一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法技术

本发明专利技术涉及一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，包括如下步骤：按需稀释待分析目标有机相料液，采用FeSO4和H3PO4的混合溶液作为洗脱液洗涤稀释后有机相料液，将其中的铀、钚、锆、铌等金属离子转移到水相，同时将HDBP保留在有机相，离心分相后，采用HCl溶液洗涤所得有机相去除其中的磷酸后，留着有机相中的HDBP浓度可用红外光谱方法或气相色谱方法直接测定，也可用水或稀碱液将有机相中的HDBP反萃至水相，再用离子色谱方法测定其中HDBP的浓度，最后计算目标有机相料液中HDBP的浓度。本发明专利技术提供的方法简便可靠，能够分析PUREX流程有机相料液中所有化学形态HDBP的总含量，适用于包括高金属离子含量有机相以及久置废有机相在内的所有PUREX流程有机相料液。置废有机相在内的所有PUREX流程有机相料液。置废有机相在内的所有PUREX流程有机相料液。

【技术实现步骤摘要】
一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法


[0001]本专利技术属于乏燃料后处理及分析
，具体涉及一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法。

技术介绍

[0002]PUREX(Plutonium Uranium Reduction Extraction)流程是当前唯一商用的乏燃料后处理流程。该流程的主要目的是将乏燃料中未燃烧的铀和新生成的钚提取出来，同时分离提取一些有用核素(如用于辐照生产钚
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238的原料核素镎
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237)。该流程为多循环的溶剂萃取流程，采用的萃取剂为磷酸三丁酯(TBP)，稀释剂为化学惰性的氢化煤油、氢化四丙烯(TPH)或正十二烷等，水相为含金属离子的硝酸溶液。
[0003]PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯酸(HDBP)浓度的分析，对于流程运行具有重要意义。PUREX流程中，萃取剂和稀释剂在辐照、硝酸以及金属离子的共同作用下会发生不同程度的降解。与生产堆相比，动力堆核燃料燃耗大为提高，乏燃料中裂变产物的浓度将超过35kg/t，后处理过程中溶剂所受的辐射剂量大为增加，相应的溶剂降解也随之加剧。几乎所有后处理工厂的运行经验都表明，溶剂质量明显影响净化去污的性能。萃取剂TBP的初级辐解和化学降解产物主要包括磷酸二丁酯(HDBP)、磷酸一丁酯(H2MBP)、磷酸(H3PO4)、辛醇、气体副产物以及组成不固定的聚合物。在PUREX流程所采用的极性极低的稀释剂中，在酸度较低的条件下，HDBP对金属离子的萃取属于阳离子交换过程，TBP起到协萃作用；酸度较高时，HDBP也可以中性化合物的形式参与萃取反应。HDBP与高价阳离子形成的配合物非常稳定，经它萃入有机相的阳离子很难用HNO3实现完全反萃。大量研究及工业实践的结果表明，在20％
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30％TBP的非极性稀释剂溶液中，当HDBP的浓度为10
‑4mol/L量级时，对微量铀、钚、镎和镎的反萃就会产生一定影响。当HDBP的浓度超过此量级时，这几种金属离子的分配系数随其浓度的增加而显著上升，从而影响PUREX流程的技术指标，尤其对铀产品中钚、镎以及锆的去污有非常显著的影响。
[0004]PUREX流程有机相料液中HDBP浓度的分析有很大的难度，其原因是其中的HDBP有游离态的分子、金属离子络合物以及金属离子聚合物等不同的化学形态。当前已有的分析方法，并没有考虑化学形态对其分析的影响。如陶苗苗等发表的期刊论文“30％TBP/煤油中DBP和MBP的离子色谱分析”(《核化学与放射化学》，2019，41(6)：567
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572)中采用去离子水为反萃剂将有机相料液中的HDBP反萃到水相，然后再采用离子色谱方法进行定量。该方法对游离分子形态的HDBP有很好的效果，但对于金属离子络合物及聚合物形态的HDBP就无能为力，分析结果实际仅为料液中游离分子形态HDBP的浓度。显然，采用该方法获得的分析结果有可能严重偏低，从而无法指导流程的运行，甚至造成误导。又如，赵秋雯等发表的期刊论文“TBP
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煤油体系中痕量DBP和MBP的气相色谱分析”(《核化学与放射化学》，1989，11(1)：28
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34)中，也没有考虑化学形态对其浓度分析的影响。
[0005]此外，对于铀、钚等金属离子浓度较高的有机相样品中HDBP浓度还没有分析方法。而很多PUREX流程的关键有机相料液中金属离子的浓度都很高，如一循环共去污萃取设备
(1A)的有机相料液1AP、一循环分离萃取设备(1B)的有机相料液1BU、铀纯化循环萃取设备(2D)的有机相料液2DU、钚纯化循环萃取设备(2A)的有机相料液2AP等，这些料液中铀的浓度在每升数十克甚至百余克的水平，钚的浓度在每升数克的水平。另一方面，对于高保留铀、钚、锆等金属离子的久置PUREX流程废有机相，由于其中的HDBP浓度随放置时间呈数量级增大，并且络合及聚合化学形态所占比例大为增加，已有的分析方法也不能适用。
[0006]因此，开发一种能够分析PUREX流程有机相料液中所有化学形态HDBP的浓度，并且适用于高金属离子浓度样品以及久置废有机相样品的HDBP浓度分析方法具有重要意义。

