離子交換法分離鈾中微量釷

❶ 美國第一顆原子彈的鈾-235，用了什麼辦法來分離

鈾是原子核中有92個質子的放射性元素，在元素周期表中排在第92位。地球上目前最多的是鈾-238 (U)，占總量的99.274%，密度為19.1g/立方厘米，與黃金相當(19.32g/cm)。與鈾-238相比，鈾的另一個同位素鈾-235 (U)的原子核中有3個中子，因此密度低1.26%，這使得兩者的理化性質幾乎相同，因此難以分離。

鈾-235是自然界迄今為止唯一可分裂的同位素，是製造核武器的主要原料之一。天然礦石中鈾-235的含量很低，約佔0.7%，與鈾-238混合難以分離，要獲得一公斤武器級鈾-235，需要提煉200噸左右的鈾礦石。國際通用的鈾濃縮方法有離心法、氣體擴散法和激光法，氣體離心機是提煉濃縮鈾常用的氣體離心法的核心設備。通過每分鍾2萬轉以上的高速離心機，其他同位素可以從天然鈾礦石中分離出來，其餘鈾-235的濃度可以達到95%以上，是一個巨大的系統。當時，美國為了開發原子彈，用數千噸導電性能最好的銀作為磁鐵的線圈，最終製造了世界上第一顆原子彈。

❷ 提取濃縮鈾為何需要幾千台離心機,感覺這樣的方法

提純濃縮鈾－235含量的技術比較復雜, 現時用來提純鈾－235的主要方法有氣體擴散法離子交換法、氣體離心法、蒸餾法、電解法、電磁法、電流法等，其中以氣體擴散法最成熟，製造第一顆原子彈用的鈾核材料就是用這種方法製造出來的。六氟化鈾氣體被壓縮通過一系列高速旋轉的圓筒，或離心機。鈾-238同位素重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出，並輸送到另一台離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數新濃縮廠所採用。比如鈾濃縮關鍵設備p-2離心機。 鈾有兩種同位素：U238和U235 其中U238占絕大多數，但只有U235才是裂變反應需要的 這兩種同位素均勻的混合分布在一起，要進行裂變反應必須提高U235占的比重。經過提純的鈾就叫濃縮鈾 其中核武器用的鈾濃度比核電站的還要高 鈾是存在於自然界中的一種稀有化學元素，具有放射性。鈾主要含三種同位素，即鈾238、鈾235和鈾234,其中只有鈾235是可裂變核元素，在中子轟擊下可發生鏈式核裂變反應，可用作原子彈的核裝料和核電站反應堆的燃料。 在天然礦石中鈾的三種同位素共生，其中鈾235的含量非常低，只有約0.7％。為滿足核武器和核動力的需求，一些國家建造了鈾濃縮廠，以天然鈾礦做原料，運用同位素分離法（擴散法、離心法和激光法等）使天然鈾的三種同位素分離，以提高鈾235的豐度，提煉濃縮鈾。 濃縮」術語的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素豐度的同位素分離過程，例如從天然鈾生產濃縮鈾或從普通水生產重水。濃縮設施分離鈾同位素的目的是提高鈾-235相對於鈾-238的相對豐度或濃度。這種設施的能力用分離功單位衡量。 若要在某些類型反應堆和武器中使用鈾，就必須對其進行濃縮。這意味著必須提高易裂變鈾-235的濃度，然後才能將其製成燃料。這種同位素的天然濃度是0.7％，而在大多數通用商業核電廠中，持續鏈式反應的濃度通常約為3.5％。用於武器和艦船推進的豐度通常約為93％。但艦船推進可以只需20％或更低的豐度。鑒於在豐度0.7％至2％之間需要與豐度2％至93％之間同樣多的分離功，因此濃縮過程不是線性的。這意味著在能夠隨時獲得商用濃縮鈾的情況下，達到武器級的濃縮工作量可減少到不足一半，而鈾的供料量可減少到20％以下。 在適用於提高鈾-235濃度的技術中，有7項技術特別重要： 氣體擴散法——這是商業開發的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質量的鈾同位素在轉化為氣態時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級，當高壓六氟化鈾氣體透過在級聯中順序安裝的多孔鎳膜時，其鈾-235輕分子氣體比鈾-238分子的氣體更快地通過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已通過膜管的氣體隨後被泵送到下一級，而留在膜管中的氣體則返回到較低級進行再循環。在每一級中，鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾-235豐度需要1000級以上。 氣體離心法——在這類工藝中，六氟化鈾氣體被壓縮通過一系列高速旋轉的圓筒，或離心機。鈾-238同位素重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出，並輸送到另一台離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數新濃縮廠所採用。 氣體動力學分離法——所謂貝克爾技術是將六氟化鈾氣體與氫或氦的混合氣體經過壓縮高速通過一個噴嘴，然後穿過一個曲面，這樣便形成了可以從鈾-238中分離鈾-235同位素的離心力。氣體動力學分離法為實現濃縮比度所需的級聯雖然比氣體擴散法要少，但該法仍需要大量電能，因此一般被認為在經濟上不具競爭力。在一個與貝克爾法明顯不同的氣體動力學工藝中，六氟化鈾與氫的混合氣體在一個固定壁離心機中的渦流板上進行離心旋轉。濃縮流和貧化流分別從布置上有些類似於轉筒式離心機的管式離心機的兩端流出。南非一個能力為25萬分離功單位的鈾-235最高豐度為5％的工業規模的氣體動力學分離廠已運行了近10年，但也由於耗電過大，而在1995年關閉。 激光濃縮法——激光濃縮技術包括3級工藝：激發、電離和分離。有2種技術能夠實現這種濃縮，即「原子激光法」和「分子激光法」。原子激光法是將金屬鈾蒸發，然後以一定的波長應用激光束將鈾-235原子激發到一個特定的激發態或電離態，但不能激發或電離鈾-238原子。然後，電場對通向收集板的鈾-235原子進行掃描。分子激光法也是依靠鈾同位素在吸收光譜上存在的差異，並首先用紅外線激光照射六氟化鈾氣體分子。鈾-235原子吸收這種光譜，從而導致原子能態的提高。然後再利用紫外線激光器分解這些分子，並分離出鈾-235。該法似乎有可能生產出非常純的鈾-235和鈾-238，但總體生產率和復合率仍有待證明。在此應當指出的是，分子激光法只能用於濃縮六氟化鈾，但不適於「凈化」高燃耗金屬鈈，而既能濃縮金屬鈾也能濃縮金屬鈈的原子激光法原則上也能「凈化」高燃耗金屬鈈。因此，分子激光法比原子激光法在防擴散方面會更有利一些。 同位素電磁分離法——同位素電磁分離濃縮工藝是基於帶電原子在磁場作圓周運動時其質量不同的離子由於旋轉半徑不同而被分離的方法。通過形成低能離子的強電流束並使這些低能離子在穿過巨大的電磁體時所產生的磁場來實現同位素電磁分離。輕同位素由於其圓周運動的半徑與重同位素不同而被分離出來。這是在20世紀40年代初期使用的一項老技術。正如伊拉克在20世紀80年代曾嘗試的那樣，該技術與當代電子學結合能夠用於生產武器級材料。 化學分離法——這種濃縮形式開拓了這樣的工藝，即這些同位素離子由於其質量不同，它們將以不同的速率穿過化學「膜」。有2種方法可以實現這種分離：一是由法國開發的溶劑萃取法，二是日本採用的離子交換法。法國的工藝是將萃取塔中2種不互溶的液體混和，由此產生類似於搖晃1瓶油水混合液的結果。日本的離子交換工藝則需要使用一種水溶液和一種精細粉狀樹脂來實現樹脂對溶液的緩慢過濾。 等離子體分離法——在該法中，利用離子迴旋共振原理有選擇性地激發鈾-235和鈾-238離子中等離子體鈾-235同位素的能量。當等離子體通過一個由密式分隔的平行板組成的收集器時，具有大軌道的鈾-235離子會更多地沉積在平行板上，而其餘的鈾-235等離子體貧化離子則積聚在收集器的端板上。已知擁有實際的等離子體實驗計劃的國家只有美國和法國。美國已於1982年放棄了這項開發計劃。法國雖然在1990年前後停止了有關項目，但它目前仍將該項目用於穩定同位素分離。 迄今為止，只有氣體擴散法和氣體離心法達到了商業成熟程度。所有這7項技術均在不同程度上具有擴散敏感性，因為它們都能夠在一項秘密計劃中不惜代價地被用於從天然鈾或低濃鈾生產高濃鈾。但是，由於這些技術的特徵不同，因而將影響到其被探知的可能性。 http://www.lolong.com/c?in=0&id=3828338

