[发明专利]一种四价钚离子的萃取方法

说明书

本发明涉及核燃料循环及废液处理技术领域，公开了一种四价钚离子的萃取方法，包括以下步骤：利用式(1)的邻菲罗啉衍生物与稀释剂混合形成有机相，从水相中萃取四价钚离子；水相为含有四价钚离子的酸性水溶液。本发明以邻菲罗啉衍生物作为萃取剂，从含有多种锕系离子的水相中选择性的萃取出四价钚，萃取能力强，萃取速度快，特别是从含有五价镎和六价铀的硝酸水溶液中对四价钚萃取分离效率非常高，萃取率最高可达99％，在核工业废液处理领域中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及核燃料循环及废液处理技术领域，具体涉及一种四价钚离子的萃取方法。

背景技术

核电已成为21世纪世界各国替代化石能源、减少温室气体排放及解决能源危机的重要选项。然而，为实现核能的安全有效利用，乏燃料安全处理与处置已成为发展核电的一个瓶颈，直接制约着核能的可持续发展。放射性元素的萃取分离技术与核能可持续发展过程中乏燃料(Spent Nuclear Fuel，SNF)的后处理有着密切联系。

乏燃料后处理的目的主要是为了回收其中的铀(U)和钚(Pu)，目前铀和钚的分离回收主要是通过钚铀萃取法(Plutonium and Uranium Recovery by Extraction，PUREX)流程完成，且该流程已得到了大规模的工业化应用。铀和钚分离后的强硝酸废液称之为高放射性废物(HLW)，其中除了含有具有长期放射毒性(t^1/210³-10⁶年)的三价镅、三价锔等三价锕系离子，还含有少量的放射性毒害较强的五价镎(Np(V))、四价钚(Pu(IV))等锕系离子。

CN 104894372A公开了一种萃取分离三价镧系和三价锕系离子的方法，该方法使用二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸作为萃取剂，以长链烷烃作为稀释剂，利用弱酸缓冲体系有效地稳定萃取体系水相的pH值，萃取过程中无需对体系再进行pH调节，高选择性地将三价锕系元素从水相萃取分离出来，而绝大部分三价镧系元素留在水相中。本发明对三价镧系和三价锕系离子具有高效且稳定的萃取分离性能，在先进核燃料循环领域具有较好的应用前景。

CN 107958717 A公开了一种基于协同效应分离三价锕系与镧系离子的方法，该方法采用脂溶性二硫代次膦酸为萃取剂，并经稀释剂稀释形成有机相，与水相发生萃取反应，水相为添加有水溶性有机弱酸络合剂的含有三价镧系和锕系离子的酸性水溶液，通过萃取剂-络合剂协同效应，萃取分离三价镧系和锕系离子；有机相和水相的体积比为0.2-2；酸性水溶液pH值为2-4；本发明不仅分离性能好，且稳定性佳，操作简便。

但为了消除或者最大限度降低三价锕系离子以及Np(V)、Pu(IV)等锕系离子对环境和人类的长期潜在的放射性毒害，非常有必要将Np(V)、Pu(IV)等从HLW中进行分离回收并加以利用。钚是一种放射性元素，是原子能工业的一种重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变剂对其分离并且回收意义重大，但现有技术中的PUREX流程是同时将U和Pu通过调价进行萃取分离，单独萃取钚的工业化技术流程仍然需要探索

目前工业上主要采用含氧配体以及磷酸三丁酯对乏燃料中的Pu(IV)进行萃取，这类配体对不同价态的不同锕系离子均具有一定的萃取能力，因而存在选择性低、萃取效率低下等缺点。CN 106893878 A公开了一种从放射性乏燃料中回收钚的方法，该方法将所述的放射性乏燃料的水溶液中的Pu(IV)用含磷酸三丁酯的有机溶剂进行萃取；在有机相中加入含二甲基羟胺的有机溶剂以将四价钚还原为三价钚再进行反萃取，在有机相中加入稀酸水溶液以将钚反萃至水相进行回收。该方法虽然提高了钚的回收效率，但萃取方法仍存在过程繁琐，四价钚可能存在不完全还原的情况，效率不高。

发明内容

本发明旨在提供一种直接萃取四价钚的方法，本发明以邻菲罗啉衍生物为萃取剂，从含有不同价态锕系离子的水相中萃取Pu(IV)的方法，对Pu(IV)选择性好，萃取效率最高可达99％。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：