法以替代传统酸浸串联萃取的湿式冶金分离法。

本发明自主研发了一系列新型的含离子液体的双有机相浮选分离体系，其中相1对乏燃料中固态稀土相或富稀土相有较高捕捉力，相2对乏燃料中固态铀相或富铀相有较高捕捉力，并将此体系应用于乏燃料的后处理中。通过多阶串联级差浮选工艺可有效地实现从乏燃料中直接全固态分离剔除稀土元素。

本发明中所述全固态是指分离过程的前中后，乏燃料里的镧相(即稀土相)和锕相(即铀相)始终保持固态形式。

本发明公开了以下技术方案：

一种含离子液体的双有机相浮选分离体系，所述体系包括：

第一有机相(也称上层相或者相1)，包括下述物质中的一种或多种组成的基础溶剂相：多链有机烷烃类溶剂、有机酯溶剂、油酸类脂肪酸溶剂和环烷酸溶剂。

第二有机相(也称下层相或者相2)，为第一类离子液体与第二类离子液体的复合相，所述第一类离子液体为咪唑类离子液体，所述第二类离子液体选自吡啶类、吡咯类、哌啶类、季铵类或其功能化的离子液体。

其中，所述多链有机烷烃类溶剂选自碳分子链长是C4–C30的多链有机烷烃类或其混合物的溶剂，例如C6-C20的多链有机烷烃类或其混合物，优选煤油、磺化煤油、辛烷、食用油等。

其中，所述有机酯溶剂选自烷烃酸异丙酯或芳烷烃酸异丙酯，所述烷烃为C1-C30的烷烃。

其中，所述油酸类脂肪酸溶剂选自碳分子链长是C2–C30的一元酸或多元有机酸溶剂，例如可以是单不饱和Omega-9脂肪酸等。

其中，所述环烷酸溶剂例如是石油炼制所产的碳分子链长是C7-C12的环烷酸(石油酸)的混合物。

其中，所述咪唑类离子液体为[Cnmim][X]，X选自Tf2N,PF6或BF4，n＝1-18；优选的n为4。