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锂同位素的萃取采用回流串级工艺

锂同位素的萃取采用回流串级工艺
2022.06.23
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  自然界中存在锂的两种天然同位素,即7Li和6Li,分别占到92.48%和7.52%。这两种同位素的核反应性能截然不同,但都在核材料领域中占有重要地位。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...

  自然界中存在锂的两种天然同位素,即7Li和6Li,分别占到92.48%和7.52%。这两种同位素的核反应性能截然不同,但都在核材料领域中占有重要地位。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,都将对新能源的开发提供新的解决方案。

  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)。在同位素分离中,对于重同位素用物理方法比较有利;而对于轻同位素,则化学方法效率较高,物理方法效率很低、投资巨大。

  作为一种可以实用的锂同位素分离工艺,除了要求分离体系具有较大的单级同位素分离系数α值外,在化工工艺方面,必须要能够实现多级级联。这就要求开发出特殊的串级控制工艺,包括要有严格的回流控制方法,回流必须彻底、方便、能耗小;必须要实现工艺中精确加料、取料;要计算和控制同位素富集段的流量大小和波动情况,最终采用多级级联形式,实现累积富集同位素,得到高丰度的锂-7同位素产品。

  锂-7同位素的萃取工艺主要采用回流串级工艺,包含下列工段:上回流段、提取段、富集段、下回流段和取产品段。回流段、提取段、富集段、下回流段和取产品段分别由多个液液分离设备串级连接构成,其中,液液分离设备为CWL-离心萃取机

  这是因为,同位素富集过程中,化学体系的单级分离系数都较小,因此,在体系具有单级分离系数的基础上,采用本回流串级工艺,连接和控制多级萃取设备,可以实现多级累积富集锂同位素。

锂同位素的萃取采用回流串级工艺

  由于分离设备需要的级数多,可靠性要求高,所以分离设备的选择十分重要。对于互不相容的有机相和水相,采用高效的液液分离设备——CWL-离心萃取机可以大大缩短平衡时间、减少萃取剂用量和较少萃取设备体积。

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