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❸ 海水提鈾的提取工藝法

將吸附劑裝入有網眼的尼龍袋中，用船拖著在海水中飄游，或將吸附劑裝入吸附柱中，把海水泵入吸附柱，通過吸附劑和海水接觸而吸附鈾。如用水合氧化鈦吸附劑，每克吸附鈾量為幾十至200μg。用鹼性溶液(碳酸銨或碳酸鈉溶液)淋洗吸附有鈾的水合氧化鈦，得到含鈾約9mgU/L(註：U/L是：單位/公升)的淋洗液。
經過一次吸附和淋洗，鈾濃度由海水中的3.3產μgU/L(註：U/L是：單位/公升)提高至淋洗液中的9mgU/L(註：U/L是：單位/公升)，提高了近3000倍。但此時的鈾濃度還很低，需作進一步富集。可用陰離子交換樹脂進行第二次吸附，再用中性鹽溶液將離子交換樹脂上的鈾淋洗出來。第二次淋洗液的鈾濃度達3.5gU/L(註：U/L是：單位/公升)左右，可用常規方法從這種淋洗液中沉澱鈾製取鈾鹽產品。 1、吸附法，使用水合氧化鈦、鹼式碳酸鋅、方鉛礦石和離子交換樹脂等吸附劑吸附海水中微量的鈾；
2、生物富集法，使用專門培養的海藻富集海水中微量的鈾。據試驗，某些海藻鈾的富集能力很大，其鈾含量甚至超過低品位鈾礦的含鈾量；
3、起泡分離法，在海水中加入一定量的鈾捕集劑，如氫氧化鐵等，然後通氣鼓泡，分離海水中的鈾。 要具有吸附容量大、吸附速度快、選擇性好、化學穩定、機械強度好、易於淋洗再生、不污染海洋等性質，且價格低廉。
最初主要研究無機吸附劑如水合氧化鈦等。為獲得具有一定機械強度的水合氧化鈦，曾研製出鈦膠一聚丙烯醯胺凝膠吸附劑、用聚乙烯醇粘合鈦一碳的復合劑等。後來發現水合氧化鈦吸附劑系列的機械強度都不理想，故轉到主要研究有機吸附劑。研究結果表明，合成纖維工業生產中一種產品聚丙烯腈的直接衍生物——聚丙烯醯胺喔星(polyacrylamidoxine)在鈾的吸附容量、吸附選擇性和機械強度等性質都優於水合氧化鈦。 吸附裝置應能與大量海水相接觸且節能價廉。世界各國根據各自的海岸條件，研究利用天然洋流、潮汐流、波動能及泵驅動等方式，使吸附裝置與大量海水接觸。日本試驗用機械泵把海水輸送到吸附柱中，貧化海水排入大海並被洋流帶走。由於這種方法需要輸送大量海水，因而耗能大。德國因海岸沒有暖洋流，主要研究開發在海水中移動操作的如系在船上的浮動吸附裝置，以達到與洋流驅動相類似的結果。瑞典研究一種儲槽利用波浪，使槽中水面比海水面海水面高，再利用水位差使海水通過吸附床。中國、美國、前蘇聯等也都進行著類似的工程研究。

