[发明专利]一种从铀和稀土的混合溶液中富集铀的方法

说明书

本发明公开了一种从铀和稀土的混合溶液中富集铀的方法，所述方法包括将稀土离子和铀的混合样品加入到特定溶剂中，其中，铀在溶液中以铀酰根离子(UO₂²⁺)的形式存在；随后将溶液加入到装有吸附剂的柱子中通过固相萃取模式进行分离；先用特定淋洗剂分离出稀土离子，然后用无机酸作为洗脱剂冲洗柱子得到铀酰根。本发明采用简单的柱色谱分离技术，分离铀与稀土混合物，以及最终实现铀的富集。该技术操作简单，能快速实现铀和稀土的分离，且选择性高，最终能富集得到纯度高达99.9％以上的铀。

技术领域

本发明涉及金属分离提纯技术领域，具体涉及一种从铀和稀土的混合溶液中富集铀的方法。

背景技术

为了掌握核燃料照射前后的原子变化和产生的能量等，以便对反应堆进行控制，从60年代起就开始了核燃料燃耗的研究。燃耗测量可用于分析反应堆的各种物理参数，为提高堆的运行效率、同位素的产量和质量等提供了一种可靠的手段。燃耗测量的关键问题是测量铀-235、钚-239等易裂变重核及选择能代表实际燃耗深度的裂变产物。国际上通常把此有代表性的裂变产物称为燃耗检测体。燃烧的核燃料中大约96％的质量是未反应的铀，大约1％的质量是钚，剩下的3％是各种裂变产物。易于迁移的裂变产物显然不适合做燃耗检测体，已确定在照射时锆和稀土是相对于铀和钚唯一不迁移的主要裂变产物，但是锆一般是核燃料的基体，无法准确测量其裂变产物，因此，一般选用稀土元素作为燃耗检测体。由于铀的含量相对于稀土含量非常高，直接测量导致放射性射线互相干扰，无法准确定量，燃耗测量需要先对铀和稀土进行分离，然后通过同位素稀释以及热电离质谱法等对铀和稀土同位素的含量分别进行测量。

从天然铀矿石中提取出的核燃料铀，通过酸法或碱法浸出、湿法冶金、精制、同位素分离等一系列生产过程，最终制成核燃料原件或军用核产品。铀矿石和多种稀土杂质元素共生存在，存在于核燃料中的稀土元素对中子的吸收会造成中子损耗，影响²³⁵U裂变链式反应的中子平衡，因此最大限度地降低核燃料中稀土杂质元素的含量是减少中子损耗而节省铀资源的重要途径之一。反应堆使用的核燃料的纯度必须达到核纯级，即吸收中子的稀土杂质元素的含量必须限制在一定水平之下。

乏燃料后处理是核燃料循环后段中最关键的一个环节，它包括对反应堆辐照以后的乏燃料元件进行铀钚分离的后处理，以及对放射性废物处理、贮存和处置。首先，乏燃料后处理可提高铀资源利用率，解决核燃料资源不足的问题。其次，乏燃料后处理的分离-嬗变，可减少核废料量及优化废物管理。在核电大发展背景下，我国核电站卸出的乏燃料数量在不断增长，大部分核电站的在堆贮存水池容量已经超负荷。对于乏燃料，国际上的处理方法是对乏燃料进行后处理，回收其中的铀和钚，再加工成燃料组件进行重复利用，称为“闭式核燃料循环”。我国较依赖国外“闭式核燃料循环”技术。

无论是准确测量核燃料燃耗，还是降低核燃料中稀土杂质元素的含量，或是乏燃料的后处理技术，这些技术都离不开稀土和铀的分离与铀的富集。文献上曾报道不经化学分离而利用铀和稀土物理性质的不同实现二者的分离，常用的经典方法是载体分馏法和蒸馏法，但这两种方法对那些形成不易挥发或难溶样品的元素的灵敏度很差，因此最好将铀和稀土进行化学分离，即利用铀与稀土杂质元素间化学性质的不同实现两者的分离。在核工业中广泛采用的铀与稀土元素分离的方法主要有沉淀法、溶剂萃取法和萃取色谱法。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种从铀和稀土混合溶液中富集铀的方法，操作简单，能快速实现铀和稀土的分离，且选择性高，最终能富集得到纯度高达99.9％以上的铀。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种从铀和稀土混合溶液中富集铀的方法，所述方法包括

将稀土离子和铀的混合样品加入到特定溶剂中，其中，铀在溶液中以铀酰根离子(UO₂²⁺)的形式存在；

然后将以上溶液加载到装有吸附剂的柱子中；

先用淋洗剂冲洗柱子分离出稀土元素；