冠醚萃取分离锂同位素的工艺制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
冠醚萃取分离锂同位素的工艺
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种冠醚萃取分离锂同位素的工艺。本专利技术的第一方面，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；(5)在上转相段中，水相与有机相接触传质后，有机相负载锂，排出水相A2；在下转相段，有机相与水相接触后，负载的锂转相进入水相中，排出有机相。且所述的有机相含有冠醚类萃取剂和稀释剂。在另一优选例中，所述的水相A1为水。在另一优选例中，所述的方法还包括：循环使用所述排出的有机相。在另一优选例中，所述缓冲H1段出口锂-7富集产品P1的水相流量N1与进入上转相段的水相流量N2的比例为N1:N2＝1:4～1:4000；和/或所述缓冲H2段出口锂-6富集产品P2的水相流量M1与进入萃取分离C2段的水相流量M2的比例为M1:M2＝1:4～1:4000。在另一优选例中，所述的缓冲H1段和缓冲H2段分别含有液体储罐，且所述的液体储罐的容积为0.001～80m3。在另一优选例中，所述的缓冲H1段和缓冲H2段分别还含有温度控制器和流量稳定器。在另一优选例中，所述的萃取分离C1段由N个离心萃取器串级连接构成，且所述的5≤N≤500；所述的萃取分离C2段由M个离心萃取器串级连接构成，且所述的5≤M≤500。在另一优选例中，所述的上转相段的排出水相A2中锂元素的浓度<0.01mol/L。在另一优选例中，所述的负载后有机相的锂浓度范围在0.01～2mol/L。在另一优选例中，所述的下转相段的排出有机相中锂元素的浓度<0.01mol/L。在另一优选例中，所述的下转相段水相出口锂元素的浓度范围0.01～8mol/L。在另一优选例中，所述的工艺还包括：控制体系温度范围为0～80℃。在另一优选例中，所述的冠醚类萃取剂包括12-冠-4及其衍生物、15-冠-5及其衍生物、18-冠-6及其衍生物、苯并-12-冠-4及其衍生物、苯并-15-冠-5及其衍生物、苯并-18-冠-6及其衍生物，或其组合。在另一优选例中，所述的衍生物是分子上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代得到的衍生物：碳原子数在1～16之间的烷基、硝基、羟基、氨基、乙酰基、-CHO、-COOH或者-CH2OH。在另一优选例中，所述的冠醚类萃取剂的结构式如下：其中，R基团选自氢原子、碳原子数在1～16之间的烷基、硝基、羟基、氨基、乙酰基、-CHO、-COOH或者-CH2OH。在另一优选例中，所述的稀释剂包括：硝基苯、硝基甲烷、二氯苯、三氯苯、溴苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、四氯乙烯、环己酮、2-甲基环己酮、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、煤油、辛酮、二苯醚、二乙苯、庚烷，或其组合。在另一优选例中，所述工艺还包括：控制液体流量波动范围≤0.5％。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图。具体实施方式本专利技术人经过长期而深入的研究，开发了一种高效、方便地分离锂同位素的液液萃取分离工艺。所述的工艺采用冠醚为萃取剂，能够高效率，低成本地同时富集锂-7和锂-6两种产品。基于上述发现，专利技术人完成了本专利技术。锂同位素萃取分离工艺在同位素富集过程中，萃取体系的单级(单次)分离系数都较小，需要采用特定的串级萃取工艺才能实现锂同位素的多级累积分离富集。特别需要在多级萃取的两端进行上下回流转相、保证锂同位素的回流循环富集，才能最终获得高丰度的产品。本专利技术的萃取分离工艺主要包含下列工艺段：上转相段、缓冲H1段、萃取分离C1段、萃取分离C2段、缓冲H2段和下转相段。如图1所示，本专利技术的萃取工艺中，各个工艺段具有不同的作用。缓冲H1段和缓冲H2段：(a)用于调控富集产品P1和P2的丰度值。缓冲H1段中的液体储罐滞留了部分锂-7富集产品(缓冲H2段中滞留锂-6富集产品)。在固定萃取分离C1段和萃取分离C2段的总级数(设备总台数)条件下，储罐的容积大小能够调控富集产品P1和P2的丰度值，方便了操作流程和生产产品的多样可调性。该液体储罐的容积为0.001～80m3。(b)具有对液体的缓冲和储存作用，稳定流量的波动。(c)方便取得锂-7富集产品或锂-6富集产品。可从液体储罐中，自流出相应的富集水相产品，而不造成对整个萃取体系的流量有较大脉冲和波动，方便操作。(d)较优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用冠醚萃取分离锂同位素的工艺，其特征在于，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；(5)在上转相段中，水相与有机相接触传质后，有机相负载锂，排出水相A2；在下转相段，有机相与水相接触后，负载的锂转相进入水相中，排出有机相；且所述的有机相含有冠醚类萃取剂和稀释剂。

【技术特征摘要】
1.一种用冠醚萃取分离锂同位素的工艺，其特征在于，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；(5)在上转相段中，水相与有机相接触传质后，有机相负载锂，排出水相A2；在下转相段，有机相与水相接触后，负载的锂转相进入水相中，排出有机相；且所述的有机相含有冠醚类萃取剂和稀释剂。2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述缓冲H1段出口锂-7富集产品P1的水相流量N1与进入上转相段的水相流量N2的比例为N1:N2＝1:4～1:4000；和/或所述缓冲H2段出口锂-6富集产品P2的水相流量M1与进入萃取分离C2段的水相流量M2的比例为M1:M2＝1:4～1:4000。3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的缓冲H1段和缓冲H2段分别含有液体储罐，且所述的液体储罐的容积为0.001～80m3。4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的缓冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡金波，张伟，张丽君，
申请(专利权)人：中国科学院上海有机化学研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31