锂同位素的毛细管多级界面富集体系及分离富集方法技术

本发明专利技术公开了一种锂同位素的毛细管多级界面富集体系及分离富集方法。所述毛细管多级界面富集体系包括锂盐水溶液、非锂盐水溶液以及一根以上毛细管，所述毛细管的两端分别置于所述锂盐水溶液和非锂盐水溶液中，所述毛细管內交替设置有复数个有机相溶液和水相溶液，所述有机相溶液与水相溶液之间形成多个液

【技术实现步骤摘要】
锂同位素的毛细管多级界面富集体系及分离富集方法


[0001]本专利技术属于锂同位素分离富集
，具体涉及一种锂同位素的毛细管多级界面富集体系及分离富集方法。

技术介绍

[0002]高丰度锂同位素在国民经济中具有重要作用。30％～90％丰度的6Li是聚变反应堆不可或缺的原料，也被用于各种中子探测器。随着聚变反应堆技术的成熟，未来数十年内国内外市场对6Li的需求将与日俱增。而6Li的自然丰度仅为7.5％，无法直接应用于上述领域，必须需要对自然丰度的锂盐进行锂
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6富集。
[0003]锂
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6的多级富集方法主要包括萃取法、膜法、汞齐法、色谱法、电迁移法等。其中，萃取法首先要实现水相和有机相中锂
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6和锂
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7的离子交换平衡，进而利用水相和有机相中锂离子化学形态差异造成的同位素分布差异实现同位素的分离。其多级分离时，上级结束之后，下级开始之前必须进行有机相或水相的补充或更换，在同一分离级时，体系组成和料液中锂
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6的初始丰度就决定了出口料液中锂
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6的最终丰度。萃取法多级分离过程中，每级均需达到浓度和丰度平衡，初始料液的初始丰度在很大程度上决定了每级平衡后的富集相丰度；为实现料液中锂同位素丰度的持续提升，必然要对上一级平衡后的有机相反萃，以获得用于下一级分离所需的具有更高初始丰度的水相料液；在萃取
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反萃的循环过程中，可用于下一级分离的锂离子总量不断减少，为获取少量高丰度样品，必然需要反复处理大量的初始料液和中间料液，这极大提升了工艺的繁复程度。可以看出萃取法分离锂同位素，单级分离系数低，为提高目标同位素丰度，需要反复进行萃取、反萃、擦洗、浓缩等流程，工艺繁复而低效。
[0004]膜法存在两种途径，一是膜代替反应界面，为水相和有机相中锂同位素的交换提供环境，主要起到分隔作用，其本质仍为类似于萃取法的锂同位素化学交换；二是膜具备选择性分离功能，通过多级膜分离以获取目标丰度的锂同位素样品。天津工业大学严峰课题组以冠醚接枝的高分子聚合多孔膜分离锂同位素，含锂料液依次穿过多级分离膜，锂离子负载于膜上，随后以盐酸溶液对负载锂的分离膜进行淋洗，收集不同阶段的淋洗液，可获得具有不同丰度的锂盐料液。在此过程中，极低的分离效率、反复的负载和洗脱均限制了该方法的进一步发展。此外，分离膜上有限的冠醚接枝量和部分难以洗脱的锂离子均极大影响了锂同位素的富集效率和长期应用效果。
[0005]汞齐法主要是利用锂盐水溶液和锂汞齐中的同位素亲和性差异实现同位素分离，其多级分离与萃取法类似，在同一分离级时，体系组成和料液中锂同位素的初始丰度就决定了出口料液中锂同位素的最终丰度。据公开资料，锂汞齐法是锂同位素工业化生产的唯一方法，其需要使用到大量的汞，存在严重的环境隐患，已逐步淘汰。
[0006]电迁移法的工作原理包括：利用锂同位素离子迁移速率差异实现分离，该方法只能在最前端或最末端采集到具有较高分离效应的料液，比例极低；利用隔膜对锂同位素不同的选择性实现同位素分离，其分离效应极低，尤其是在多级分离过程中，分离效应尚未能
实现有效叠加；利用溶液中锂离子不同化学形态对应的不同迁移能力和不同的同位素丰度实现分离，其分离效应仍有待提高。日本原子能机构等单位所开发的电迁移分离方法需要使用注有离子液体的特殊隔膜，其认为离子液体的加入使得膜具有筛分作用，进而实现锂同位素分离。其所发表的论文数据所展示的分离机理和分离规律与专利申请的机理和规律相差甚远。更重要的是，当水相和膜中的有机相平行分布时，膜中的有机相逐渐下沉和溶解，两侧的水相易于连接到一起，锂离子直接通过水相传递，使得中间有机相无法发挥作用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种锂同位素的毛细管多级界面富集体系及分离富集方法，以克服现有技术的不足。
[0008]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0009]本专利技术实施例提供了一种锂同位素的毛细管多级界面富集体系，所述毛细管多级界面富集体系包括锂盐水溶液、非锂盐水溶液以及一根以上毛细管，所述毛细管的两端分别置于所述锂盐水溶液和非锂盐溶液中，所述毛细管內交替设置有复数个有机相溶液和水相溶液，所述有机相溶液与水相溶液之间形成多个液
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液界面，所述毛细管內靠近锂盐水溶液的一段的溶液为有机相溶液；所述毛细管的两端设置有封堵物，且所述封堵物允许锂离子通过。
[0010]本专利技术实施例还提供了一种6Li同位素的分离富集方法，其包括：
