[发明专利]一种萃取分离三价镧系和/或三价锕系元素的方法

说明书

本发明涉及核燃料废液处理技术领域，公开一种萃取分离三价镧系和/或三价锕系元素的方法，向含三价镧系和/或三价锕系元素的酸性溶液中加入含式(I)所示化合物的有机溶剂进行萃取分离。该非对称吡啶三嗪氧化磷类萃取剂对三价镧系和三价锕系元素的萃取能力强，萃取效率高，在核工业废液特别是高放废液中分离三价镧系和三价锕系共萃取分离领域中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及核燃料废液处理技术领域，具体涉及一种萃取分离三价镧系和/或三价锕系元素的方法。

背景技术

大力发展核能已成为我国推动能源转型，应对气候变化，遏制全球变暖，减少温室气体排放，实现碳达峰、碳中和的重要举措。然而，在核电快速发展的同时也产生了大量的乏燃料，乏燃料中大部分的铀和钚可通过普雷克斯流程(PUREX,Plutonium UraniumReduction EXtraction)萃取分离后循环利用。但高放废液(High active liquid waste,HLW)，其中仍含长寿命次锕系元素(如Am(III)、Cm(III))却是高放废液的长期放射性和辐射毒害的主要来源，此外高放废液中还有大量的三价镧系元素其含量大概是三价次锕系元素含量的10-100倍。

因此，非常有必要将长寿命的三价次锕系元素进行分离-嬗变处置，从而消除三价次锕系元素的长期放射性污染的问题。其策略是先将长寿命的次锕系元素选择性的同其它裂变产物(尤其是中子毒物-三价镧系元素)和腐蚀碎片相分离，然后通过快中子轰击长寿命次锕系元素使其通过核反应转变为短寿命或稳定的核素。但是由于中子毒物镧系元素与三价次锕系元素在酸溶液中的物理化学性质十分相似(如相似的离子半径、氧化态、电子组态及配位模式)，因此直接将锕系元素和镧系元素从高放废液中进行高效分离难度非常大，到目前为止也尚无工业化的镧锕分离流程。

CN107177744A公开了一种萃取分离镧系和锕系元素，该方法是调节含镧系和锕系元素的溶液中无机酸的浓度为0.1-5mol/L，然后加入含N，N-二烷基二甘酸酰胺酸的有机溶剂进行萃取分离。利用本发明的萃取分离镧系和锕系元素的方法，能够在从放射性乏燃料溶解液、高放废液或含镧系元素的酸性浸出液中萃取分离镧系和锕系元素时，兼具良好的萃取能力、萃取容量和萃取选择。但发现该类萃取剂对镧系Eu(III)的萃取能力强于对六价U(VI)的萃取，显然在实际应用中这是与萃取锕系元素的目标相违背的。且发现当萃取水相浓度为3.0M时，其对四价Pu(IV)和Eu(III)的萃取分离比SF_{Pu(IV)/Eu(III)}仅为2左右，分离能力较弱，难以应用到实际工业中。

发明人在前期研究过程中(CN 112458283A)发现邻菲罗啉氧化磷对三价锕系和三价稀土离子具有较好的共分离萃取效果，但邻菲罗啉氧化磷无法将三价次锕系离子和镧系离子相互分开，无法适用于将两种离子分开时的应用领域。且邻菲罗啉氧化磷配体其合成原料成本较高，对三家镧系和锕系的萃取能力太强也存在反萃困难的缺陷。

因此从乏燃料中实现三价次锕系元素与三价镧系分离的难题仍然需要进一步探索。

发明内容

本发明旨在解决三价镧系和三价锕系元素共萃取并分离的难题，提供一种采用非对称吡啶三嗪氧化磷类萃取剂分离萃取三价镧系和锕系元素的方法，对镧系和锕系元素的萃取能力强，萃取效率高，在核工业废液特别是高放废液中分离三价镧系和三价锕系共萃取分离领域中具有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种萃取分离三价镧系和/或三价锕系元素的方法，包括：向含三价镧系和/或三价锕系元素的酸性溶液中加入含式(I)所示化合物的有机溶剂进行萃取分离：

其中，R₁为苯基或取代苯基；R₂为苯基、C1-C10的直链烷基或支链烷基。