3吨高丰度硼10同位素可行性分析报告.docx
- 文档编号:10846136
- 上传时间:2023-02-23
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:54.54KB
3吨高丰度硼10同位素可行性分析报告.docx
《3吨高丰度硼10同位素可行性分析报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《3吨高丰度硼10同位素可行性分析报告.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
3吨高丰度硼10同位素可行性分析报告
耐磨材料“3吨高丰度硼10同位素”
可
行
研
究
报
告
二〇一二年五月
1.
引言
1.1项目背景
本项目来源于国家战略先导专项,中国科学院重点部署项目【项目编号:
KGZD-EW-604-3】.“十三五”期间,在国家科技部及中国科学院的立项支持下,该项目前期已先后完成核心技术及装备研发,小试,中试等工作,所得到的硼10酸样品经中国原子能科学研究院检测中心检测,富集丰度达到了96.5%,技术和质量水平不仅国内领先,而且达到了世界先进水平。
本项目拟在前期工作的基础上,重点研发连续离子交换色谱新技术分离富集高丰度硼10同位素的放大实施相关关键技术及配套核心装备,突破SMB移动床柱色谱连续分离10B和11B同位素放大生产关键技术,掌握全套工艺及相关配套核心装置的放大集成技术,建成国内首条高丰度硼10同位素产业化示范生产线,实现纯度大于85%的高丰度硼10同位素产品的规模化生产。
天然硼元素有两种稳定同位素,即10B和11B,丰度分别为19.3%和80.7%。
10B具有对中子高吸收的独特特性,10B对热中子的吸收截面为3837巴,自然风度的硼对热中子的吸收截面接近于750巴,而11B仅为0.005巴,因此10B对热中子的吸收截面是自然风度硼的5倍还多,是石墨的20多倍,是传统防护材料混凝土的500多倍。
正是由于10B同位素的这种特性,用科技服务社会,促进科技成果转移转化的职责义不容辞。
1.2术语定义
1.同位素概况
1.1稳定同位素
在元素周期表中,原子序数相同,原子质量不同,化学性质基本相同,半衰期大于1015年的元素的同位素,称为稳定同位素。
1913年J.J.汤姆孙和F.W.阿斯顿用磁分析器发现天然氖是由质量数为20和22的两种同位素所组成,第一次发现了稳定同位素。
1919年阿斯顿制成质谱仪,并在71种元素中发现了202种核素,绝大多数是稳定的;后来利用光谱等方法发现了氧、氮等元素的稳定同位素。
地球上已发现的稳定同位素共274种,原子序数在84以上的元素的同位素都是放射性同位素。
常用的有34种,已实现规模生产的稳定同位素及化合物有235U、重水、6Li、10B。
它们是重要的核工业材料或作示踪原子。
元素的同位素组成常用同位素丰度表示,同位素丰度是指一种元素的同位素混合物中,某特定同位素的原子数与该元素的总原子数之比。
1.2同位素分析方法
同位素分析通常是指样品中被研究元素的同位素比例的测定。
它是同位素分离、同位素应用和研究中不可缺少的组成部分。
质谱法 它是稳定同位素分析中最通用、最精确的方法。
它是先使样品中的分子或原子电离,形成各同位素的相似离子,然后在电场、磁场的作用下,使不同质量与电荷之比的离子流分开进行检测。
若用照相底板摄像检测,则称质谱仪。
将离子流收集在法拉第杯电极上,并用静电计测量电流,以能使仪器自动连续地接收不同荷质比的离子,这样的仪器称为质谱计。
这两种仪器不仅能用于气体,也可用于固体的研究。
质谱计能用于几乎所有元素的稳定同位素分析。
核磁共振法 它是稳定同位素分析的另一重要方法。
由于构成有机体主要元素的稳定同位素氘、碳13、氮15、氧17和硫33等的核自旋量子数均不为零,在外磁场的作用下,这些原子核都会象陀螺一样进动,若此时在磁场垂直方向加上一个射频电场,当其频率与这些原子核进动频率相同时,即出现共振吸收现象,核自旋取向改变,产生从低能级到高能级的跃迁;当再回到低能级时就放出一定的能量,使核磁共振能谱上出现峰值,此峰的位置是表征原子核种类的。
磁场强度恒定时,根椐共振时的射频电场频率,可以检出有机体样品中不同基团上的同位素,根据峰高,还可测定含量,但由于其测定灵敏度较低,一般不作定量分析用。
光谱法 利用红外振动光谱中同位素取代引起的谱线位移,可测定氢化合物中的氘含量。
原子吸收、发射光谱等可用于氮等同位素分析,甚至可作铀235浓度的中等精度测定。
气相色谱法 可用于氢、氮、氧等的同位素分析,是一种简单、易行的分析方法。
密度法 一般用于水中氘的同位素分析,其中有比重瓶法、落滴法、浮沉子法等。
1.3硼同位素
天然硼元素有两种稳定同位素,即10B和11B,丰度分别为19.78%和80.22%。