❹ 釷的檢驗和測定方法

國家標准有的
本標准適用於各類食品中天然釷和鈾的測定。天然釷測定方法測定限為1×10**-8g/g 灰。天然鈾測定限為乙酸乙酯萃取-熒光計法2×10**-8g/g灰；三烷基氧膦(TRPO)苯取-熒光計法1×10**-7g/g灰；N235萃取-分光光度法1.5×10**-8g/g灰;目視熒光法4×10**-7g/g灰；激光熒光法為2.5×10**-8g/g灰。
2 引用標准
GB 6768 水中微量鈾分析方法
GB 14883.1 食品中放射性物質檢驗 總則
3 天然釷測定方法-三烷基(混合)胺(N235)萃取-分光光度法
3.1 原理
三烷基(混合)胺(N235)是一種混合三烷基(主要辛基)叔胺，其性質與三正辛胺相似。
食品灰用硝酸和高氯酸浸取，溶液經磷酸鹽沉澱濃集鈾和釷，在鹽析劑硝酸鋁存在下以N235從硝酸溶液中同時萃取釷和鈾，首先用8mol/L鹽酸溶液反萃取釷，再用水反萃取鈾,分別以鈾試劑III顯色,進行分光光度測定。本法可用於食品中鈾和釷聯合或單獨檢驗。
3.2 試劑和材料
3.2.1 釷標准溶液：取0.600g硝酸釷[Th(NO3)4·4H2O]溶於50mL 5mol/L硝酸溶液中，轉入500mL容量瓶，用0.5mol/L硝酸稀釋至刻度，此貯備液用重量法標定。按標定結果用lmol/L硝酸將一定量貯備液准確稀釋成1.00μgTh/mL的釷標准溶液。
標定：准確吸取30.0mL貯備液於燒杯中，加70mL水，加熱至80℃左右，以酚酞作指示劑，用氨水沉澱釷，沉澱用無灰濾紙過濾,0.1％氨水洗滌幾次後，放入已恆量的坩堝中烘乾，炭化，900℃灼燒成二氧化釷，恆量，計算出准確釷含量。
3.2.2 10％N235萃取劑：將50mLN235(工業純)，50mL乙酸乙酯、50ml丙酮混合後，或單用50mLN235，以環已烷稀釋到500mL,再用2mol/L硝酸溶液萃洗平衡後待用。
3.2.3 硝酸鋁溶液：500g硝酸鋁中加少量水和33ml,氨水,加熱溶解後用水稀釋到500ml。
3.2.4 飽和硝酸銨溶液：用2mol/L硝酸溶液配製。
3.2.5 0.03%鈾試劑Ⅲ-草酸飽和溶液：稱取0.3g鈾試劑Ⅲ,溶解於水中(若溶解不完全，可加少量氫氧化鈉)，稀釋至1000ml。使用前倒此溶液於小試劑瓶中，加入草酸至飽和。
3.2.6 8mol/L鹽酸溶液：取333mL鹽酸(優級純)，用水稀釋至500ml，加入約1g尿素。
3.3 儀器和器材
3.3.1 分光光度計: 72型或其他型號, 3cm比色杯。
3.4 釷工作曲線的繪制 在8個分液漏斗中各加入10mL1mol/L硝酸溶液, 分別吸入相當於0,0.3,0.5,0.7,1.0, 2.0,3.0,4.0μg釷的釷標准溶液, 按3.5.5～3.5.6條測定釷的吸光度作為縱坐標, 實標加入的釷量為橫坐標作圖。
3.5 測定
3.5.1 采樣、預處理按GB14883.1規定進行。
3.5.2 稱取1～2g(精確至0.001g)樣品灰於60mL瓷蒸發皿中(大米、玉米和肉類等含鈣少的樣品灰按50mgCa/g灰的比例加入鈣載體溶液)，加入10mL濃硝酸，在沙浴上緩慢蒸發至干。將蒸發皿轉入高溫爐500℃灼燒10min(樣品灰灼燒後若呈黑色或灰色時，可重復酸浸取,再灼燒處理一次),取出冷卻後加入10mL8mol/L硝酸,加熱溶解後趁熱過濾。用8mol/L 硝酸洗滌蒸發皿2～3次，再用熱的稀硝酸洗滌蒸發皿和殘渣2～3次。濾液和洗滌液合並於離心管中。
3.5.3 攪拌下滴加氨水於上述浸取液中，調節溶液pH＝9使生成白色沉澱，加熱凝聚。冷卻後離心，棄去上清液。沉澱用水洗滌一次，離心，棄去上清液。
3.5.4 滴加濃硝酸入離心管，使沉澱剛好溶解。將溶液轉移入60mL分液漏斗中，用15mL硝酸鋁溶液分2次洗滌離心管，洗滌液合並入分液漏斗。
3.5.5 加15mL10％N235萃取劑入分液漏斗，萃取5min，靜置分相後棄去水相。用5mL飽和硝酸銨溶液萃洗一次。
3.5.6 萃洗後的有機相依次用5.0mL和3.5mL8mol/L鹽酸反萃取，每次反萃取5min。二次反萃取液合並於10mL比色管，加入1.00mL0.03％鈾試劑Ⅲ-草酸飽和溶液，用8mol/L鹽酸稀釋到刻度。搖勻後在分光光度計(波長665nm，3cm比色皿)以8.5mL 8mol/L鹽酸代替樣品液加顯色劑作為零值，進行比色，測定釷的吸光度。從工作曲線上查出釷含量。有機相可用於測定鈾(下接7.5.7條)。
3.5.7 化學回收率測定：准確稱取1～2g樣品灰(與樣品分析的用灰量相等)於60mL瓷蒸發皿，加入釷標准溶液2.0mL和10mL硝酸，按3.5.2～3.5.6條與未加釷標准溶液的樣品平行操作。根據測得的釷含量，按式(1)計算釷的化學回收率。
3.5.8 試劑空白值的測定：不用樣品灰按以上測定程序，以8.5mL 8mol/L鹽酸在比色管中加入顯色劑後作為零值，在同樣條件下測出吸光度作為試劑空白，應在計算結果中進行校正。
