本发明属于医用放射性核素的生产技术，具体涉及一种用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺。该工艺用三氧化二铝提取柱或水合氧化锆提取柱从反应堆运行后的大体积燃料溶液中吸附碘-131，然后依次用稀HNO3、H2O、NH3·H2O清洗提取柱，再用NH3·H2O或NaOH溶液解吸提取柱上的碘-131，最后对解吸后的碘-131进行分离纯化。本发明所获得131I的产额大于50％，其纯度满足医用Na131I溶液的要求。
1.一种用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其特征在于：该工艺用三氧化二铝提取柱或水合氧化锆提取柱从反应堆运行后的大体积燃料溶液中吸附碘-131，然后依次用稀HNO3、H2O、NH3·H2O清洗提取柱，再用NH3·H2O或NaOH溶液解吸提取柱上的碘-131，最后对解吸后的碘-131进行分离纯化。
2.如权利要求1所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其特征在于：三氧化二铝提取柱或水合氧化锆提取柱的体积为提取料液的1/100～1/50，提取柱的高度与直径比值为2～6；提取柱在使用前经3.5～7倍柱体积的0.1～0.3mol/L硝酸溶液预饱和；吸附时溶液的流速为0.5～2.0ml/ml/min。
3.如权利要求1或2所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其特征在于：清洗提取柱的清洗液为3.5～7倍柱体积的浓度为0.1～0.3mol/L硝酸、
3.5～7倍柱体积的水、3.5～7倍柱体积的浓度为0.01mol/L的NH3·H2O；三种清洗液的流速均为0.5-2.0mL/mL/min。
4.如权利要求1或2所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其特征在于：解吸提取柱上的碘-131时，用2.5～7倍柱体积的浓度为1～2mol/L NH3·H2O，解吸流速为0.5～2.0mL/mL/min；或者用2.5～7倍柱体积的浓度为0.2～
1.0mol/LNaOH溶液，解吸流速为0.5～2.0mL/mL/min。
5.如权利要求1或2所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其特征在于：对解吸后的碘-131进行分离纯化包括如下步骤： (1)将提取柱的解吸液用浓硝酸调节至硝酸浓度为0.1～0.3mol/L酸性介质，再通过体积较提取柱小的三氧化二铝或水合氧化锆纯化柱；纯化柱的体积为被纯化料液的
1/50～1/20，纯化柱的高度与直径比为2～6，经3.5～7倍柱体积0.1～0.3mol/L HNO3溶液预饱和后再进行吸附，吸附碘-131的流速为0.5～2.0mL/mL/min；
(2)对吸附碘-131后的纯化柱依次用3.5～7倍柱体积的浓度为0.1～0.3mol/L的HNO3溶液，3.5～7倍柱体积的H2O，2.5～7倍柱体积的浓度为0.01mol/L NH3·H2O溶液清洗，三种清洗液的流速均为0.5-2.0mL/mL/min；
(3)用2.5～7倍柱体积浓度为1～2mol/L NH3·H2O从三氧化二铝纯化柱解吸碘-131，或用2.5～7倍柱体积的浓度为0.2～1.0mol/L NaOH从水合氧化锆纯化柱解吸碘-131，解吸流速均为0.5-2.0mL/mL/min。
6.如权利要求5所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其
特征在于：当从纯化柱解吸的Na I溶液或NH4 I溶液中含有 MoO4 负离子杂质时，用HCl
调节纯化柱的解吸液至酸性，再用Na2SO3或Na2S2O4将 IO3 还原为 I，再通过第二根三氧化二铝或水合氧化锆纯化柱，然后用3.5～7倍柱体积的浓度为0.1～0.3mol/L HNO3溶液，3.5～7倍柱体积的H2O，3.5～7倍柱体积浓度为0.01mol/LNaOH溶液依次清洗，最后
用2.5～7倍柱体积的浓度为0.2～1.0mol/LNaOH溶液解吸I-131可得Na I溶液产品，解吸流速均为0.5-2.0mL/mL/min。
7.如权利要求5所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其
特征在于：当从纯化柱解吸的碘-131溶液中含有 MoO4 负离子杂质时，用常规蒸馏法纯化
