放射性物质的分离方法

使用同位素载体时，应注意使载体的化学状态与被分 离核素的化学状态一致，这样，载体才能有效地载带放射
性核素。
但是，被分离核素的化学状态往往难以预侧，因为： （1）核反应生成的放射性核素能以各种不同的价态存在。 （2）溶解靶子时，放射性核素可以和溶剂起各种化学反 应。
（3）射线对溶液的辐射化学效应也可以引起核素的价态
有机共沉淀法
2.微量金属离子与有机螯合剂形成难溶的金 特点：所用试剂价格低廉， 属螯合物，或金属离子螯合物进一步与有机 可广泛用于放射性和污染 离子形成难溶的缔合物，当有一种有机试剂 水源及简单体系中的放射 沉淀析出时，这种金属螯合物或缔合物有可 性物质的分离，但选择性 能被载带下来。 较差 3.利用有机胶体的吸附作用而生成共沉淀。
在碱性溶液中用NaCIO将低价态的碘全部氧化为I（VII），
共沉淀法既可用于对某一元素作选择性分离，也可用 于对某些元素作组分离。 选择性分离：如在特定条件下利用生成BaZrF6来对Zr 进行选择性沉淀，用磷钼酸胺对 Cs进行选择性吸附等。 组分离：如用碳酸盐或草酸盐沉淀碱土金属离子，用 氟化物沉淀镧系元素和锕系元素离子，用氢氧化物沉淀除
在有载体存在时，所分离出来的载体份 额就等于欲分离放射性核素的份额，则欲分 离的放射性核素的化学回收率为：
Y＝ 分离出来的载体量/加入的载体量
因此可以根据载体的回收率校正分离过程中放射性核 素的损失，从而确定放射性核素的起始量。 这一方法在放射化学分离中有重要的意义，对于某些 难以定量分离的核素，只要分离出一部分纯物质，即可从 y 值来准确确定其含量，因此可大大简化离程序
离子交换是两种以上离子性物质之间相互交换的过程，
（一）离子交换剂
离子交换剂是一种能与水溶液中的离子发生离子交换 反应的不溶性固体物质。其分类如下：
天然无机离子交换剂 无机离子交换剂 离子交换剂 有机离子交换剂 合成无机离子交换剂 沸石、蛭石、 天然有机离子交换剂 黏土矿物、多 价金属的矿石
合成有机离子交换剂 人工沸石、不溶 (离子交换树脂) 性水合氧化物、 多价金属的盐类、 杂多酸盐
来表示萃取平衡时溶质在两相的分配关系，这种关系只有 根据萃取机理才能导 得。萃取体系中，水相与有机相达 到平衡后溶质在有机相的浓度与在水相的浓度之比称为分 配比D，即：
D = c0/cw
分配比可由实验测定。若溶质在两相中化学形式相同且
浓度很低时则分配比才等于分配系数
（三）.萃取百分率
表示萃取百分率的另一种参数是萃取百分比P其定义是 在 萃取过程中被萃取物从水相转移到有机相的百分数， 所以：
来，使被分离核素污染。为了减少这种污染，常使用反载
体和净化载体。
反载体又称抑制载体，通常是杂质的稳定同位素。加
入反载体后，放射性杂质被大大稀释，并随反载体一起保
留在溶液中，从而大大降低放射性杂质被吸附或夹带的量。
载体和反载体的使用，例如用Ag置换法测定铀工业废
水中的210Po时，加入Bi作反载体，使212Bi保留在溶液中， 净化载体又称清扫载体或净化剂。这种载体可将多种 消除212 Bi对210Po的干扰。 杂质离子从溶液中除去，让所需的放射性核素留在溶液中。 净化操作常常要进行多次才能达到所要求的净化程度。
2、连续逆流萃取
原理：连续逆流萃取是两相液流向相反方向流动的多 级萃取过程。 如图4.7所示，在一个n级连续逆流萃取器中，流量为 F的水相加到萃取器的第1级，流量为F0的有机相加到萃取 器的第n级。中间各萃取器中液流的走向是：第i级的水相 流入第i+1级，第i级的有机相流入i-1级，两相向相反方向 流动。 当萃取系统达到稳态后，在每一级中，两相的体积和 溶质浓度均保持不变。 若各级的分配比为D1, D2, …Di … Dn，当有机相的初 始浓度c0=0，料液浓度为cf时，则由萃取平衡和物料衡算 逐级计算可以得到水相中残留的溶质浓度cn为：
（二）离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂 （含—SO3H） 阳离子交换树脂
离子交换树脂
阴离子交换树脂