3.6 計算
A』-N
R=━━━....................................(1)
Ao
NM
A=━━━....................................(2)
WR
式中：A--食品中釷含量，μg/kg或μg/L；
A』--加入釷標准溶液的樣品所測得的釷含量，μg；
Ao--加入釷的量，μg;
M--灰樣比，g/kg或g/L；
N--樣品測定時從釷工作曲線上查得的釷含量，μg；
R-一釷的化學回收率；
W--分析樣品灰質量，g。
4 天然釷測定方法-PMBP萃取-分光光度法
4.1 原理 食品灰以王水浸取，草酸鹽沉澱載帶釷，1-苯基-3-甲基-4-苯甲醯基吡唑酮-5(簡稱 PMBP)萃取分離後，在6mol/L鹽酸介質中，以鈾試劑Ⅲ顯色進行分光光度測定。
4.2 試劑和材料
4.2.1 釷標准溶液、鈾試劑Ⅲ溶液同N235萃取-分光光度法(3.2)。
4.2.2 PMBP萃取劑：PMBP的0.3％二甲苯溶液。
4.2.3 草酸溶液：10％和0.8％兩種溶液。
4.2.4 10％磺基水楊酸溶液。
4.2.5 10％酒石酸溶液。
4.2.6 抗壞血酸。
4.2.7 鹽酸溶液:0.1mol/L和6mol/L兩種溶液。
4.2.8 1:1氨水。
4.2.9 鈣載體溶液：40mgCa/mL。
4.2.10 高氯酸。
4.2.11 王水：1體積硝酸與3體積鹽酸混合。
4.3 儀器
4.3.1 分光光度計：72型或其他型號，3cm比色杯。
4.4 工作曲線的繪制
分別吸取相當於0,0.3,0.5,0.7,1.0,3.0,5.0,7.0,9.0,10.0μg釷的釷標准溶液於十個250ml燒杯中,加20ml 6mol/L鹽酸溶液、 2mL鈣載體溶液,加水至250mL,按4.5.3～ 4.5.5條操作。繪制吸光度值對於釷含量的工作曲線。
4.5 測定
4.5.1 采樣、預處理按GB 14883.1規定進行。
4.5.2 浸取：稱取0.5～2g(精確至0.001g)灰樣於蒸發皿，用少量水將灰潤濕，慢慢加入5ml王水，蓋上表面皿，在電爐上緩緩蒸干，再放入高溫爐中，於450℃灼燒0.5h，取出冷卻。加入約20mL6mol/L鹽酸溶液，加熱至沸，使樣品溶解。稍冷，以中速定性濾紙過濾，以熱酸性水洗滌蒸發皿，再洗殘渣至濾液無色。控制濾液體積在250mL左右。
4.5.3 濃集：往濾液中加入2g草酸，微熱使溶。以1:1氨水調節pH至1左右，使生成草酸鹽沉澱。若未出現白色沉澱，則在攪拌下逐滴加入2mL鈣載體溶液，加熱，以促使生成白色沉澱。加熱陳化，冷卻0.5h以上，離心，棄去上清液。用250mL1％草酸溶液洗沉澱，離心，棄去上清液。沉澱以高氯酸和硝酸各5～10mL溶解並轉移至小燒杯中，小火蒸干。
4.5.4 萃取分離：蒸干物冷卻後，加10mL水、5mL10％磺基水楊酸溶液、約0.1g固體抗壞血酸，用1:1氨水調節pH至1左右，倒入分液漏斗，用少許水洗燒杯並倒入同一漏斗。加15mL0.3％PMBP-二甲苯溶液，萃取2～3min，分層清晰後棄去水相。用10mL0.1mol/L鹽酸溶液萃洗有機相，棄去水相。用15mL6mol/L鹽酸溶液反萃取2～3min，靜置分層清晰後，將水相放入25mL容量瓶中，再用2mL6mol/L鹽酸溶液反萃取有機相一次，合並反萃取液。
4.5.5 於上述容量瓶中依次加入約0.1g抗壞血酸、1mL10％草酸溶液、1mL10％酒石酸溶液和2.00mL0.05％鈾試劑Ⅲ溶液，以6mol/L鹽酸溶液稀釋至刻度。搖勻，放置15min後,以17mL6mol/L鹽酸溶液代替樣品液加顯色劑作為零值，在665nm波長下測定釷的吸光度。從工作曲線上查出相應的釷含量。
4.5.6 化學回收率測定：在分析樣品等量灰樣中加入釷標准溶液2.00mL，按測定程序操作，測定吸光度，計算回收率。
4.5.7 試劑空白值測定：不用樣品灰按以上測定程序，以17mL6mol/L鹽酸溶液加入顯色劑後作為零值，在同樣條件下測出吸光度作為試劑空白，應在結果計算中進行校正。
4.6 計算 公式和符號同3.6條。
5 天然鈾測定方法--乙酸乙酯萃取-光電熒光光度法
5.1 原理 食品灰經硝酸浸取，以硝酸鋁作鹽析劑，經乙酸乙酯萃取分離鈾，氟化鈉熔融燒球後， 用光電熒光光度計測定鈾的含量。
5.2 試劑
5.2.1 乙酸乙酯。
5.2.2 硝酸。
5.2.3 過氧化氫。
5.2.4 4％氟化鈉溶液：優級純或分析純。
5.2.5 80％硝酸鋁溶液：稱取400g硝酸鋁[Al(NO3)3·9H2O]，溶於水中，稀釋至500mL。配製後用等體積乙酸乙酯(或乙醚)萃取洗滌一次。
5.2.6 鈾標准溶液：准確稱取1.179g經850℃灼燒過的八氧化三鈾(優級純)，用10mL鹽酸和3mI過氧化氫加熱溶解，蒸至近干。再加入20mL水，使完全溶解後轉入10
天然釷測定方法測定限為1×10**-8g/g 灰。

