【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种硼同位素的高效分离方法及系统，属于硼同位素分离。
技术介绍
1、硼元素质子数为5，天然硼有两种稳定同位素，中子数为5的同位素称为硼10同位素(即10b)，中子数为6的同位素称为硼11同位素(即11b)，天然硼中10b的丰度为19.3％、11b的丰度为80.7％。促进硼同位素分离迅速发展的主要原因在于硼同位素对热中子吸收截面的巨大差别上：10b对热中子的吸收截面为3837巴，而11b仅为0.005巴，天然丰度的硼对热中子的吸收截面接近于750巴，因此10b对热中子的吸收截面是天然丰度硼的5倍多。这一特性被应用于作为核能反应堆的稳定运行的控制材料、核反应堆防辐射屏蔽材料及危险废料的储存运输的包装材料、武器装备防辐射防护、癌症的靶向治疗等领域。而且高纯度、高丰度11b还可用于芯片生产。
2、目前，分离富集硼同位素的方法有：三氟化硼化学交换精馏法、三氟化硼低温精馏法、三氟化硼-二氧化硫低温精馏法、硼酸溶液离子交换法和三氟化硼在串联膜中逆流循环法等。三氟化硼化学交换精馏法是目前世界上生产硼同位素的主要方法，三氟化硼化学交换精馏法具有较高的单级硼同位素分离系数，目前已达到了工业化生产规模。
3、化学交换蒸馏法主要包括三氟化硼-乙醚络合物化学交换精馏法、三氟化硼-甲醚络合物化学交换精馏法和三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换精馏法。氟化硼-乙醚络合物化学交换精馏法、三氟化硼-甲醚络合物化学交换精馏法已经被淘汰。三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换精馏法的操作条件是常温常压，而且分离系数高、原料分解率低、毒性小，为
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种硼同位素的高效分离方法，以解决现有技术中三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换精馏法所需等板高度较高、平衡时间较长的问题。
2、本专利技术的第二个目的是提供一种硼同位素的高效分离系统，以解决现有技术中三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换精馏法所需等板高度较高、平衡时间较长的问题。
3、为了实现以上目的，本专利技术的第一个技术方案为：
4、一种硼同位素的高效分离方法，包括依次循环进行络合反应、化学交换反应和裂解反应；
5、络合反应：苯甲醚和11bf3富集气进行络合反应，得到三氟化硼·苯甲醚络合液和携杂惰性气体，携杂惰性气体除杂后得到惰性气体循环气；
6、化学交换反应：三氟化硼·苯甲醚络合液和混合气体进行化学交换反应，得到所述11bf3富集气和10bf3富集络合液；所述混合气体由所述惰性气体循环气和10bf3富集气组成；
7、裂解反应：10bf3富集络合液进行裂解得到所述10bf3富集气和粗苯甲醚；粗苯甲醚除杂后返回络合反应环节和11bf3富集气进行所述络合反应；
8、检测11bf3富集气中11bf3丰度和/或10bf3富集气中10bf3丰度，直至11bf3丰度和/或10bf3丰度符合要求。
9、本专利技术通过在络合反应、化学交换反应和裂解反应之间建立循环，使得三氟化硼中的11bf3、10bf3与苯甲醚之间不断地发生络合、交换和裂解，从而使得天然丰度三氟化硼中的11bf3与10bf3逐渐地发生富集，从而提高11bf3与10bf3的丰度。本专利技术还通过在化学交换反应与络合反应之间循环有惰性气体循环气，使得惰性气体循环气的流通方向与10bf3富集气在化学交换反应中、11bf3富集气在络合反应中的流动方向一致，提高反应的传质效率，从而降低化学交换反应所用等板高度、缩短系统平衡时间，实现高效分离硼同位素。
10、11bf3富集气是指经化学交换反应进行交换富集后得到的11bf3气体和惰性气体循环气，也可指天然丰度的三氟化硼在进行交换富集后得到的11bf3气体和惰性气体循环气。
11、为了进一步提高分离的效率，优选地，所述惰性气体循环气与三氟化硼气体的体积比为(0.01～0.15)：1；所述三氟化硼气体为11bf3和10bf3的总和。此处的三氟化硼气体指的是通入的待分离的天然丰度三氟化硼气体。
12、为了节约成本，优选地，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或多种。这几种惰性气体为常规的选择，由于氮气、氦气、氩气任一种作为惰性气体，均能提高分离硼同位素的效率，且三者的作用原理相同，故将任意两种混合或三种混合作为惰性气体，仍然能够达到相同的技术效果。
13、为了提高分离的效率，并进一步提高原料的利用率优选地，所述苯甲醚与三氟化硼气体的摩尔比为1：(0.9～1.1)；所述三氟化硼气体为11bf3和10bf3的总和。
