稀释剂分子结构对TBP-Zr(NO3)4-HNO3萃取体系极限有机相浓度的影响

王文涛，曹 智，张春龙，谢书宝，袁洁琼，苏 哲

(1.中国原子能科学研究院 放射化学研究所，北京 102413；2.生态环境部 核与辐射安全中心，北京 102488)

在乏燃料后处理领域，普雷克斯(PUREX)流程是当前商业化运行技术之一。该技术以磷酸三丁酯(TBP)作萃取剂，通过多级逆流萃取使U、Pu与裂变产物分离[1]。TBP萃取剂具有选择性高、对裂变产物净化系数高等优点，也具有化学/辐照稳定性好、沸/闪点高、挥发性低、水中溶解度低等优势；但TBP密度与水密度接近，黏度较大，萃取过程中会使有机相与水相难以分开；因此，需加入稀释剂来降低其密度和黏度，改善水力学性能[2-3]。稀释剂加入后，有机相中的萃合物浓度超过一定量时，有机相会发生相分离，形成上层富含稀释剂的轻相和下层富含萃合物的重相，其中下层重相通常被称作“第三相”[4]。第三相的出现不利于萃取工艺的连续稳定运行，特别是在快堆乏燃料后处理时，Pu(Ⅳ)在第三相的富集可能会有核临界风险，因此必须设法避免[5]。

通常，把刚好出现第三相时有机相中金属萃合物浓度称为极限有机相浓度(limiting organic concentration,LOC)。LOC是衡量稀释剂性能的关键参数之一，对于给定的萃取体系，其大小主要由稀释剂的性质决定[6]。

国内外学者针对稀释剂的研究发现，平均碳原子数为12的惰性烷烃(如正十二烷、煤油或其他C10～C14的烷烃混合物)稀释剂可满足Purex流程要求[7-8]。烷烃稀释剂的LOC与其分子结构密切相关：对于正构烷烃，碳数越大，LOC越小；对于同碳数烷烃，异构化有助于提高LOC，异构化程度越高，其LOC越高[9-10]。……