❺ 離子交換分離法

磺酸型陽離子交換樹脂在稀鹽酸介質中，可吸附鋯氧離子，經1～2mol/LHCl淋洗，僅釷和稀專土留在屬交換柱上，鈦則部分分離，其他多數元素均能分離。再用4mol/LHCl淋洗，即可使鋯與釷和稀土分離。

此外，在鹽酸-過氧化氫溶液中，鋯(鉿)均可吸附於陽離子交換柱上，再用檸檬酸或草酸淋洗可進行定量分離。

某些陰離子交換樹脂在鹽酸溶液中，能吸附鋯、鉿、鈾和鈰，釷不被吸附。在氫氟酸介質中，鋯被吸附而與鋁、鐵分離。

❻ 海水提鈾一般採用哪些方法

海水提鈾是從海水中提取原子能工業鈾原料的技術。海水中鈾的蘊藏量約45億噸，是陸地上已探明的鈾礦儲量的2000倍，但是濃度極低。所以海水提鈾成本比陸地貧鈾礦提煉成本高6倍。從20世紀60年代開始，日本、美國、法國等國家從事海水提鈾的研究和試驗，一般採用三種方法：（1）吸附法：使用水合氧化鈦、鹼式碳酸鋅、方鉛礦石和離子交換樹脂等吸附劑吸附海水中微量的鈾；

（2）生物富集法：使用專門培養的海藻富集海水中微量的鈾。據試驗，某些海藻鈾的富集能力很大，其鈾含量甚至超過低品位鈾礦的含鈾量；

（3）起泡分離法：在海水中加入一定量的鈾捕集劑如氫氧化鐵等，然後通氣鼓泡，分離海水中的鈾）。

日本是世界上第一個開發海水鈾源的國家。日本是一個貧鈾國，鈾埋藏量僅有8000噸，因此日本把目光瞄向海洋。從1960年起，日本加快研究從海水中提取鈾的方法。1971年，日本試驗成功了一種新的吸附劑。除了氫氧化鈦之外，這種吸附劑還包括有活性碳。日本已於1986年4月在香川縣建成了年產10千克鈾的海水提取廠。日本還制定了進一步建造工業規模的海水提鈾工廠的計劃，到2000年前年產鈾達1000噸。