用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺
技术领域
[0001] 本发明属于医用放射性核素的生产技术，具体涉及一种用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺。
背景技术
[0002] 碘-131是重要的医用放射性核素，是核医学治疗用的最早、最多的同位素，碘-131治疗甲亢和甲癌是世界公认的特效方法，另外近年来逐渐发展的碘-131标记的单克隆抗体用于肿瘤的治疗，又进一步推进了碘-131的应用，因此市场对碘-131的需求量也逐渐增加。
[0003] 通常碘-131利用中子活化法 或235U裂变靶件法(235U(n，f)131I)生产，但规模小，产生放射性废物多，生产成本高。利用以UO2(NO3)2溶液为核燃料的均匀性核反应堆生产碘-131，可实现规模化生产，如该反应堆以200kW功率运行
24小时，可生成131I约15TBg(400Ci)。利用此法生产131I产生废物少，成本低，具有推广意义。过去生产医用131I产品都利用蒸馏法，而均匀性水溶液核反应堆的燃料溶液体积大(约
100L)，蒸馏法是无法实现的。因此，需要研发一种适用于从水溶液核反应堆大体积燃料溶液中提取微量(几毫克)的放射性碘(131I和131I)的工艺，并进行纯化，让 133I衰变到允许水平，使之用于核医学诊断和治疗。
[0004] 以UO2(NO3)2溶液为核燃料的均匀性水溶液核反应堆的燃料溶液的U浓度约为50mg/mL，HNO3浓度为0.1-0.3mol/L。反应堆运行时产生大量裂变产物，裂变产物碘在酸性溶液中的价态比较复杂，主要有I-、I2、IO3-等价态。I-被H2O辐射分解产生H2O2氧化为I2，从燃料溶液中挥发的I2在进入气回路中又会与燃料溶液中的水或与 气回路中喷淋下来的水反应生成I-和IO-、IO-再被氧化生成IO3-(或IO4-)。因为燃料溶液中的碘主要以IO3-形式存在，所以从燃料溶液中提取131I主要针对IO3-进行。对于从均匀性水溶液核反应堆燃料溶液中提取碘，选择合适的碘交换剂是关键。要求交换剂能对碘吸附但是对铀不能吸附，还必须耐辐照而且性能稳定，能够重复多次使用，并且不会给燃料溶液引入新的杂质。 发明内容
[0005] 本发明的目的在于针对均匀性水溶液核反应堆燃料溶液体积大的特点，提供一种纯化效果好、回收率高的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺。 [0006] 本发明的技术方案如下：一种用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，该工艺用三氧化二铝提取柱或水合氧化锆提取柱从反应堆运行后的大体积燃料溶液中吸附碘-131，然后依次用稀HNO3、H2O、NH3·H2O清洗提取柱，再用NH3·H2O或NaOH溶液解吸提取柱上的碘-131，最后对解吸后的碘-131进行分离纯化。
[0007] 如上所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其中，三氧化二铝提取柱或水合氧化锆提取柱的体积为提取料液的1/100～1/50，提取柱的高度与直径比值为2～6；提取柱在使用前经3.5～7倍柱体积的0.1～0.3mol/L硝酸溶液预饱和；吸附时溶液的流速为0.5～2.0ml/ml/min。
[0008] 如上所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其中，清洗提取柱的清洗液为3.5～7倍柱体积的浓度为0.1～0.3mol/L硝酸、3.5～7倍柱体积的水、3.5～7倍柱体积的浓度为0.01mol/L的NH3·H2O；三种清洗液的流速均为0.5-2.0mL/mL/min。
[0009] 如上所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其中，解吸提取柱上的碘-131时，用2.5～7倍柱体积的浓度为1～2mol/L NH3·H2O，解吸流速为0.5～2.0mL/mL/min；或者用2.5～7倍柱体积的浓度为0.2～1.0mol/LNaOH溶液，解吸流速为0.5～2.0mL/mL/min。
[0010] 如上所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其中，对解吸后的碘-131进行分离纯化包括如下步骤：
