一种6Li同位素的多级界面富集体系及富集方法技术

本发明专利技术公开了一种6Li同位素的多级界面富集体系及富集方法。所述多级界面富集体系包括n组重相溶液和(n+1)组轻相溶液，所述n组重相溶液与(n+1)组轻相溶液形成复数个液

【技术实现步骤摘要】
一种6Li同位素的多级界面富集体系及富集方法


[0001]本专利技术属于锂同位素分离富集
，具体涉及一种6Li同位素的多级界面富集体系及富集方法。

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4。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，但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；更为重要的是，其所述的阴极液中仅能获得亿分之一以下的锂离子浓度，接近于甚至低于常规水溶液中的锂离子基底浓度，难以投入实际应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种6Li同位素的多级界面富集体系及富集方法，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6Li同位素的多级界面富集体系，所述多级界面富集体系包括n组重相溶液和(n+1)组轻相溶液，所述n组重相溶液与(n+1)组轻相溶液形成复数个液
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液界面，所述重相溶液与轻相溶液互不相溶上下分层；所述n组重相溶液由(n
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1)个下隔断相互分离，且所述下隔断顶部延伸于相邻轻相溶液中，所述(n+1)组轻相溶液由n个上隔断相互分离，且所述上隔断底部延伸于相邻重相溶液中；其中，3≤n≤25；
[0010]所述重相溶液与轻相溶液为互不相溶的复数组水相溶液和有机相溶液，所述复数组水相溶液中包括1组锂盐水溶液。
[0011]本专利技术实施例还提供了一种6Li同位素的多级界面的富集方法，其包括：
[0012]提供前述的6Li同位素的多级界面富集体系，待锂离子充分迁移后，从而在所述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。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0014](1)本专利技术利用水相
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有机相的密度差异，设计了由上下分层的轻相、重相和多级隔断组成的具有轻相
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重相
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轻相
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重相
‑……‑
轻相的多级界面富集体系，从本质上杜绝了轻相、重相分布于隔膜两侧的体系中相近同相液体的渗透互通，保证了界面在长期应用过程中的稳定性；
[0015](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，易于实现富集效应的多级叠加；
[0016](3)本专利技术设计的多级界面富集体系达到了一级给料多级富集的效果，多级叠加的同位素富集效应显著高于单级萃取或电迁移富集；
[0017](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，其它富集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；
[0018](5)本专利技术实现了冠醚、穴醚、杯芳烃等萃取剂的多功能化利用，利用了冠醚、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。
[0019](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富集效率。
附图说明
[0020]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。
[0021]图1是本专利技术一典型实施方案中6Li同位素的多级界面富集体系的结构剖面图。
具体实施方式
[0022]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，得以提出本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种6Li同位素的多级界面富集体系，其特征在于：所述多级界面富集体系包括n组重相溶液和(n+1)组轻相溶液，所述n组重相溶液与(n+1)组轻相溶液形成复数个液
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液界面，所述重相溶液与轻相溶液互不相溶上下分层；所述n组重相溶液由(n
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1)个下隔断相互分离，且所述下隔断顶部延伸于相邻轻相溶液中，所述(n+1)组轻相溶液由n个上隔断相互分离，且所述上隔断底部延伸于相邻重相溶液中；其中，3≤n≤25；所述重相溶液与轻相溶液为互不相溶的复数组水相溶液和有机相溶液，所述复数组水相溶液中包括1组锂盐水溶液。2.根据权利要求1所述的多级界面富集体系，其特征在于：所述重相溶液与轻相溶液的密度差在0.04g/cm3以上。3.根据权利要求1所述的多级界面富集体系，其特征在于：所述复数组水相溶液中剩余水相溶液包括水和/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；和/或，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。4.根据权利要求1所述的多级界面富集体系，其特征在于：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。5.根据权利要求4所述的多级界面富集体系，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙进贺，居慧群，张鹏瑞，邵斐，毛连婧，景燕，贾永忠，汪词明，
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：