一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法与流程

    专利2025-07-16  70


    本发明涉及放射性同位素生产,具体涉及一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法。


    背景技术:

    1、钼-99(99mo),半衰期为65.9h,通过负电子衰变得到锝-99m(99mtc),是99mo-99mtc发生器的主要原料。99mtc具有能量适宜的γ射线(140kev)和半衰期(6.02h),被广泛用于核医学单光子发射计算机断层显像(spect),全球每年99mtc标记药物用于核医学诊断达4000万次以上,超过核医学应用次数的80%以上。99mo的传统生产方法为铀靶辐照裂变法,用该方法进行生产时,mo的提取工艺成熟,已经商业化供应,但存在高放废物难以处理等问题。而以硝酸铀酰或硫酸铀酰水溶液作为核燃料的核反应堆用于99mo的生产时上世纪90年代提出的新设想。硝酸铀酰水溶液型反应堆(简称“溶液堆”)生产99mo时,硝酸铀酰溶液既是反应堆运行的燃料,又是99mo等医用放射性同位素的靶材料,与靶件辐照法相比,溶液堆生产同位素具有中子利用率高、废物产生量少、工艺简便和运行成本低等优点,优势明显。

    2、在溶液堆mo、i提取和分离的相关专利中,溶液堆的燃料溶液流经氧化铝柱和mo、i分离柱,得到mo的粗产品粗产品。但是在mo产品中,氧化铝会有不同程度的掉落,导致产品中的铝含量较高,因此mo产品需要进一步纯化。在溶液堆生产的钼-99粗产品粗产品溶液中,含有部分杂质,主要包括掉落的al离子、在系统运行中累积的有机物,以及未完全分离的部分i等等。

    3、专利cn99107707中采用升华的方式进行mo的纯化,该方法需要使用高温炉,在热室内高温操作,风险较大。此外,还需要根据不同的温度,对升华的成分收集,装置设置复杂,在高放射性条件下,电气元件容易损坏,装置的可靠性低。因此,很难在高放射性条件的热室内应用。

    4、在传统的mo纯化方法中,主要采用无机离子交换柱进行纯化,虽然也有一定纯化的效果,但是无机离子交换剂在淋洗的过程中,存在不同程度的掉落现象,即在mo产品中会重新引入新的无机离子交换剂的杂质,可能会对产品带来新的影响。在溶液堆前期设计中,mo产品纯化采用高温升华的方法进行,但是该方法需要加热到1400℃,能耗高,并且在热室内的高温操作不方便,相关的安全风险较高。


    技术实现思路

    1、本发明针对目前钼纯化存在会引入新的杂质、温度高、安全风险高等问题,提供一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,该方法不会引入新的杂质即可获得最终的产品,加热温度低,能量损耗低,在热室内操作方便,而且杂质的去除率也很高,获得的产品满足药典的要求的方法。

    2、本发明通过下述技术方案实现:

    3、一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,包括以下步骤:

    4、步骤一:向溶液堆生产的钼-99粗产品粗产品中加入氧化剂,将钼-99氧化为moo42-,形成稳定的高价态化学形式,随后将溶液蒸干;

    5、步骤二:向蒸残物中加入消解液,将杂质消解;消解液为硝酸+过氧化氢,在微波消解仪中进行消解。可将有机杂质分解成气体,可挥发性核素受热也蒸发出来,从而去除有机杂质和可挥发性核素。

    6、步骤三:向消解后的固体中加入溶解液将固体溶解后蒸干;反复进行三次,将产品中的残留消解液硝酸等去除,此时需要使用浓度依次降低的硝酸溶解,尽量减少硝酸的残留,(如第一次,采用1m,第二次则为0.1m,第三次为去离子水)随后蒸干,得到钼酸钠固体。

    7、步骤四:向蒸干后的固体中加入碱液溶解,加入盐酸调节溶液ph在7~9,得到钼-99产品溶液。

    8、进一步的,步骤一中使用的氧化剂包括双氧水、硝酸中的任意一种。

    9、进一步的,所述氧化剂的浓度为1%~30%。

    10、进一步的,步骤一和步骤三中所述的溶解液均为硝酸。

    11、进一步的,所述溶解液的浓度为0.1mol/l~1mol/l。

    12、进一步的,步骤二中加入的消解液为浓硝酸和双氧水的混合物。

    13、进一步的,所述浓硝酸与双氧水的体积用量之比为(2~6):1。

    14、进一步的,步骤四中所述的碱液包括氢氧化钠。

    15、进一步的,所述碱液的浓度为0.5mol/l~2mol/l。

    16、进一步的,步骤二中采用阶梯消解温度,第一阶段的温度设置为120℃~170℃;第二阶段的温度设置为170℃~210℃。

    17、优选为,第一阶段的温度设置为150℃,第二阶段的温度设置为180℃。

    18、其中第一阶段和第二阶段均消解15分钟。

    19、消解需要在加热的条件下进行,若温度太高,反应太剧烈,产气太多,压力过大,不利于系统安全。若温度太低,则消解反应的时间较长,效率低,容易消解不完全。在本申请限定的温度范围内,能在保证系统安全的情况下,提高消解的效率。

    20、本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:

    21、本发明的纯化方法可以实现对钼-99的纯化,相较于传统的钼纯化方法,本发明不会引入新的杂质,加热温度低,能量损耗低,并且在热室内操作方便,杂质去除率高,获得的产品满足药典的需求。



    技术特征:

    1.一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,步骤一中使用的氧化剂包括双氧水、硝酸中的任意一种。

    3.根据权利要求1或2所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,所述氧化剂的浓度为1%~30%。

    4.根据权利要求1所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,步骤一和步骤三中所述的溶解液均为硝酸。

    5.根据权利要求1或4所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,所述溶解液的浓度为0.1mol/l~1mol/l。

    6.根据权利要求1所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,步骤二中加入的消解液为浓硝酸和双氧水的混合物。

    7.根据权利要求6所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,所述浓硝酸与双氧水的体积用量之比为(2~6):1。

    8.根据权利要求1所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,步骤四中所述的碱液包括氢氧化钠。

    9.根据权利要求1或8所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,所述碱液的浓度为0.5mol/l~2mol/l。

    10.根据权利要求1所述的一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼-99的纯化方法,其特征在于,步骤二中采用阶梯消解温度,第一阶段的温度设置为120℃~170℃;第二阶段的温度设置为170℃~210℃。


    技术总结
    本发明公开了一种以硝酸铀酰溶液为核燃料的反应堆生产钼‑99的纯化方法,涉及放射性同位素生产技术领域,先向溶液堆生产的钼‑99粗产品溶液中加入氧化剂,将钼‑99粗产品氧化为MoO42‑,随后将溶液蒸干;然后向蒸残物中加入消解液,将杂质消解;然后向消解后的固体中加入溶解液将固体溶解后蒸干;最后向蒸干后的固体中加入碱液溶解,得到钼‑99产品溶液,满足药典要求;相较于钼传统纯化的方法,本发明不引入新的杂质,加热温度低,能量损耗低,并且在热室内操作方便,杂质去除率高。

    技术研发人员:张劲松,孙志中,王海军,耿自胜,陈云明,王磊,曾俊杰
    受保护的技术使用者:中国核动力研究设计院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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