[0011] (1)将提取柱的解吸液用浓硝酸调节至硝酸浓度为0.1～0.3mol/L酸性介质，再通过体积较提取柱小的三氧化二铝或水合氧化锆纯化柱；纯化柱的体积为被纯化料液的1/50～1/20，纯化柱的高度与直径比为2～6，经3.5～7倍柱体积0.1～0.3mol/L HNO3溶液预饱和后再进行吸附，吸附碘-131的流速为0.5～2.0mL/mL/min；
[0012] (2)对吸附碘-131后的纯化柱依次用3.5～7倍柱体积的浓度为0.1～0.3mol/L的HNO3溶液，3.5～7倍柱体积的H2O，2.5～7倍柱体积的浓度为0.01mol/L NH3·H2O溶液清洗，三种清洗液的流速均为0.5-2.0mL/mL/min；
[0013] (3)用2.5～7倍柱体积浓度为1～2mol/L NH3·H2O从三氧化二铝纯化柱解吸碘-131，或用2.5～7倍柱体积的浓度为0.2～1.0mol/L NaOH从水合氧化锆纯化柱解吸碘-131，解吸流速均为0.5-2.0mL/mL/min。
[0014] 如上所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其中，当从131 131 99 -
纯化柱解吸的Na I溶液或NH4 I溶液中含有 MoO4 负离子杂质时，用HCl调节纯化柱的
131 - 131 -
解吸液至酸性，再用Na2SO3或Na2S2O4将 IO3 还原为 I，再通过第二根三氧化二铝或水合氧化锆纯化柱，然后用3.5～7倍柱体积的浓度为0.1～0.3mol/LHNO3溶液，3.5～7倍柱体积的H2O，3.5～7倍柱体积浓度为0.01mol/LNaOH溶液依次清洗，最后用2.5～7倍柱
131
体积的浓度为0.2～1.0mol/LNaOH溶液解吸I-131可得Na I溶液产品，解吸流速均 为
0.5-2.0mL/mL/min。
[0015] 如上所述的用均匀性水溶液核反应堆生产碘-131的提取与纯化工艺，其中，当从99 -
纯化柱解吸的碘-131溶液中含有 MoO4 负离子杂质时，用常规蒸馏法纯化I-131，最后得
131
Na I溶液产品。
[0016] 本发明所述工艺适用于从以UO2(NO3)2溶液为核燃料的均匀性水溶液核反应堆的燃料溶液中提取纯化I-131，可获得医用I-131产品，同时也能用于提取纯化Mo-99，获得医131 131
用Mo-99产品。该工艺所获得 I的产额大于50％，其纯度满足医用Na I溶液的要求。 [0017] 附图说明
[0018] 图1为三根Al2O3柱同时提取纯化钼和碘流程图。
[0019] 图2为125I示踪模拟柱III的吸附流程图。
[0020] 图3为均匀性水溶液核反应堆台架模拟试验Mo和I提取及纯化流程图。 [0021] 图4为提取纯化碘-131模拟试验台架系统原理图。
[0022] 图4中，1.计量泵 2.提取柱 3.料液输送泵 4.反应堆燃料容器5.纯化柱131 99
6.分离柱 7.淋洗液收集容器 8.淋洗液收集容器 9. I产品收集容器 10. Mo产品收集容器 11.燃料溶液暂存罐
[0023] 具体实施方式
[0024] 下面结合实验室研究和台架模拟试验对本发明进行详细的描述。 [0025] 液相131I提取实验首先进行交换剂的选择研究，即研究硝酸体系中交换剂对碘的吸附性能并选择解吸条件，然后研究硝酸铀酰
体系中( Cu＝50mg/mL)交换剂对碘的提取性能，实验中的碘使
用非放射性的NaI和NaIO3，实验中吸附液中碘的浓度(CI＝1ug/mL)与均匀性水溶液核反应堆运行中产生的碘量大致相同，实验中的硝酸铀酰溶液使用天然铀制备，通过实验室的研究选择合适液相碘提取用的交换剂并且初步确定提取的工艺，最后通过1∶1台架实验对液相碘的提取工艺进行验证。
[0026] 在实验室研究选用了水合氧化锆(HZO)，酸性三氧化铝(Al2O3)，铂炭(Pt-C)和活-性炭等进行了IO3 的吸附和解吸试验。提取柱采用Φ8mm玻璃柱，提取柱的高度与直径之比为2-6，提取柱使用前需经3.5-7倍柱体积0.1-0.5mol/L HNO3溶液预饱和。试验溶液的HNO3浓度为0.1-0.5mol/L，以NaIO3形式存在的碘浓度为1ug/mL，吸附溶液体积为提取柱的50-100倍，溶液上柱吸附流速为0.5-2.0mL/mL/min，吸附完成后分别用3.5-7倍柱体积浓度为0.1-0.3mol/L HNO3，3.5-7倍柱体积H2O，3.5-7倍柱体积浓度为0.01mol/L NH3·H2O清洗，三种清洗液的流速均为0.5-2.0mL/mL/min。清洗完后用2.5-7倍柱体积浓度为0.1-2.0mol/L NH3·H2O，或2.5-7倍柱体积浓度为0.1-1.0mol/LNaOH溶液解吸提取柱上的碘，解吸流速为0.5-2.0mL/mL/min。实验研究结果表明，提取柱体积为提取料液体积的1/50-1/100较好，提取柱的高度与直径的比例3-5最好，试验溶液的HNO3浓度为
