一种高效分离钍和镭的方法及应用

本发明属于医用同位素制备领域，具体是涉及一种高效分离钍和镭的方法及应用。

背景技术：

1、医用同位素在癌症诊断和治疗方面具备独特优势，有助于癌症的及早发现和精准治疗，对于提高癌症治愈率、确保国民生命健康安全具有重大意义。212pb是为数不多的可以应用于靶向α核素治疗（简称tat）的医用放射性核素，在治疗卵巢癌、前列腺癌和胰腺癌等恶性肿瘤方面具备良好疗效。美国已于2016年在全世界率先开展了有关212pb的临床试验。然而，由于供应稀缺，212pb靶向药物研发及临床应用一直受到严重限制。当前，212pb的供应主要来源于反应堆辐照产生的232u （t1/2=68.9 a），该原材料主要由美国橡树岭国家实验室提供。由于涉及到反应堆配套、核材料管制、辐射防护、极微量元素的分离甚至是同位素分离，高纯232u的获取成本和技术门槛极高，资源十分匮乏。因此，挖掘新的212pb获取途径及方法具有重大现实意义，十分必要。

2、除从232u中获取外，212pb另一条获取途径是从232th中进行分离得到。相比之下，该获取途径门槛和成本均较低，其不需要反应堆或者加速器，仅依靠232th的自发衰变就能产生212pb。从232th中分离提取212pb可分为直接和间接的方法。直接方法指的是从232th中直接选择性分离212pb供医疗使用。这种方法虽然在一定程度上可行，但同时也存在较大弊端。因为232th半衰期长达14亿年，要产生一定量的212pb需经非常长时间的衰变，且会导致装置规模过大（相当于以232th作发生器用母体核素），不利于212pb后续配送及使用。而间接方法指的是先从232th中提取228ra（t1/2=5.75 a）或224ra（t1/2=3.66 d），然后将这些具有合适半衰期的母体核素制成发生器以提取所需的212pb。这种方法有效解决了时效和装置规模问题，让医院和研究院所能够现制现用，是相对容易可行的方法。

3、我国的钍资源较为丰富，总量位于世界前列。然而，一直以来我国对钍资源缺乏有效利用，以至于在稀土选冶过程中，富含232th的矿渣被直接当作放射性废物予以放置处理。鉴于212pb是232th的衰变子体(图1)，是为数不多的可以从自然界中大规模提取的tat核素，如果将232th用作228ra和224ra的发生器并分离由其衰变产生的228ra和224ra，即可解决当前212pb原料供应不足的瓶颈问题。该举措不仅能增加对钍资源的利用，还有助于减少稀土行业放射性废物产生量。此外，分离出228ra和224ra后，贮存的232th仍然可被制成潜在的核燃料，供我国今后第四代核反应堆—钍基熔盐堆进行使用。因此，研究从232th中分离提取228ra和224ra，无论是从资源利用、环境保护还是从医疗健康的角度，对我国都具有重要战略性意义。

4、在天然钍衰变链中钍和镭的质量差至少达到了8个数量级，巨大的质量差异使得分离较为困难，比如采用阳离子交换树脂分离，其能同时吸附钍和镭，分离系数过低，为120，直接用于天然钍和228ra和224ra的分离会比较困难。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种高效分离钍和镭的方法及应用，提高钍和镭的分离效果。

2、本发明实施例提供一种高效分离钍和镭的方法，步骤为，将含有待分离原料的硝酸溶液用阴离子交换剂实现钍和镭的分离，所述待分离原料为钍和镭，所述硝酸溶液的浓度不低于3 mol/l，优选不低于5 mol/l。

3、本发明对钍和镭的浓度并没有严格限制，在任何浓度范围下都可以实现两者的分离，优选为所述含有待分离原料的硝酸溶液中，镭浓度可以不低于100 bq/l，钍的浓度可以不低于10 mg/l。

4、其中一个实施例中，所述阴离子交换剂为强碱性阴离子交换树脂。

5、其中一个实施例中，所述阴离子交换树脂为ira900树脂。

6、本发明的阴离子交换剂不局限于强碱性阴离子交换树脂，其它阴离子交换剂只要化学性质稳定也可以实现钍和镭的分离。

7、其中一个实施例中，所述硝酸溶液的浓度不低于7 mol/l。

8、其中一个实施例中，用阴离子交换剂实现钍和镭的分离的具体步骤为，所述阴离子交换剂为阴离子交换树脂，除去阴离子交换树脂柱中的气泡，通入硝酸溶液对阴离子交换树脂柱进行预处理，然后通入含有待分离原料的硝酸溶液，继续通入硝酸溶液使含有待分离原料的硝酸溶液完全流过阴离子交换树脂柱。

