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1、镅等锕系元素与镧系元素分离方法研究进展王萍(中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川绵阳621900)摘要:介绍了近年来镅等锕系元素与镧系元素的分离研究进展,其中发展较快的膜分离技术主要适用于低浓度废液,萃取法因为其自身的优点已经成为研究最多的方法。开发一种萃取效果好,成本低,可用于大规模工艺流程的新型萃取剂已经成为萃取分离的重点研究方向。关键词:锕系元素;镧系元素;膜分离;萃取;进展中图分类号:X13文献标识码:A文章编号:1673-9655(2008)05-0016-05随着原子能事业的不断发展和进步,产
2、生的高放废液不断增加,高放废液中含有镅等锕系元素和镧系元素,其毒性较大,半衰期较长,对人类和环境构成了潜在的危害,必须进行妥善的处理处置,这是目前面临的急迫问题,也是原子能事业持续发展的关键所在。高放废液的处理和处置主要有两种途径:玻璃固化法和分离—嬗变法,前者是把高放废液与玻璃熔融固化后选址深埋,该法废液量大,费用较高;后者是从高放废液中将其它锕系元素和长寿命裂变产物分离出来,使高放废液转变为中低放废液,而提取出来的锕系元素和长寿命裂变产物经嬗变为短寿命核素,实现高放废液的大体积减容,该法费用低,安全性好。因
3、处理过程中三价镅与镧系元素一般分在同一组,为进一步减少废物体积并将Am3+和Cm3+等嬗变为短寿命核素,必须将Am3+、Cm3+与镧系元素分开。锕系元素的前几种元素(Th～Pu)因为可处于+3价以外的其他价态,不难将它们与镧系元素分离。Am及其以后的锕系元素通常处于+3价,离子半径与相应的镧系离子相差不大,这两组元素的分离是一个非常困难的问题,也是高放废液处理过程中关键性的技术难题,因此成为广大科研工作者研究和关注的热点。近年来这方面的研究取得了很大的进展。早在20世纪50、60年代就开始了锕系与镧系元素分离的
4、研究,主要的分离方法有沉淀分离法、离子交换法和溶剂萃取法等。沉淀分离法是在待分离的溶液中加入沉淀剂,使其中的某一组分以一定组成的固相析出,经过滤而与液相中其他不需要组分分开。其优点是方法简单,费用少,缺点是对多数金属不是非常有效,耗时较长,在放化分析中由于放射性物质本身用量很少,通常不能单独形成沉淀,需加入载体进行共沉淀。离子交换法是用离子交换剂与水溶液中离子进行离子交换反应而实现分离,离子交换剂可分为有机合成离子交换树脂和无机离子交换剂两大类。将离子交换剂装柱进行分离的方法称为离子交换色层法,该法受柱容量的限
5、制,且影响交换速度的因素很多,如两相体积的比例、溶液浓度、温度及水相的pH等。虽然沉淀分离法和离子交换法都能得到较好的分离效果,但因生产能力低、操作复杂,一般仅限于实验室应用。溶剂萃取法则克服了这些不足,成为研究最多的方法。1溶剂萃取法目前所用的萃取剂种类很多,大体上可分为中性磷类萃取剂、螯合萃取剂、酸性磷类萃取剂和胺类萃取剂等。Choppin[1]认为,锕系元素中5f轨道与6d轨道的能量差,不如镧系元素中4f轨道与5d轨道能量差大,这导致了5f轨道对环境条件更灵敏。Am3+、Eu3+都属于硬酸,但是Am3+比
6、Eu3+偏软一些,所以Am3+和Eu3+在与较软配位体配合时,存在较大差别。相对于氧,含S、N等较软配位原子萃取剂似乎更趋向于与Am3+结合,这使含S、N等较软配位原子萃取剂的合成和对Am3+、Eu3+的萃取分离的研究成为热门。111HBTMPDTP-TBP从硝酸中协同萃取镅陈靖、朱永睿等[2,3]用纯化后的Cyanex301,即二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代膦酸(HBT2MPDTP)从微量和常量稀土元素中萃取镅,镅与稀土元素的分离因子在1000以上,能够达到分离收稿日期:2008-03-24作者简介:王萍
7、(1972-),女,陕西石泉人,1995年毕业于陕西师范大学生物系,学士,现主要从事核设施退役及相关的研究工作。—16—镅等锕系元素与镧系元素分离方法研究进展王萍镅与稀土元素的要求,但应用的pH值偏高,当辐照剂量大于104Gy时,萃取剂开始分解,性能变有机相中加入TBP后,241Am的分配比明显增大,其萃取241Am的半pH值(D=1时的平衡水相pH差。王兴海等[4]研究了用二(2,4,4-三甲基戊值)pH由3116降到了215以下。协同萃取的反1/2应式为:Am3+式中基)二硫代膦酸(HBTMPDTP)-磷酸
8、三丁酯(TBP)-煤油(OK)从pH为2～4的110mol/LNaNO3介质中萃取示踪量镅,HBTMPDTP-TBP萃+2(HA)+TBP=AmA·HA·TBP+3H+23HA为HBTMPDTP。实验结果证明,取241Am的分配比示于图HBTMPDTP-TBP对241Am的萃取有明显的协萃效应,协萃系数>300,酸性协萃系数>3×103,中性协萃系数为90,241Am分配比的对数值与p