弱酸性阳离子交换树脂 （含—COOH或—PO3） 强碱性阴离子交换树脂[含— CH2—N+(CH3)3Cl-或— CH2 N+(CH3)2(CH2—CH2OH)Cl-
特种离子
交换树脂
弱碱性阴离子交换树脂 （含—CH2—N+—NRH 或—NR2）
在共沉淀分离过程中，为了减少放射性杂质的污染， 除采用反载体和净化载体外，还可以采取下列措施：
1．提高介质酸度，降低沉淀吸附放射性核素的能力。如
介质酸度从0.15 M增加到1M，210Bi随BaS04沉淀的量从38 ％下降到4％。 2.加人能与放射性杂质生成稳定络合物的络合剂，可以大 大减少杂质共沉淀的量。例如沉淀AgI时加入过量的I-,利 用I-能与Bi3+生成可溶性HBiI4的性质，可使210Bi随AgI共沉 淀的量大大减少。
（二）、载体的使用
载体是在化学性质上与被分离的放射性核素相同或相
似的物质。
载体可分为同位素载体和非同位素载体两类。 同位素载体是放射性核素的稳定同位素或长寿命同位 素；非同位素载体是在化学性质上与放射性核素相似的另 一种元素。
载体用量一般为几毫克到几十毫克。加入载体的作用
是提高被分离物质的量，克服微量放射性物质易被吸附而 丢失和不易被分离的问题，但又不影响对它进行定性和定 量的测定。
（5）与水溶液的互溶性小；
（6）毒性低，沸点高，挥发性小； （7）价格低廉，便于回收。
稀释剂的作用主要是萃取剂的物理化学性 能，以利于萃取。因此，对稀释剂的要求主要
是：粘度小、与水的比重差别大、挥发性低、
与水溶液互溶小，且有利于萃合物进入有机相。
(七)溶剂萃取法的应用
溶剂萃取法具有许多突出的有点，因而发展很快，成为核燃料 生产和放射性核素分离、提取中最常用的分离方法之一。如：在乏 燃料后处理中，以TBP萃取分离为基础的Purex流程。这一流程通常 是通过2-3个萃取循环来达到分离和纯化铀和钚的目的。 混合物 TBP共萃取 U（Ⅵ） Pu（Ⅳ） 多次萃取分离 净化 Fe2+作还原剂
变化。
为了使载体和被载带核素之间的化学状态一致，可采 用两种方法： （1)向溶液中加人各种可能存在的价态的载体，然后 用某种氧化-还原反应使价态变成一致；
（2)加入一种价态的载体，然后进行一次氧化—还原
反应循环，把各种可能的价态变成一种价态。 例如：为了从裂变产物中分离碘，可加人KI作载体， 再用NaNO2：将I（VII）还原为单质碘。
碱金属和碱土金属以外的大部分阳离子。常用于组分离的
沉淀有BaC03、LaF3、Fe(OH)3、Mn02、CuS、Bi2S3，有
机沉淀剂如铜铁灵、8-羟基喹啉等也可用作组分离沉淀剂
(三)、改善共沉淀分离的措施
用共沉淀法从含有多种放射性核素的溶液中分离某种
放射性核素时，常常有微量杂质核素被沉淀吸附或夹带下
例如从铀的裂变产物中分离140Ba时，向试样中加人Ba 载体，用盐酸一乙醚混合试剂、使Ba沉淀为BaCI2.H2O而 与大部分杂质分离。然后将沉淀溶于水中，加人FeCl3,用 氨水使Fe3+沉淀为Fe(OH)3,进一步除去杂质。上述净化操 作重复一次，再将Ba沉淀为BaCl2 .H2O.然后再用水溶解 沉淀，加人LaCl3,用氨水使La3+沉淀为La(OH)3以除去 Fe(OH)3未能净化掉的杂质，即可得到很纯的Ba试样。 常用的净化载体有Fe (OH)3, Th (OH)4, BaSO4 ， BaCO3
3.加入表面活性剂减少放射性核素在沉淀上的吸附。如溶
液中加人中性红，65Zn随CdS共沉淀的量仅为原来的三分
之一。 4.均相沉淀。使沉淀剂离子在溶液中逐渐形成，可以减少 沉淀对其它离子的吸附。
二、溶剂萃取法
溶剂萃取是将一种包含萃取剂及稀释剂的有机相，与 含一种或几种溶质的水溶液相混合，当两种不混溶或混溶 程度不大时，一种或若干种溶质进入有机相。稀释剂用于 改善有机相的某些物理性质，如降低比重，减少黏度，降 低萃取剂在水相中的溶解度，有利于两相流动和分开。有 时在有机相中加添加剂，用于消除某些萃取过程中形成的 第三相，抑制乳化现象。
Pu（Ⅲ），反 萃到水相
分离
产物源自文库
三、离子交换法