❼ 什麼是提取鈾的兩步法

兩步法就是 兩步萃取法 （具體方法看下面解釋）
主要包括磷酸預處理、第一步萃取、第二步萃取三個環節，最終製得核純Auc產品。
第一步萃取 磷酸和鈾醯離子有很強的絡合能力，能與有機相中的鈾萃合物競爭，使鈾的分配比降低。單獨使用中性或酸性磷酸酯萃取劑都不能有效地萃取鈾，而改用它們的混合物時，由於有協同萃取效應，而獲得好的萃取效果。工業上主要由二一(2一乙基己基)磷酸(D2EHPA)和三正辛基氧膦(TOPO)混合物及煤油組成的有機相。也有用辛苯基磷酸酯(OPAP)、辛基焦磷酸(OPPA)作萃取劑的。當用D2EHPA一TOPO時，只能萃取六價鈾，而濕法磷酸中的鈾主要呈四價狀態，需加入氧化劑使四價鈾氧化成六價狀態。
經過預處理的濕法磷酸溶液，用0．5mol／L D2EHPA和0．125mol／L TOPO的煤油有機相，用4～6級?昆合澄清器逆流萃取時，鈾萃取率為90％～95。載鈾有機相用含Fe2+ 15～30g／L，的8mol／L磷酸進行三級逆流反萃取，由於二價鐵離子將有機相中的六價鈾還原成四價鈾，使鈾進入反萃取液中。反萃取液中的鈾濃度為10g／L左右。
第二步萃取 為了得到高純鈾產品，反萃取液用過氧化氫或氯酸鈉將四價鈾再氧化成六價鈾，然後用0．3mol／L D2EHPA和0．075mol／L TOPO的煤油有機相進行第二次萃取。載鈾有機相用293～298K溫度的水進行三段洗滌除去雜質，特別是洗去夾帶的P2O5。洗滌後的載鈾有機相，用碳酸銨溶液反萃取，然後結晶製成碳酸鈾醯銨產品，從濕法磷酸提取鈾的總回收率為89％～91％。
離子交換 為解決溶劑萃取過程中產生的乳化、有機溶劑夾帶損失等問題，及從未澄清的磷酸中回收鈾，人們正在研究用離子交換從濕法磷酸中提取鈾的方法。經過試驗的有採用在不同的D2EHPA與TOPO摩爾比的溶劑中浸漬過的球狀含溶劑樹脂和含氨基膦酸功能基團的大孔聚苯乙烯一二乙烯苯共聚物螯合離子交換樹脂。螯合離子交換樹脂能吸附四價和六價鈾離子，並可直接從333K溫度的濃磷酸溶液中吸附鈾，從而節省磷酸預處理費用。

液膜萃取 美國埃克森(EXXON)公司發明並發展的液膜萃取法(見膜分離)，已應用於從濕法磷酸中提鈾。液膜由D2EHPA—TOPO和稀釋劑組成，內相由常規的反萃取劑組成，並加表面活性劑形成乳狀液。液膜萃取用的磷酸料液不需冷卻，也不必除去可溶性有機物，萃取過程中產生的乳化塊只有溶劑萃取法的1／4～1／5。

❽ 60年代中國如何分離濃縮鈾

提純濃縮鈾－235含量的技術比較復雜，因為元素的各種同位素，如同「孿生姐妹」，無論在物理性質和化學性質上都十分相似，採用通常的各種物理提純方法或者化學提純方法收效都甚微，代價卻很高。現時用來提純鈾－235的主要方法有氣體擴散法、離子交換法、氣體離心法、蒸餾法、電解法、電磁法、電流法等，其中以氣體擴散法最成熟，製造第一顆原子彈用的鈾核材料就是用這種方法製造出來的。所有這些提純方法，它們的工藝過程都比較復雜，辦廠投資高，運轉過程中消耗的能量也高；而且產量低，生產出的鈾核燃料成本大。因此，科學家一直在找新提純方法。現在，激光科學工作者提出用激光進行提純，或許這種方法能夠大大地降低生產鈾燃料的成本。
用激光提純、濃縮鈾－235的主要依據是激光有極好的單色性，以及各同位素原子的同位素光譜位移。各個同位素原子核含的中子數目不同，它們的能級發生所謂同位素位移，發射出來的光輻射波長出現差異，當然，相差的數值是十分小的。但是，激光的單色性很好，能夠做到用和某種同位素原子發射的光輻射波長相同的激光去激發其中的一種原子，而不會把其他同位素原子一起激發，亦即是說，用激光可以做到單獨把各種同位素原子中的一種激發到高能態，或者把它的原子電離。被電離的同位素原子再用電場就可以把它從同位素混合物堆中單獨「拉」出來，收集後就可以單獨獲得這種同位素。如果是把這種同位素的原子激發到高能級去的，我們便可以利用在高能級的原子和在基態的原子參加化學反應的活動能力不同，通過化學反應方法把它給分離出來。
用激光的方法提純濃縮鈾－235，比現有的各種方法都優越，生產設備可以大大簡化，生產成本也可以大大降低。根據科學家的估計，生產投資大約只有氣體擴散法的1/2，生產過程中消耗的能量只有氣體擴散法的1/10左右。所以，世界各國都很重視開發這種鈾核燃料生產技術。美國從1977年就開始研究用激光提純濃縮鈾燃料，從實驗上證實了這種方法在原理上的可行性。1982年，美國能源部確定，今後使用激光來生產鈾核燃料。
用激光提純濃縮鈾－235的技術路線有兩條：一條稱為原子法，另一條稱為分子法。原子法提純時用的原料是經過提煉鈾礦得到的鈾塊。先用爐子把這鈾塊加熱到高溫，形成鈾原子蒸氣，在這鈾蒸氣裡麵包含有鈾元素的同位素鈾－234、鈾－235、鈾－238的原子。然後用在可見光波段的激光（比如用銅蒸氣激光泵浦的染料激光器）照射這鈾原子蒸氣。調諧激光器的輸出波長，讓它落在鈾－235的原子吸收譜線中心，使它單獨獲得激發或者電離。其後再使用其他物理方法便可以把鈾－235原子從同位素鈾混合氣體中分離出來。這條技術路線現在已經比較成熟，達到生產應用階段。分子法使用的原料是鈾的分子化合物（比如六氟化鈾）。用在中紅外波段的激光（比如波長16微米的激光）照射這種化合物，並且選擇的激光波長正好是讓鈾－235的這種化合物的分子獲得激發（或電離），再通過前面在原子法中用的物理方法或化學方法把含鈾－235的分子化合物從混合中分離出來，再對含鈾－235的分子化合物作化學分解反應，便可以獲得鈾－235。這條技術路線現在還未達到生產階段，不過，從發展的潛力來說，分子法比原子法優越。一方面是因為分子法分離時使用的原料是鈾的分子化合物，原料來源比較豐富；其次是在分離的工作過程中不需要加熱，而原子法則需要加熱到2000多度，使鈾原料形成蒸氣。高溫鈾蒸氣有很強的腐蝕性。因此分子法的生產設備會比較簡單，生產成本也相應較低。