0.1-0.3mol/L最好，Al2O3提取柱用1-2mol/L NH3·H2O解吸最好，HZO提取柱用0.2-1.0mol/L NaOH溶液解吸最好。利用Φ8mm提取柱，提取剂为1.2mL，对100mL含NaIO3溶液(碘浓度为1ug/mL)进行吸附和解吸试验，结果见表1。
[0027] 表1 不同交换剂对离子吸附和解吸试验结果
[0028]-
[0029] 表1数据表明，Pt-C和活性炭不能用于提取以IO3 离子形式存在的碘，HZO和Al2O3-两种提取剂可用于提取以IO3 离子形式存在的碘。进一步研究表明提取剂HZO和Al2O3对Mo也吸附，而且Al2O3 对Mo和I的吸附和解吸性能相当，HZO对Mo和I的吸附性能相当，但对Mo的解吸性能较差。结果见表2。
[0030] 表2 HZO和Al2O3分别对钼和碘吸附和解吸试验结果
[0031]
[0032] 从表2数据可知，Al2O3可用于同时提取Mo和I，HZO可用于单独提取I。因HZO对Mo吸附后解吸率偏低，不适用于提取Mo。
[0033] 用Al2O3柱作试验时，用不同浓度的NH3·H2O和NaOH溶液解吸钼和碘的结果见表3和表4。
[0034] 表3 NH3·H2O浓度对钼碘解吸率的影响(Al2O3柱)
[0035]
[0036] 表4 NaOH浓度对钼碘解吸率的影响(HZO柱)
[0037]
[0038] 从表4和表5数据可知，用0.5-2.0mol NH3.H2O解吸Al2O3柱上的钼和碘较好。用0.2-0.5mol/LNaOH解吸HZO柱上的钼和碘较好。
[0039] 用HZO或Al2O3交换柱从以UO2(NO3)2溶液为核燃料的均匀性水溶液核反应堆燃料-溶液提取碘都必须分离去掉Mo，由于HZO或Al2O3都能定量吸附IO3 形式的碘，而不能吸附-
I 形式的碘，因此可将从反应堆燃料溶液中提取的碘和钼的混合物溶液酸化(如用HCl)，- -
然后用适量的还原剂(如Na2SO3或者Na2S2O4)，将IO3 还原为I，再经过高度与直径比为-
2-6(最好为3-5)的HZO纯化柱或Al2O3 纯化柱吸附MoO4，流出物为NaI溶液，此溶液为
131
Na I产品，如果流出液纯度不够，还可经进一步纯化(另一根纯化柱或常规蒸馏法) 得最-
终产品。吸附MoO4的纯化柱经清洗后(工艺参数同提取柱)，再解吸MoO4(工艺参数同提取柱解吸工艺参数)。用Al2O3提取柱和纯化柱同时提取纯化碘和钼的具体提取分离流程和相关参数见图1。
[0040] 利用图1流程工艺用Al2O3柱进行同时提取纯化碘和钼的实验结果见表5，碘的回收率可达76.2％，钼的回收率可达57.9％。
[0041] 表5 三根Al2O3柱同时提取纯化钼和碘实验结果
[0042]
[0043] 利用125I做示踪剂模拟柱III碘和钼的分离，流程图见图2，经分离后的125I的沾污结果见表6，结果表明Mo产品经过进一步蒸发灼烧，Mo产品可达药典要求。 [0044] 表6柱III钼产品中125I的沾污实验结果
[0045]
[0046] [0044] 根据实验室研究结果，配制了以UO2(NO3)2溶液为核燃料的均匀性水溶液核反应堆燃料溶液，按1∶1规模进行台架模拟试验，提取及纯化流程图见图3。提取及分离模拟试验台架系统示意图见图4。燃料溶液为UO2(NO3)2-HNO3溶液，其中铀浓度为42.5mg/ML。HNO3浓度为0.2mol/L，配制的裂变产物元素的量见表7。
[0047] 表7台架模拟试验中元素的加入量
[0048]
[0049] 台架模拟试验Mo和I的回收率见表8，Mo的平均回收率为60.4％，I的平均回收率为50.6％。
[0050] 表8台架试验Mo和I的回收率
[0051]
[0052] 台架模拟试验U的损失＜0.1％。此提取和纯化工艺对所加入的 裂变产物元素去污很好，最后的碘和钼产品中未能检测到所加入的裂变产物元素。因此本发明的提取纯化碘的工艺可用于从以UO2(NO3)2 溶液为核燃料的均匀性水溶液核反应堆的燃料溶液中提取纯化I-131，可获得医用I-131产品，同时也能用于提取纯化Mo-99，获得医用Mo-99产品。