9、其中一个实施例中，除去阴离子交换树脂柱中的气泡的方法为，通入超纯水排去气泡，并确保液面高度始终比树脂柱高度高1~2 cm。

10、其中一个实施例中，分离完成后，通入低浓度的硝酸溶液（比如0.1mol/l），使钍从阴离子交换剂中解吸下来，所述低浓度的硝酸溶液的浓度为不大于1mol/l。

11、本发明实施例提供一种阴离子交换剂的应用，用于分离钍和镭。

12、其中一个实施例中，所述钍和镭溶解于硝酸溶液中。

13、其中一个实施例中，所述阴离子交换剂为ira900树脂。

14、本发明的有益效果是，钍和镭都是金属元素，其在酸性溶液中的离子形态通常被技术人员认为是阳离子，因此，为了分离钍和镭，一般利用阳离子交换树脂在硝酸介质中同时吸附钍和镭的特性，利用吸附能力的差异，实现钍和镭的分离。发明人发现，钍在高浓度硝酸中呈现为阴离子，但是镭为阳离子，因此，阴离子交换树脂在高浓度硝酸介质中仅对钍有吸附效果，而对镭不吸附，利用此种特性，基于阴离子交换树脂和原理，钍和镭能够实现更为简单和高效地分离，分离程度非常高。

15、本发明提供了一种简单和高效的钍和镭的相互分离方法，该方法是基于阴离子交换剂对钍的选择性吸附，而对镭基本不具备吸附效果。相较共沉淀法（向分离体系中同时加入硫酸根和钡离子，利用ba/raso4共沉淀实现钍和镭的分离），该方法不引入钡杂质，不涉及后续硫酸钡的溶解以及钡和镭的相互分离；相较使用传统阳离子交换树脂的吸附法，该方法分离更为简单和高效，不涉及钍和镭的同时吸附及分步洗脱步骤。相较使用hdehp的萃取方法，该方法不涉及有机萃取剂和稀释剂，没有大量有机废水和废物的产生，因而更为绿色和环保。此外，仅通过过柱便能实现大量钍和极微量镭的分离，在操作上也会比萃取法更为高效。

技术特征：

1. 一种高效分离钍和镭的方法，其特征是，将含有待分离原料的硝酸溶液用阴离子交换剂实现钍和镭的分离，所述待分离原料为钍和镭，所述硝酸溶液的浓度不低于3 mol/l。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述阴离子交换剂为强碱性阴离子交换树脂。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述阴离子交换树脂为ira900树脂。

4. 如权利要求1所述的方法，其特征是，所述硝酸溶液的浓度不低于7 mol/l。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，用阴离子交换剂实现钍和镭的分离的具体步骤为，所述阴离子交换剂为强碱性阴离子交换树脂，除去阴离子交换树脂柱中的气泡，通入硝酸溶液对阴离子交换树脂柱进行预处理，然后通入含有待分离原料的硝酸溶液，继续通入硝酸溶液使含有待分离原料的硝酸溶液完全流过阴离子交换树脂柱。

6. 如权利要求5所述的方法，其特征是，除去阴离子交换树脂柱中的气泡的方法为，通入超纯水排去气泡，并确保液面高度始终比树脂柱高度高1~2 cm。

7. 如权利要求1所述的方法，其特征是，分离完成后，通入低浓度的硝酸溶液，使钍从阴离子交换剂中解吸下来，所述低浓度的硝酸溶液的浓度为不大于1.0 mol/l。

8.一种阴离子交换剂的应用，其特征是，用于分离钍和镭。

9.如权利要求8所述的应用，其特征是，所述钍和镭溶解于硝酸溶液中。

10.如权利要求8所述的应用，其特征是，所述阴离子交换剂为ira900树脂。

技术总结本发明属于医用同位素制备领域，具体是涉及一种高效分离钍和镭的方法及应用，步骤为，将含有待分离原料的硝酸溶液用阴离子交换剂实现钍和镭的分离，所述待分离原料为钍和镭，所述硝酸溶液的浓度不低于3 mol/L，本发明基于阴离子交换剂对钍的选择性吸附，而对镭基本不吸附。相较共沉淀法，该方法不引入钡的杂质，不涉及后续硫酸钡的溶解以及钡和镭的相互分离；相较使用传统阳离子交换树脂的吸附法，该方法分离更为简单和高效，不涉及钍和镭的同时吸附及分步洗脱步骤；相较使用HDEHP的萃取方法，该方法不涉及有机萃取剂和稀释剂，更为绿色和环保。此外，仅通过过柱便能实现大量钍和极微量镭的分离，在操作上也会比萃取法更为高效。技术研发人员：陈立丰,韦悦周,宁顺艳,何学翔,唐景,李文龙受保护的技术使用者：南华大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9