[0011]提供前述的锂同位素的毛细管多级界面富集体系，待锂离子充分迁移后，从而在所述毛细管多级界面富集体系中远离锂盐水溶液的一端实现6Li同位素的富集。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0013](1)本专利技术仅需少量液相，且无需隔板分隔两级之间的水相或有机相，水相和有机相的相互位置不是垂直的上下，而是水平的左右，锂离子的迁移路线不是利用密度差形成的凸凹凸的曲折形状，而是更为有利的一字形直线迁移分离路线，其分离效率更高；
[0014](2)本专利技术利用的是锂离子自水相进入有机相过程中，界面对锂
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6离子的选择性富集效应，该效应无需受制于水相
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有机相中的锂离子和锂同位素分配平衡；可以长期持续，易于实现分离效应的多级叠加；
[0015](3)本专利技术设计的多级界面分离体系，达到了一级给料，多级分离的效果，多级叠加的同位素分离效应显著高于单级萃取或电迁移分离；
[0016](4)本专利技术除去进料级和目标级的料液需要进行循环和必要的调节外，其它分离级的料液在较长时间内无需任何改变，料液处理量显著降低；
[0017](5)本专利技术实现了、穴醚、杯芳烃等萃取剂的多功能化利用，利用了、穴醚、杯芳烃等的相转移性能、对锂
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6离子的选择性富集性能、与锂离子螯合物的弱结合性能；
[0018](6)本专利技术通过在有限距离内设置多级水相
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有机相界面，在保持较高锂离子传输通量的情况下，提高了单位距离内的分离效率。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术一典型实施方案中单根毛细管多级界面富集体系的示意图；
[0021]图2是本专利技术一典型实施方案中多根毛细管多级界面富集体系的示意图；
[0022]图3是本专利技术一典型实施方案中多组毛细管的多级界面分离体系的示意图。
具体实施方式
[0023]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，本专利技术利用毛细管中液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂同位素的毛细管多级界面富集体系，其特征在于：所述毛细管多级界面富集体系包括锂盐水溶液、非锂盐水溶液以及一根以上毛细管，所述毛细管的两端分别置于所述锂盐水溶液和非锂盐水溶液中，所述毛细管內交替设置有复数个有机相溶液和水相溶液，所述有机相溶液与水相溶液之间形成多个液
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液界面，所述毛细管內靠近锂盐水溶液的一段的溶液为有机相溶液；所述毛细管的两端设置有封堵物，且所述封堵物允许锂离子通过。2.根据权利要求1所述的毛细管多级界面富集体系，其特征在于：所述毛细管的材质为绝缘材质；和/或，所述毛细管的内径为0.1～2.0mm；和/或，所述封堵物包括水凝胶、有机凝胶、锂离子快导体中的任意一种。3.根据权利要求1所述的毛细管多级界面富集体系，其特征在于：所述毛细管中单个水相溶液的长度为0.2～1.5cm；和/或，所述毛细管中单个有机相溶液的长度为0.2～1.5cm；和/或，所述毛细管中液
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液界面的数量为3～200。4.根据权利要求1所述的毛细管多级界面富集体系，其特征在于：所述锂盐水溶液的浓度为0.5～10mol/L；优选的，所述锂盐水溶液中的锂盐包括氯化锂、溴化锂、碘化锂、硫酸锂、硒酸锂、磷酸锂、磷酸氢二锂、砷酸锂、硝酸锂、亚硝酸锂、硼酸锂、高氯酸锂、氯酸锂、溴酸锂、碘酸锂、双三氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟乙酸锂、醋酸锂、三氯乙酸锂、氰化锂、硫氰酸锂、氢氧化锂中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述水相溶液包括水和/或非锂盐水溶液；优选的，所述非锂盐水溶液的浓度在0.1mol/L以下；优选的，所述非锂盐水溶液中的阳离子不与所述有机相发生反应形成沉淀；和/或，所述有机相溶液包括锂离子相转移剂、萃取剂、稀释剂及锂离子辅助迁移剂，其中，所述萃取剂对锂
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6具有选择性富集效应。5.根据权利要求4所述的毛细管多级界面富集体系，其特征在于：所述锂离子相转移剂包括冠醚、冠醚衍生物、穴醚、穴醚衍生物、杯芳烃、杯芳烃衍生物、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、聚乙二醇醚、聚乙二醇醚衍生物、吡啶、吡啶衍生物、季铵盐、季鏻盐、环糊精、环糊精衍生物、叔胺中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述萃取剂包括冠醚、冠醚衍生物、穴醚、穴醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙进贺，居慧群，张鹏瑞，邵斐，李筱，景燕，贾永忠，汪词明，郑天宇，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：