技术实现思路

[0007]鉴于此，专利技术人经过长时间的调研、分析和思考，并在大量实验的基础上，建立了一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，该方法能够准确测定目标有机相料液中所有化学形态HDBP的总含量，并适用于高金属离子含量样品以及久置废有机相样品。
[0008]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，所述方法包括如下步骤：
[0009]S1、按需稀释待分析目标有机相料液，得到稀释后有机相料液；
[0010]S2、采用洗脱液洗涤所述稀释后有机相料液，将其中的金属离子转移到水相，HDBP保留在步骤S2所得有机相中，然后离心分相并弃水相；所述洗脱液为FeSO4和H3PO4的混合溶液；
[0011]S3、采用HCl溶液洗涤步骤S2所得有机相，用于去除步骤S2所得有机相中的磷酸，离心分相；
[0012]S4、测定步骤S3所得有机相中的HDBP浓度；
[0013]S5、计算待分析目标有机相料液中HDBP浓度。
[0014]进一步，步骤S1中，所述待分析目标有机相料液用有机溶剂稀释1
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20倍，所述有机溶剂选自煤油、异己酮或氯仿等中的一种或多种的组合。
[0015]进一步，步骤S2中，所述洗脱液为4.0
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8.0mol/L的H3PO4与0.1
‑
0.3mol/LFeSO4的混合溶液。
[0016]进一步，所述步骤S2包括如下具体步骤：
[0017]在具塞离心管中，将FeSO4和H3PO4的混合溶液与稀释后的有机相料液按设定相比混合，振荡混合3
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10分钟，将其中的金属离子转移到水相，HDBP保留在步骤S2所得有机相中，然后离心分相并弃水相。
[0018]进一步，步骤S3中，所述HCl溶液的浓度为1.0
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2.0mol/L。
[0019]进一步，步骤S4中，测定步骤S3所得有机相中的HDBP浓度的方法包括如下具体步骤：
[0020]S411、采用水或稀碱溶液将步骤S3所得有机相中的HDBP反萃到水相，离心分相，弃有机相；
[0021]S412、采用离子色谱方法测定步骤S411所得水相中的HDBP浓度：依据离子色谱方法测定HDBP标准曲线，结合离子色谱方法测得步骤S411所得水相中的HDBP峰的峰面积，通过计算获得步骤S411所得水相中的HDBP浓度，从而得到步骤S3所得有机相中的HDBP浓度。
[0022]进一步，步骤S5中，采用固定化学收率方法计算待分析目标有机相料液中HDBP浓度；
[0023]所述固定化学收率获得方法包括如下具体步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、按需稀释待分析目标有机相料液，得到稀释后有机相料液；S2、采用洗脱液洗涤所述稀释后有机相料液，将其中的金属离子转移到水相，HDBP保留在步骤S2所得有机相中，然后离心分相并弃水相；所述洗脱液为FeSO4和H3PO4的混合溶液；S3、采用HCl溶液洗涤步骤S2所得有机相，用于去除步骤S2所得有机相中的磷酸，离心分相；S4、测定步骤S3所得有机相中的HDBP浓度；S5、计算待分析目标有机相料液中HDBP浓度。2.根据权利要求1所述的一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，其特征在于，步骤S1中，所述待分析目标有机相料液用有机溶剂稀释1
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20倍，所述有机溶剂选自煤油、异己酮或氯仿等中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，其特征在于，步骤S2中，所述洗脱液为4.0
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8.0mol/L的H3PO4与0.1
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0.3mol/L FeSO4的混合溶液。4.根据权利要求1所述的一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下具体步骤：在具塞离心管中，将FeSO4和H3PO4的混合溶液与稀释后的有机相料液按设定相比混合，振荡混合3
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10分钟，将其中的金属离子转移到水相；HDBP保留在步骤S2所得有机相中，然后离心分相并弃水相。5.根据权利要求1所述的一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，其特征在于，步骤S3中，所述HCl溶液的浓度为1.0
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2.0mol/L。6.根据权利要求1所述的一种PUREX流程有机相料液中磷酸二丁酯浓度的分析方法，其特征在于，步骤S4中，测定步骤S3所得有机相中的HDBP浓度的方法包括如下具体步骤：S411、采用水或稀碱溶液将步骤S3所得有机相中的HDBP反萃到水相，离心分相，弃有机相；S412、采用离子色谱方法测定步骤S411所得水相中的HDBP浓度：依据离子色谱方法测定HDBP标准曲线，结合离子色谱方法测得步骤S411所得水相中的HDBP峰的峰面积，通过计算获得步骤S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：周今，郝轩，柳倩，杨素亮，朱礼洋，杨琪，杨志红，田国新，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：