❾ 分離和富集

釷和其他伴生元素的分離可用沉澱、萃取、離子交換和萃取色層等方法。

釷的沉澱分離方法很多。苛性鹼、氫氧化銨、吡啶、六次甲基四胺都能使釷生成白色氫氧化物沉澱。小量釷可以用鋁、鐵為聚集劑，沉澱在pH3.5即開始形成，不溶於過量試劑。與釷形成配合物的有機酸如酒石酸等不應存在。此法可將釷與鹼金屬、鹼土金屬、鋅、鎳、銅、銀等元素分離，用吡啶或六次甲基四胺還可將釷與稀土分離。在0.5～1.3mol/L硝酸或鹽酸介質中，草酸濃度為10～50g/L時，釷成草酸鹽沉澱而與鐵、鋁、鋯、鈦等元素分離，鈾(Ⅵ)、稀土、鈣同時沉澱。少量釷可用稀土和鈣做聚集劑。草酸釷不溶於水和稀酸，但溶於過量的草酸銨溶液中。在pH≥1.5時，過氧化氫能沉澱釷為過氧化釷而與鹼金屬、鈦、鈾、錫、鈹、稀土等元素分離，鈰部分共沉澱。在6mol/L硝酸溶液中可用碘酸鹽沉澱大量釷，在0.5～1mol/L硝酸溶液中，以亞汞為聚集劑，可用碘酸鹽沉澱微量釷，鈾(Ⅳ)、鈰(Ⅲ)及稀土元素等不沉澱，鈦、鋯、鐵、鈮、鉭、鈾(Ⅳ)和鈰(Ⅳ)同時被沉澱。碘酸釷不溶於過量試劑及強酸中，能溶於還原性酸中(如鹽酸)。在稀鹽酸溶液中，氫氟酸能將釷沉澱，成難溶的氟化釷，稀土元素同時被沉澱，與鈮、鉭、鋯、鈦、鎢等元素分離。大量氟化銨存在時能使鈧分離，氟化釷能溶於硼酸和硝酸中。在pH2～2.8的鹽酸或硝酸介質中，有機試劑如苯甲酸、間-硝基苯甲酸等都能沉澱釷，與鈹、錳、鋅、鎳、鈷、鈾、鹼土金屬等元素分離，嚴格控制溶液的酸度可與稀土元素定量分離。

萃取分離方法，適用於微量釷的分離。在飽和硝酸鋁的1.5mol/L硝酸溶液中，用異丙叉丙酮［即異丙烯基丙酮(CH₃)₂C=CHCOCH₃］萃取釷，除鈾，釩及少量鋯以外，幾乎能與所有伴生元素分離。在pH>1的硝酸溶液中用等體積的0.25mol/LTTA(噻吩甲醯三氟丙酮)的苯溶液萃取釷，釙(Po)同時被萃取。另外在適當的介質中，磷酸三丁酯亦能萃取釷，與鈾、鐳等分離。在釷的3mol/LHCl溶液中用5g/L苯甲醯苯胲-三氯甲烷萃取鈦使與釷分離。

萃取色層分離方法，同樣也適用於微量釷的分離和富集。目前胺類萃取劑，N₂₆₃(氯化三辛基甲基胺)、N₂₃₅(三正辛胺)、N₁₀₂₃(國產胺型萃取劑);中性配位劑，P₃₅₀(甲基磷酸二甲庚酯)、TBP(磷酸三丁酯)、CL-TBP萃淋樹脂(苯乙烯-二乙烯苯為骨架，含有60%TBP共聚物)、5208萃淋樹脂(異烷基磷酸二丁酯);酸性配位劑，P₅₀₇(2-乙基己基磷酸單2-乙基己酯)等結合載體聚三氟氯乙烯粉、聚四氟乙烯粉、硅烷化硅球、DA₂₀₁大孔吸附樹脂(二乙基苯-丙烯腈共聚物)、X-5型大孔吸附樹脂(聚二乙烯苯)、交聯聚甲基丙烯酸型樹脂和泡沫塑料等組成固定相，均能達到在一定濃度的硝酸溶液中富集釷分離鈦、鋯、鈾、稀土等干擾離子。在分析實踐中應用較好的是N₂₆₃、P₃₅₀、CL-TBP萃淋樹脂和5208萃淋樹脂等。N₂₀₃和X-5型聚二乙烯苯或DA₂₀₁樹脂組成固定相，用2mol/LHNO₃(1～7mol/L)上柱液通過色層柱，從而使釷與大量鈾、鋯、磷、鐵和稀土等分離，最後用4～5mol/LHCl淋洗釷。P₃₅₀與X-5型聚二乙烯苯組成的固定相，以2.5mol/LHNO₃(1.5～9.0mol/L)介質上柱可使釷與大量鐵、鋁、鈣、鎂、鉬、銅，鈦、稀土等元素分離，最後以5mol/LHCl解脫釷。CL-TBP萃淋樹脂是在4mol/LHNO₃(3～8mol/L)中富集釷與稀土、鈮、鉭等雜質分離，最後用3～5mol/LHCl解脫釷。5208萃淋樹脂是在0.1～6mol/LHNO₃中富集釷與大量鈾、鈦、鋯、鋅、鉬(Ⅵ)、砷(Ⅴ)、稀土元素等分離，最後用0.1～6mol/LHCl淋洗解脫釷。

