鍶-90(90Sr)和銫-137(137Cs)是兩種在很多領域有重要用途的兩種放射性同位素。鍶-90在工業上可用于X射線熒光分析儀、測厚儀、料位計、靜電消除器、卷煙密度測量儀等放射性檢測儀和控制儀表中的輻射源;在醫學上可用于治療角膜潰瘍、黑色素瘤、皮膚癌和神經性皮炎等疾病;還可用于制做放射性核素電池,用于軍事、科研、發光儀表制造及醫學等領域。銫-137在工業上可用于厚度計、密度計、流量計和液位計的放射性檢測儀和控制儀表中的輻射源;在農業上可用于輻射育種和食品輻照保藏等;在醫學上可用于心臟掃描、輔助診斷心肌梗死及其病變、診斷甲狀腺腫瘤、癌癥治療和醫療器械的殺菌等;還可以用于制作同位素電池、同位素熱源、核電站事故的信號核素和放射性核素發生器,用于軍事、科研、發光儀表制造及醫學等領域。
鍶-90和銫-137主要來源于核武器試驗和核反應堆,目前,鍶-90和銫-137主要是從核反應堆乏燃料后處理廠的高放廢液中分離提取獲得的。
從高放廢液中提取放射性同位素鍶-90和銫-137的方法有沉淀分離法、離子交換法、色譜法和溶劑萃取法。溶劑萃取法具有選擇性好、回收率高、適合大規模生產、設備簡單、操作方便、易實現連續化和自動化、萃取劑易于循環利用等優點,且適合于強放射性環境下使用。
在開發出從高放廢液中同時生產放射性同位素鍶-90和銫-137的溶劑萃取工藝流程后,要實現連續化生產,需要連續化溶劑萃取設備,建立相應的生產系統。
目前可用于高放廢液處理的連續化溶劑萃取設備有混合澄清槽、脈沖萃取柱和離心萃取機。前兩者均依靠重力分相,因而存在兩相滯留量大、停留時間短、結構不太緊湊等缺陷。
采用鄭州天一萃取CWL-M系列離心萃取機從高放廢液中高效生產放射性同位素鍶-90和銫-137,可強化傳質效果,實現連續化生產,同時獲得有重要用途的高純度的鍶-90和銫-137兩種放射性同位素產品。具體工藝流程如下:
調酸后的高放廢液流入鍶離心萃取機萃取段,鍶萃取劑則從相反方向流入鍶離心萃取機萃取段,選擇性萃取高放廢液中鍶-90后流入鍶離心萃取機洗滌段;鍶洗滌劑流入鍶離心萃取機洗滌段,洗滌負載在鍶萃取劑上的雜質元素后流入鍶離心萃取機萃取段,與已萃取完鍶-90后的高放廢液一起從鍶離心萃取機萃取段流出;流入銫離心萃取機萃取段用于生產銫-137,經洗滌后的鍶萃取劑流入鍶離心萃取機反萃段;
鍶反萃劑流入鍶離心萃取機反萃段,把負載在鍶萃取劑上的鍶-90反萃下來后,從鍶離心萃取機反萃段流出得到鍶-90產品;
經反萃后的鍶萃取劑從鍶離心萃取機反萃段流出,再流入鍶離心萃取機萃取段,循環使用;銫萃取劑流入銫離心萃取機萃取段并選擇性萃取高放廢液中銫-137后流入銫離心萃取機洗滌段;
銫洗滌劑流入銫離心萃取機洗滌段并洗滌負載在銫萃取劑上的雜質元素后,流入銫離心萃取機萃取段,與已萃取完銫-137的高放廢液一起作為萃殘液從銫離心萃取機萃取段流出;
經洗滌后的銫萃取劑流入銫離心萃取機反萃段;銫反萃劑流入銫離心萃取機反萃段,把負載在銫萃取劑上的銫-137反萃下來后,從銫離心萃取機反萃段流出得到銫-137產品;經反萃后的銫萃取劑從銫離心萃取機反萃段流出,再流入銫離心萃取機萃取段,循環使用。
該系統由于采用了強大離心力分相的CWL-M系列離心萃取機,與目前其它的生產系統相比,具有兩相滯留量小、停留時間短、水力學和傳質性能好、達到傳質平衡速度快、操作流比范圍寬、設備緊湊、體積小、開停車方便且停車不破壞所建立的穩態等優點。