[发明专利]冠醚萃取分离锂同位素的工艺

说明书

本发明提供一种冠醚萃取分离锂同位素的工艺。具体地，所述的有机相采用冠醚类萃取剂，连续逆流运转有机相和水相，在萃取分离C1段和萃取分离C2段进行锂同位素的萃取分离，上转相段和下转相段实现锂元素的传质、转相，采用缓冲H1段和缓冲H2段，方便地调控了锂‑6富集产品P1和和锂‑7富集产品P2的丰度，可同时获得富集锂‑6和锂‑7的两种富集产品。本发明的萃取体系分离系数高、流程简洁，操作方便，能够有效地缓冲和控制流量的波动，实现锂同位素的高效分离富集。

技术领域

本发明涉及化工领域的同位素分离，尤其涉及一种采用冠醚为萃取剂，并萃取分离锂同位素的工艺。

背景技术

锂元素的天然稳定同位素包括⁷Li(锂-7)和⁶Li(锂-6)，丰度分别为92.48％和7.52％。这两种同位素经过分离富集浓缩后，各自在核材料领域中具有重要的不同用途。在钍基熔盐堆中，⁷Li是必不可少的熔盐冷却剂，由于⁶Li的热中子吸收截面非常高，达到941barns，而⁷Li仅为0.033barns，所以，熔盐堆对⁷Li的同位素丰度要求>99.995％。同时，高纯度的⁷Li常用于调节压水堆中一次冷却剂的pH值，在聚变堆中⁷Li也用作于导热的载热剂。另一方面，⁶Li是核聚变堆中的燃料，其中⁶Li的同位素丰度要求>30％。不论是钍基熔盐堆还是核聚变堆，锂同位素都是不可或缺的战略材料和能源材料。

分离锂同位素的方法有：物理方法(如电磁法、分子蒸馏法和气体扩散法等)和化学方法(如电迁移法、电解法、锂汞齐交换法和溶剂萃取交换法等)(肖啸菴等，核化学与放射放学，1991，13，1)。由于锂同位素属于轻同位素，且锂没有气态化合物，因此物理方法分离锂同位素仅处于探索阶段。在化学方法中，绝大多数研究的内容仅限于实验室中单级同位素分离系数的测定和提高，而没有多级富集工艺的报道。同时，化学方法中，锂元素不存在气液化学交换法，而液固化学交换法很难实现逆流多级级联。锂汞齐化学交换法具有较优的化学性能和化工工艺，能够较大规模工业化分离锂同位素(化学法分离同位素原理，邱陵编著，原子能出版社，1990年，pp156-181)，但是该工艺需要用到大量的汞，而汞易挥发流失，对操作人员和周围环境造成了严重的危害。

以冠醚作为萃取剂或者络合剂分离锂同位素的方法具有分离系数高、环境友好的优点，近年来已有较多的研究(刘华等，有机化学，2014，34，316～324)。具体分离方法可采用液固萃取方式和液液萃取方式。液固萃取分离方式难以多级逆流并持续生产，且平衡时间较长，目前还没有较成熟的生产工艺。液液萃取方式从原理上来看，具有逆流级联容易、萃取剂成本低、易大流量生产的优势，但是目前的研究报道仅局限于单级的液液萃取，多级串级萃取的工艺尚未有报道。

综上所述，本领域尚需要开发利用冠醚类萃取剂进行锂同位素萃取分离的工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种冠醚萃取分离锂同位素的工艺。

本发明的第一方面，提供了一种用冠醚萃取分离锂同位素的工艺，所述工艺包括步骤：

(1)连续逆流运转有机相和水相：

有机相依次通过上转相段、萃取分离C1段、萃取分离C2段和下转相段；

水相A1依次通过下转相段、缓冲H2段、萃取分离C2段、萃取分离C1段、缓冲H1段和上转相段；

(2)在萃取分离C1段和萃取分离C2段之间，加入含锂料液F；

(3)缓冲H1段中的部分水相连续流出得到锂-7富集产品，剩余部分水相进入上转相段；

(4)缓冲H2段中的部分水相连续流出得到锂-6富集产品，剩余部分水相进入萃取分离C2段；