10B具有对中子高吸收的独特特性,10B 对热中子的吸收截面为3837巴,自然丰度的硼对热中子的吸收截面接近于750巴,而11B仅为0.005巴,因此10B对热中子的吸收截面是自然丰度硼的5倍还多。
正是由于10B同位素的这种特性,使得10B同位素的相关产品广泛应用到军用防护、核武器及核工业等军事领域。
2.硼同素分离发展
二战以来,由于原子能工业的发展,反应堆和原子弹需要10B作控制元件以控制中子注量率,因此迫切需要大量的10B,这使得10B的分离得到了较快发展,1944年,出现年产300kg10B的工业生产装置。
据文献报道,富集10B的方法有很多,从分离提纯技术上看,主要分为以下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、激光分离法、电磁法。
上述这些方法中三氟化硼低温蒸馏法和三氟化硼化学交换精馏法外,其他几种方法均未能实现工业规模生产。
三氟化硼低温蒸馏法前苏联曾使用过,因能耗大,成本高,现已淘汰。
目前10B的分离以三氟化硼化学交换精馏法为主,其他方法还处于研究探索阶段。
2.1化学交换精馏法的发展
化学交换精馏法分离硼同位素的原理:
同位素分子具有不同的零级能量,零级能量是热力学函数的一个重要参数,热力学函数决定物质的许多物理化学性质,零级能量的变化
[boron-10]硼的一种非放射性的同位素,质量数为10,是慢中子的良好吸收剂,吸收中子时同时发射高能α粒子,可用作盖革计数管的中子辐射的屏蔽硼-10同位素,化学式10B,在核反应堆里用做防护屏,控制棒,也用于治疗癌症。
1.2附件资料
文档名称
签约日期
签约单位
技术开发合作合同
2018年4月
中国科学院青岛生物能源与
过程研究所
环评合同
2018年4月
南京博凡环保科技有限公司
产品购销合同
2018年4月
安徽芜湖核电有限公司
2.市场可行性
2.1市场前景
同位素硼-10(B-10)是一种屏蔽中子和r射线的最好材料,他能有效地捕获中子和r射线,在产品中起到保护人们免受辐射的作用。
因此被广泛地应用在核工业领域以及其他一些特殊行业。
现在国际上美国生产量最多,近几年年产量在3-5吨之间,该产品品牌市场基本被美国所垄断,目前市场上的同位素硼—10行业品牌主要是美国品牌。
2.2产品定位
自然界中硼的天然同位素混合物有二种—硼10和硼11,硼10俘获热中子的能力大约是硼11的8万倍,所以富集的硼10同位素是良好的中子吸收剂,基于此,它在核能、国防工业、医学及科学技术领域具有广泛的用途。
1、核工业方面的应用
硼10同位素产品在核工业领域主要用于反应堆的中子吸收剂或屏蔽材料。
2、军事工业方面的应用
在核动力驱动的舰船上的反应堆中使用硼10可以大大减轻舰船的负载,提高作战能力,如核潜艇以及核动力航空母舰。
把硼10同位素通过冶炼技术融入金属材料里,可以制成硼10同位素的合金钢,而且重量轻。
在保证核燃料为军事装备长期提供动力的同时确保人身安全,提高作战性能。
同时,硼10同位素还可用于服装、玻璃等其他领域的防辐射作用。
3、核医学方面的应用
先将一种含硼(10B)化合物注射到人体,通过血液循环进入,因为选定的含硼化合物与脑瘤具有亲和特性,它只富集在肿瘤中。
由于血脑屏障效应,10B极少甚至不能进入正常的脑组织内。
当用中子束照射患者肿瘤时,10B(n、α)7Li反应生成高传能线密度的α粒子和7Li核,它们能杀死≤10μ范围的肿瘤细胞。
在原理上是任何常规治疗方法无与伦比的。
它能在细胞尺度内(微米级),实现强靶向性、高传能线密度放射疗法,是当前治疗脑胶质瘤的唯一有效方法,90年代以来成为国际核医学界争相研究的热点。
“中子俘获疗法”(NCT)是近代癌症治疗研究的新领域,前景广阔。
。
3.2技术分析
见下表:
4.资源可行性
4.1人力资源
黄焜男博导中国科学院过程工程研究所
研究领域分离科学与工程
冶金分离过程溶液化学与界面化学、纳微结构与界面分子自组装化学、分子光谱与
软凝聚态微观结构化学、稀土与贵金属湿法冶金物理化学、绿色化工分离过程界面
强化新方法新技术和装备研制
教育背景
2006-10--2009-08北京大学博士后
1999-09--2004-12昆明理工大学工学博士学位
1996-09--1999-08昆明贵金属研究所工学硕士学位
1991-09--1995-06中南大学工学学士学位
工作简历
2012-09~现在,中国科学院过程工程研究所,研究员
2009-09~2012-09,中国科学院过程工程研究所,副研究员
2005-01~2006-09,昆明贵金属研究所,主任研究员/高级工程师
1995-07~1996-08,昆明贵金属研究所,助理研究员。
5.经济可行性
5.1投资规划
5.1.1基础投资
●房屋和办公设施;公司已有(固定投资1.1亿左右)
5.1.2直接投资
系统
预算:
万元
制水系统