14、为了使反应过程中气体、液体充分接触，提高反应效率，优选地，所述络合反应采用气液逆流形式进行反应；所述化学交换反应采用气液逆流形式进行反应。优选地，所述气液逆流形式中气体向上运动，液体向下运动，进行逆流接触。这样可以大大减少能耗。
15、为了提高裂解反应的裂解效率，优选地，所述裂解反应的温度为150-160℃。
16、优选地，所述络合反应的温度为20-35℃，压力为30-50kpa。常温常压下即可发生络合反应，条件温和，便于反应。
17、为了便于硼同位素的交换富集，优选地，所述化学交换反应的温度为20-35℃，压力为50-80kpa。11bf3·苯甲醚络合液与10bf3富集气通过化学交换反应进行交换富集，使得11bf3在气相中富集，10bf3在液相中富集。
18、本专利技术的第二个技术方案为：
19、一种硼同位素的高效分离系统，包括络合模块、化学交换模块和裂解模块；
20、所述络合模块上设有苯甲醚入口、11bf3富集气入口、第一络合液出口和携杂惰性气体出口，所述化学交换模块上设有第一络合液入口、11bf3富集气出口、混合气体入口和第二络合液出口，所述裂解模块上设有第二络合液入口、10bf3富集气出口和苯甲醚粗品出口；
21、苯甲醚粗品出口连接苯甲醚除杂模块，苯甲醚除杂模块具有净化苯甲醚出口，净化苯甲醚出口与络合模块上的苯甲醚入口相连；
22、携杂惰性气体出口连接冷却除杂模块，冷却除杂模块具有惰性气体循环气出口；
23、络合模块上的所述11bf3富集气入口与化学交换模块上的11bf3富集气出口连通，络合模块上的所述第一络合液出口与化学交换模块上的第一络合液入口连通，化学交换模块上的所述第二络合液出口与裂解模块上的第二络合液入口连通，化学交换模块上的所述混合气体入口与所述冷却除杂模块上的惰性气体循环气出口、裂解模块上的所述10bf3富集气出口连通。
24、本专利技术在络合模块、化学交换模块、裂解模块之间形成一个封闭的反应回路，在不断地循环过程中可以提高10bf3、11bf3的丰度，而且通过与10bf3富集气并行通入惰性气体循本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硼同位素的高效分离方法，其特征在于，包括依次循环进行络合反应、化学交换反应和裂解反应；
2.根据权利要求1所述的硼同位素的高效分离方法，其特征在于，所述惰性气体循环气与三氟化硼气体的体积比为(0.01～0.15)：1；所述三氟化硼气体为11BF3和10BF3的总和。
3.根据权利要求1或2所述的硼同位素的高效分离方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的硼同位素的高效分离方法，其特征在于，所述苯甲醚与三氟化硼气体的摩尔比为1：(0.9～1.1)；所述三氟化硼气体为11BF3和10BF3的总和。
5.根据权利要求1所述的硼同位素的高效分离方法，其特征在于，所述络合反应采用气液逆流形式进行反应；所述化学交换反应采用气液逆流形式进行反应。
6.一种硼同位素的高效分离系统，其特征在于，包括络合模块、化学交换模块和裂解模块；
7.根据权利要求6所述的硼同位素的高效分离系统，其特征在于，所述硼同位素的高效分离系统包括苯甲醚供料区，苯甲醚供料区设置在净化苯甲醚出口、苯
8.根据权利要求6所述的硼同位素的高效分离系统，其特征在于，所述化学交换模块上连接有用于向分离系统中供应待分离的三氟化硼原料的三氟化硼原料区。
9.根据权利要求6所述的硼同位素的高效分离系统，其特征在于，所述裂解模块上连接有10BF3富集气精制区，用于收集符合10BF3丰度要求的10BF3富集气。
10.根据权利要求6所述的硼同位素的高效分离系统，其特征在于，所述化学交换模块上连接有11BF3富集气精制区，用于收集符合11BF3丰度要求的11BF3富集气。
...【技术特征摘要】
1.一种硼同位素的高效分离方法，其特征在于，包括依次循环进行络合反应、化学交换反应和裂解反应；
2.根据权利要求1所述的硼同位素的高效分离方法，其特征在于，所述惰性气体循环气与三氟化硼气体的体积比为(0.01～0.15)：1；所述三氟化硼气体为11bf3和10bf3的总和。
3.根据权利要求1或2所述的硼同位素的高效分离方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的硼同位素的高效分离方法，其特征在于，所述苯甲醚与三氟化硼气体的摩尔比为1：(0.9～1.1)；所述三氟化硼气体为11bf3和10bf3的总和。
5.根据权利要求1所述的硼同位素的高效分离方法，其特征在于，所述络合反应采用气液逆流形式进行反应；所述化学交换反应采用气液逆流形式进行反应。
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【专利技术属性】
技术研发人员：薛旭金，李凌云，朱周豪，丁艺璇，司二宝，
申请(专利权)人：多氟多同位素科技河南有限公司，
类型：发明
国别省市：
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