是物质运动的一种形式，一般是指水溶液通过树脂所发生
的固-液间离子相互交换的过程。 离子交换法是利用某些固体物质与溶液中的离子之 间发生交换反应来进行分离的一种方法，具有交换能力 的物质称为离子交换机，这种交换反应称为离子交换反 应。离子交换反应不仅在离子交换剂颗粒的表面发生， 而且在交换剂内部孔隙中也可发生。
Co—溶质在水相的初始浓度； C—萃取后溶质在水相残留的浓度。
（四）.萃取剂和萃取体系的分类
根据萃取机理的不同，萃取剂的种类可大致归纳如下: 惰性溶剂，又称惰性萃取剂（简单分子萃取）
中性含氧萃取剂（烊盐萃取）
萃取剂
萃取溶剂
中性磷类萃取剂（中性络合物萃取）
酸性磷类萃取剂（阳离子交换萃取） 胺类萃取剂（铵盐萃取） 螯合萃取剂（螯合萃取) 协同萃取剂（协同萃取）
逆流萃取的特点是： 萃取剂用量比错流萃取少得多； 逆流萃取中有机相的浓度比错流萃取中的高得多；
逆流萃取可以得到很高的萃取率，但对杂质的分离效率
仍不高。
（六）萃取剂和稀释剂的选择
对萃取剂的要求： （1）对与萃取物的萃取能力强（即分配系数大）， 萃取容量大，选择性好，易于反萃； （2）萃取反应速度快； （3）粘度小，与水的比重差别大，相分离和流动 性好，不易形成第三相或发生乳化； （4）具有较高的化学稳定性和辐照稳定性；
在溶剂萃取中，一种溶剂是水溶液，另一种溶剂是有
机溶液或有机溶剂。
理论和实验都表明，只有当溶质和溶剂不发生化学作
用溶质在两相中以相同的形式存在，而且浓度很低时，溶
质在两相的分配才服从分配定律
（二）分配比和分离系数
萃取过程一般伴有化学反应，被萃取溶质在两相中常
以一种以上的化学形式存在，因此不能简单地用分配定律
当所需要溶质从水相转入有机相以后，在改变实验条
件下，也可以使它从有机相转到水相，这一过程为反萃取。
（一）、萃取过程中的分配关系
1．分配定律 当温度一定时，一种物质在两种互不相溶的溶剂中溶 解平衡后，物质在这两种溶剂中的浓度之比为一常数。这 就是著名的能斯特分配定橄，用公式表示即为： c1/c2 = K 式中c1—溶质在溶剂1中的平衡浓度， c2—溶质在溶剂2中的平衡浓度； K—分配常数。
（三）离子交换树脂的主要性能
直接反映离子交换树脂可交换离子量的大 1.交换容量 小，其表示方法有两种：总交换容量和工 作交换容量 2.交联度 树脂中所含交联剂的重量百分数 干树脂浸入溶剂而发生膨胀的性能，其大 能将有机分子单 小可用干树脂在溶剂中浸泡 24h后体积干 体连接起来，形 树脂体积之比即溶胀度（膨胀率）来表示 成离子交换树脂 树脂的溶胀度主要取决于交联度和树脂中 机械稳定性、热稳定性、化学稳定性、辐 聚合物的物质。 可交换离子的水化能力。交联度愈大，溶 照稳定性 胀度愈小；水化能力愈强，水化离子半径 愈大，溶胀度也愈大。
放射性物质的分离方法
姓名：李书琼 学号：S081364 专业：无机化学
学院：化学学院
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共沉淀法 溶剂萃取法 离子交换法 色层法 其它分离方法
蒸馏法 电化学分离法 同位素交换法 快化学分离法
一、共沉淀法
共沉淀的原理 ：
微量的放射性核素以离子状态存在于溶液中时，由于
浓度很低，常不能形成独立的固相，要使它从溶液中分离
出来。可向溶液中加入某种常量元素的化合物（载体），
当常量元素形成沉淀时，同时将微量的放射性核素从溶液
中载带下来，这个过程称为共沉淀
（一）共沉淀法的分类：
无机共沉淀法
共结晶共沉淀法 吸附共沉淀法
1.某些微量离子（或络离子）与带有相反电 荷的有机物生成难溶的离子缔合物，然后与 其载体的同类离子缔合物生成共沉淀。
冠状化合物类萃取剂（离子缔合萃取）
（五）萃取方法
单级萃取的分离效果是有限的，常常达不到预定的分 离要求。常采用多级萃取，其方法有错流萃取、逆流萃 取和分馏萃取。
1、错流萃取
萃取原理：在错流萃取中，萃取平衡后的各级萃余水 相在进入下一级后均用新鲜的有机相萃取，而有机相不 再进入另一级萃取。错流萃取的流程如图4.6所示，图中 每个方块表示一个萃取级。