600
配料系统
800
分离系统
5500
浓缩结晶系统
500
干燥系统
200
除杂系统
800
除盐系统
400
吸收系统
200
输送系统
500
中控系统
2000
通风系统
500
硼酸丰度测定实验室
500
合计
12500
原辅料名称
预算:
万元
离子交换树脂
2500
硼酸
500
氢氧化钠
150
盐酸(37%)
50
纯水(自制)
300
合计
3500
共计投资:
3亿元(含每年技术团队服务费用及厂房固定投资等)
5.2收益分析
实施项目,建成年产3吨级硼10同位素,硼10丰度达到80%以上价格在500/克,当硼10丰度达到95%以上,价格是1800-2000/克.按照最低丰度40%以上所以年产4吨,年产价值在14亿,利润是总投资的3.6倍,若将丰度达到95%以上,则效益更可观。
所以该项目的实施会取得很好的经济效益和社会效益。
5.3投资收益率
360%
5.4投资回收期
约两年半年左右即可收回成本。
6.社会可行性
为了实现党的号召,“十三五”国家战略性新兴产业发展规划,新兴产业代表新一轮科技革命的方向,是培育新能源新材料,获取未来竞争新优势的关键领域。
“十三五”时期,要把战略性新兴产业摆在经济社会发展更加突出的位置,大力构建现代产业新体系,推动经济社会持续健康发展。
以全球视野前瞻布局前沿技术研发,不断提高科学技术,在核技术核心领域取得更大突破,高度关注颠覆性技术和商业模式创新,在若干战略必争领域形成独特优势,掌握未来产业发展主动权,为经济社会持续发展拓展战略空间.
在现代医疗方面,硼10同位素用于癌症的治疗。
将含有硼10同位素的药物注射到患者病灶处,然后用中子束照射硼10后,产生a射线和7Li,这种a射线可以有效的杀死癌细胞,对人体的正常组织伤害非常小。
10B作为治疗癌症的重要中间体原料,用于治疗神经胶质瘤和黑色素瘤已经取得临床突破。
在核电领域方面,硼10同位素可用做核裂变键式反应的有效控制材料,制成反应堆控制棒,可用于控制中子注量率和核反应堆的反应速度,使核反应堆稳定,安全运行。
硼10同位素对强辐射高周期元素形成的伽马射线具有良好的阻挡作用,可用作核反应堆的防护材料,起到屏蔽核辐射的作用,基于反应10B+n→[11B]→7Li→+4He,10B可制成中子计数器。
6.1法律可行性
该产品没有侵权或者抄袭等违法情况,已经被中国科学院青岛生物能源与过程研究所申请过专利,故可行。
6.2政策可行性
无国家政策限制,也无地方政府(或其它机构)的限制。
6.3使用可行性
本项目来源于国家战略先导专项,中国科学院重点部署项目【项目编号:
KGZD-EW-604-3】.“十三五”期间,在国家科技部及中国科学院的立项支持下,该项目前期已先后完成核心技术及装备研发,小试,中试等工作,所得到的硼10酸样品经中国原子能科学研究院检测中心检测,富集丰度达到了96.5%,技术和质量水平不仅国内领先,而且达到了世界先进水平。
本项目拟在前期工作的基础上,重点研发连续离子交换色谱新技术分离富集高丰度硼10同位素的放大实施相关关键技术及配套核心装备,突破SMB移动床柱色谱连续分离10B和11B同位素放大生产关键技术,掌握全套工艺及相关配套核心装置的放大集成技术,建成国内首条高丰度硼10同位素产业化示范生产线,实现纯度大于85%的高丰度硼10同位素产品的规模化生产。
天然硼元素有两种稳定同位素,即10B和11B,丰度分别为19.3%和80.7%。
10B具有对中子高吸收的独特特性,10B对热中子的吸收截面为3837巴,自然风度的硼对热中子的吸收截面接近于750巴,而11B仅为0.005巴,因此10B对热中子的吸收截面是自然风度硼的5倍还多,是石墨的20多倍,是传统防护材料混凝土的500多倍。
正是由于10B同位素的这种特性,用科技服务社会,促进科技成果转移转化的职责义不容辞。
7.评价过程
7.1评价标准
根据该项目产品前期投入的人力、资源、时间与资金,跟预计带来收入和收回成本时间做衡量与比较,可以大约计算出该项目产品的可行性分数,标准如下:
0-6分,可行性为低
6-8分,可行性为中
8-10分,可行性为高
7.2评价结果
可选择对各项指标采用10分制进行定量加强平均。
如下表形式:
名称
权重
得分
评价
备注
市场可行性
20%
8
中
技术可行性
20%
8
中
资源可行性
10%
7
中
经济可行性
30%
8.5
高
社会可行性
20%
9
高
整体可行性
100.00%
8
高
8.结论
根据该项目产品前期投入的人力、资源、时间与资金,跟预计带来收入和收回成本时间做衡量与比较,可以大约计算出该项目产品的可行性分数约为8.5分。
所以,在各方面衡量之后得出结论是:
可以立项。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 吨高丰度硼 10 同位素 可行性 分析 报告