[发明专利]超铀元素和锶的联合萃取方法

说明书

本发明涉及从酸水溶液中一起回收锕、锶和锝值的方法。更具体地，本发明涉及从含有这些和那些值的硝酸废水液中，分离铀、超铀(TRU)元素镎、钚和镅(连同锶和锝)，并从其回收值中分离回收TRU和锶元素的方法。

在核武器生产过程中对加工核材料所产生的放射性废料的处理是一个主要的问题。这些废料许多都是高放射性的(HLW)，并长期储放在单层壁的地下储罐中，由于超过了储存期，存在着潜在的环境危害。该废料由高放射性渣浆组成，它是含有超铀元素(TRU)和⁹⁰Sr，并含有初生的¹³⁷Cs的放射性碱液。理想地，贮存于这些罐中的废料应移至并深埋在长期存放在地下仓库中。因为长期储存关系到费用，于是首先通过除去长寿命的锕系元素，尤其是镎、钚和镅以使放射性废料的值降至最小是需要的。其它必须除去的元素主要是放热的同位素⁹⁰Sr，如果让它留在废料中固化贮存，将产生大量的热，而必需从贮存的废料固体中除去。剩下的废料不是强放射性的，无需作深埋在地下仓库的处理，只有锕系元素才必需如此贮存。

在目前的核废料加工工艺中，U.S4,548,790和4,574,072揭示了从硝酸废液中回收TRU值的方法，上述两者均已转让给美国能源部，在此作为参考。U.S4,548,790揭示了一种采用各种中性的双功能萃取剂烷基(苯基)-N,N-二烷基氨基甲酰-甲膦氧化物(以下简称为CMPOS)在某种合适的稀释剂如二乙苯中，从硝酸水溶液中回收镧和锕值的方法。U.S4,574,072揭示了一种使用CMPO的改进方法，它通过用含有相调节剂如磷酸正三丁酯(TBP)作为稀释剂的正链烷烃取代物，从酸溶液中萃取镧和锕值。

美国能源部的美国专利申请号506,125(申请日1990.4.9)揭示了从硝酸废溶液中回收锶和锝值的方法，在此作为参考。该方法采用包括大环聚醚或“冠醚”例如：二环己基-18-冠-6(DCH18C6)在能溶解大量水且在冠醚中可溶的如1-辛醇的稀释剂中组成的萃取剂溶液。

虽然这些方法都是有效的，但它们需要二个完全分开的过程，增加了回收操作的成本和复杂性。

于是，对用单一的操作而不是在二个分开的过程中就能萃取TRU值(镎、镅和钚)以及锶值的单一回收工艺，现时看来有明确的需要。这类方法将需要较少的空间和装备，它比二个分开的萃取工艺容易控制而且仅需处理一种工艺料流。然而，原先技术的萃取剂CMPO和冠醚在链烷烃烯释剂中是不配伍的，除形成通常的水相和有机相外，还形成第二有机相。当第三相存在时就要遇到相分离的通常的问题，因为存在于废料流中的所有钚都趋于浓集在第二有机相中，这就需要有一个强的势差来达到临界状态。

通过仔细筛选稀释剂，业已发现可将CMPO和冠醚联合制成一种新的萃取剂溶液，它可以萃取TRU元素(即：镎、钚和镅)并连同萃取锶于单一工艺料流中。

本发明开发了一种从含有这种和那种裂变产物值的硝酸进料水溶液中回收镎、镅和钚并连同回收锶的方法，该方法通过含有该值的酸水溶液与冠醚和烷基(苯基)-N,N-二烷基氨基甲酰-甲膦氧化物溶在某种稀释剂中所组成的萃取剂溶液接触，所述的稀释剂选自磷酸正三丁酯和已加入相调节剂的具有10至15个碳原子的正或异链烷烃，维持一段足够的接触时间使在进料溶液中的锶、镎、镅和钚还有全部铀和锝被萃取剂萃取出，从进料溶液中分离已负载的萃取剂，将已负载的有机萃取剂溶液与反萃取溶液接触，反萃溶液可以是0.1-0.5M四氢呋喃-2,3,4,5-四羧酸(THFTCA)也可以是0.05至0.1M硝酸和0.05至0.1M氢氟酸的水溶液，以从萃取剂中反萃取锶、镎、镅、和钚值，由此从硝酸进料液中分离锶、镎、镅和钚值。

由此，本发明的目的是提供一种以一次的萃取方法在回收镎、钚、镅值的同时亦可回收锶值。

图1，为从单层槽渣中回收TRU和锶值的流程图。

图2，为图示各种元素在TBP中的CMPO和DtBuCH18C6以及各种硝酸浓度之间的分配比；

图3，为图示各种元素在CMPO,DtBuCH18C6和在具有C₁₀至C₁₂的支链的混合的链烷烃中的TBP以及各种硝酸浓度之间的分配比。