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需求背景

10B同位素是核技术领域首选的中子吸收剂，而硼同位素分离是世界性难题，国内长期依赖进口，产品价格昂贵。高品质硼同位素是核工业、核医疗、电子工业等领域的“卡脖子”产品。我国从上世纪60年代初就开始了硼同位素分离的研究工作，但受工艺路线、设备等方面的制约，一直未能形成工业化生产。

我国第四代核电站反应堆所用的10B同位素丰度要求为60％以上，根据国家“十四五”规划和2035 年远景目标纲要，到2025年我国核电运行装机容量将达到7000万千瓦，富集10B需求达到百吨级。癌症治疗领域使用的10B同位素丰度要求为90％-95％。因此，如何将10B同位素的丰度从不足20％富集到60％及以上是我国关于硼同位素分离研究的核心问题。目前仅有美、法、俄等国能够生产高丰度10B同位素，国内尚未实现大规模工业化生产，我国使用的高丰度10B同位素主要依赖进口，高丰度10B同位素的工业化生产是我国高新技术领域的卡脖子问题。随着现代科技的进步和核电技术的发展，全球范围内对高丰度10B同位素的需求量越来越大，因此，开展高丰度10B同位素分离富集技术开发具有极高的经济价值和社会价值。

硼同位素分离的方法主要是利用10B和11B两种同位素的光谱位移效应、三氟化硼的液膜穿透性挥发性、以及其与某些有机化合物络合能力的差异来实现分离。目前关于分离富集10B同位素的方法主要有5种：三氟化硼化学交换精馏法、三氟化硼低温蒸馏法、离子交换树脂法、激光光谱法和电磁法，其中化学交换精馏法和离子交换色谱法是国内外学者研究较多的方法，但迄今为止，真正实现工业化生产的只有化学交换精馏法。

化学交换精馏法中发展较成熟的工艺主要是基于气态BF₃与BF₃—甲醚、乙醚、苯甲醚等络合物发生同位素交换，除低温蒸馏外单次交换分离系数可达1.01以上，分离系数越大的络合剂分离效果更好。因而，目前化学交换精馏法的研究重点主要是在探索高分离系数的络合剂。该方法是气液两相交换的过程，优点在于不需要使用试剂进行回流而易于实现工业化。但这些过程均使用BF₃作为同位素交换的主要介质，BF3易与空气中水蒸气反应形成剧毒氟化物，需要较高的防护成本，同时会造成设备投资大、能量消耗大、污染严重、工艺成本高，因此国内至今未能实现规模化工业生产。

溶剂萃取法作为化学交换法的一种，具有体系易设计、选择性强、传质快、便于连续操作、毒性与安全问题易控制，且适于不同规模应用等优点，目前已经成功应用于铀、锂同位素的分离，并且从含硼卤水中萃取分离硼酸实现了工业化生产。但是，采用萃取法分离硼同位素的研究在国内鲜见报道，国外仅有俄罗斯研究人员对此曾有相关报道，实现中试规模的研究尚未见报道。

中子吸收剂高丰度硼十同位素一直是我国卡脖子材料，我们希望自主开发生产属于我国自己的硼十酸。

需解决的主要技术难题

1.精馏塔设计开发研究实现全自动化操作;2.利用三氟化硼络合物实现硼十同位素精馏分离及自动化控制技术。3.考察不同类型萃取剂硼同位素分离效应，揭示萃取剂结构与同位素分离效应之间的构效关系，构建高效萃取体系； 4.进行萃取分离硼同位素工艺优化，通过工艺条件优化来提高单级分离系数；5.进行多级逆流萃取富集10B同位素实验研究，系统考察富集交换段10B和11B分布迁移规律及富集效应。进行多级串级富集交换段萃取模拟小试实验，突破多级逆流连续分离富集10B同位素中试规模关键技术，实现高丰度10B的富集。

期望实现的主要技术目标

预期目标及相应技术指标：1.构建高效分离硼同位素萃取体系，探明萃取剂结构与其分离性能之间的构效关系，使10B/11B单级分离因子达到1.01-1.1；2.设计优化10B同位素分离富集的工艺流程，建成连续放大萃取分离10B /11B中试装置；3.实现高丰度10B的富集，并且稳定高效生产获得10B丰度≥90%的硼酸产品。

需求解析

解析单位：青海省西宁市 解析时间：2022-12-06

杨全芬

西宁市科技创新促进中心

副研究员

综合评价

此需求描述清晰， 本研究拟利用三氟化硼一苯甲醚络合物化学交换法分离硼同位素．并优化分析分离条件。 三氟化翻一苯甲醚络合物化学交换法分离，借助 BF 络合物分离硼10和硼11。通过技术研究可生产出丰度为96%以上的硼10产品和丰度为99％以上的硼11产品。

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