背景及概述[1][2]
富集硼-10同位素的方法有许多种,但真正实现工业化生产的方法主要有三种:氟化硼-乙醚络合物化学交换精馏法、三氟化硼-甲醚络合物化学交换精馏法、三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换精馏法。其中,三氟化硼-乙醚络合物化学交换精馏法已经被三氟化硼-甲醚络合物化学交换精馏法和三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换精馏法所取代。
上世纪,我国曾用三氟化硼-乙醚络合物化学交换精馏法来富集生产硼-10同位素产品,但是没有成功。当前我国有几家企业依据三氟化硼-甲醚络合物化学交换精馏法,建设了硼-10同位素产品工业生产装置,来富集生产硼-10同位素产品,虽然能间断生产出少量硼-10同位素产品,但是远没有达到工业生产的水平。
三氟化硼-甲醚络合物化学交换精馏法的具体工艺是:将三氟化硼-甲醚络合物直接加入到精馏塔中,在减压的条件下加热蒸馏,最终,三氟化硼-10在塔釜中浓缩,而三氟化硼-11从塔顶分离出来。该工艺具有流程简单、操作简便的特点。但由于从市场采购的三氟化硼-甲醚络合物含水高,即使经过脱水处理,三氟化硼-甲醚络合物中含水仍高达0.01%—0.03%,由水而引发的副反应导致大量的副产物堵塞管道、换热器等,且严重腐蚀设备,使生产无法连续稳定进行。
应用[3]
三氟化硼甲醚主要用于硼-10同位素的分离。
高纯富集11B三氟化硼气体的制备:
富集 11B :将11B丰度≥90%(at.)的三氟化硼甲醚配合物加入双塔串联高效精馏塔内,在真空度为负0.05Mpa~负0.1Mpa条件下,加热升温到80~110°C,进行精馏,经过72~384小时精馏,当级塔塔顶回流液中11B丰度达到高于95%(at.)时,将物料取出,得到纯度高于99wt%11B三氟化硼甲醚配合物。
制备[2]
将原料甲醚液体用泵送至分子筛吸附塔,从分子筛吸附塔下部往上通过分子筛床层,停留时间为30分钟。吸附过程在0.5MpaG、0℃下进行。经过分子筛吸附处理,精制甲醚中含水降至0.001%。原料三氟化硼气体进入低温精馏塔,塔顶温度控制在-105℃,压力控制在O.1MpaG,经精馏处理,精制三氟化硼从塔顶出来,不含氟化氢、四氟化硅等杂质。
精制甲醚从上往下流过络合反应器列管,精制三氟化硼气体从下往上进入络合反应器列管,甲醚和三氟化硼在列管的填料上进行络合反应。络合反应控制在0.6MpaG,温度控制在-10℃。生成的络合物用泵送往交换反应精馏塔。交换反应精馏塔真空度150mmHg,塔顶温度为85℃,塔釜温度为90℃。最终,在交换精馏塔达到交换反应和精馏平衡后,从塔顶得到99%以上丰度的三氟化硼-11气体,从塔釜得到丰度95%以上的三氟化硼甲醚-10同位素产品。
主要参考资料
[1] 黎志万. (2006). 硼同位素分离. 四川省核学会放射化学与化工学术交流会.
[2] 韩莉果, 于景阳, & 张卫江. (2006). 高丰度硼同位素分离生产技术的研究进展. 同位素, 19(1), 48-53.
[3] 王美玲, 付道贵, 王贯春, 刘晓珍, 简敏, & 邹从沛. (2013). 同位素分离理论在硼同位素分离中的应用. 化学工程, 41(12), 20-22.