離子交換分離方法，也適用於微量釷的分離。在2～7mol/LHCl介質中，鈦、鋯、鈾、稀土等在743大孔陽離子交換樹脂上的分配系數與釷差別較大。因此，適用於釷與許多元素的分離，特別適用於釷與高量鈦、鋯和稀土元素的分離。根據試樣中鈦，鋯和稀土元素含量的不同，可先用4mol/L或2mol/LHCl淋洗除去這些元素，用氯化銨溶液淋洗，使氫型陽離子交換樹脂轉變為銨型，最後以草酸銨溶液淋洗釷，用光度法測定釷。也有在8mol/LHNO₃介質中，用742大孔陰離子交換樹脂富集釷，分離鈾和稀土等干擾，最後以水解脫釷，光度法完成測定。

❿ 如何提純濃縮鈾－235

提純濃縮鈾－235含量的技術比較復雜, 現時用來提純鈾－235的主要方法有氣體擴散法離子交換法、氣體離心法、蒸餾法、電解法、電磁法、電流法等，其中以氣體擴散法最成熟。 氣體擴散法——這是商業開發的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質量的鈾同位素在轉化為氣態時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級，當高壓六氟化鈾氣體透過在級聯中順序安裝的多孔鎳膜時，其鈾-235輕分子氣體比鈾-238分子的氣體更快地通過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已通過膜管的氣體隨後被泵送到下一級，而留在膜管中的氣體則返回到較低級進行再循環。在每一級中，鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾-235豐度需要1000級以上。 氣體離心法——在這類工藝中，六氟化鈾氣體被壓縮通過一系列高速旋轉的圓筒，或離心機。鈾-238同位素重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出，並輸送到另一台離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數新濃縮廠所採用。 氣體動力學分離法——所謂貝克爾技術是將六氟化鈾氣體與氫或氦的混合氣體經過壓縮高速通過一個噴嘴，然後穿過一個曲面，這樣便形成了可以從鈾-238中分離鈾-235同位素的離心力。氣體動力學分離法為實現濃縮比度所需的級聯雖然比氣體擴散法要少，但該法仍需要大量電能，因此一般被認為在經濟上不具競爭力。在一個與貝克爾法明顯不同的氣體動力學工藝中，六氟化鈾與氫的混合氣體在一個固定壁離心機中的渦流板上進行離心旋轉。濃縮流和貧化流分別從布置上有些類似於轉筒式離心機的管式離心機的兩端流出。南非一個能力為25萬分離功單位的鈾-235最高豐度為5％的工業規模的氣體動力學分離廠已運行了近10年，但也由於耗電過大，而在1995年關閉。 激光濃縮法——激光濃縮技術包括3級工藝：激發、電離和分離。有2種技術能夠實現這種濃縮，即「原子激光法」和「分子激光法」。原子激光法是將金屬鈾蒸發，然後以一定的波長應用激光束將鈾-235原子激發到一個特定的激發態或電離態，但不能激發或電離鈾-238原子。然後，電場對通向收集板的鈾-235原子進行掃描。分子激光法也是依靠鈾同位素在吸收光譜上存在的差異，並首先用紅外線激光照射六氟化鈾氣體分子。鈾-235原子吸收這種光譜，從而導致原子能態的提高。然後再利用紫外線激光器分解這些分子，並分離出鈾-235。該法似乎有可能生產出非常純的鈾-235和鈾-238，但總體生產率和復合率仍有待證明。在此應當指出的是，分子激光法只能用於濃縮六氟化鈾，但不適於「凈化」高燃耗金屬鈈，而既能濃縮金屬鈾也能濃縮金屬鈈的原子激光法原則上也能「凈化」高燃耗金屬鈈。因此，分子激光法比原子激光法在防擴散方面會更有利一些。 同位素電磁分離法——同位素電磁分離濃縮工藝是基於帶電原子在磁場作圓周運動時其質量不同的離子由於旋轉半徑不同而被分離的方法。通過形成低能離子的強電流束並使這些低能離子在穿過巨大的電磁體時所產生的磁場來實現同位素電磁分離。輕同位素由於其圓周運動的半徑與重同位素不同而被分離出來。這是在20世紀40年代初期使用的一項老技術。正如伊拉克在20世紀80年代曾嘗試的那樣，該技術與當代電子學結合能夠用於生產武器級材料。 化學分離法——這種濃縮形式開拓了這樣的工藝，即這些同位素離子由於其質量不同，它們將以不同的速率穿過化學「膜」。有2種方法可以實現這種分離：一是由法國開發的溶劑萃取法，二是日本採用的離子交換法。法國的工藝是將萃取塔中2種不互溶的液體混和，由此產生類似於搖晃1瓶油水混合液的結果。日本的離子交換工藝則需要使用一種水溶液和一種精細粉狀樹脂來實現樹脂對溶液的緩慢過濾。 等離子體分離法——在該法中，利用離子迴旋共振原理有選擇性地激發鈾-235和鈾-238離子中等離子體鈾-235同位素的能量。當等離子體通過一個由密式分隔的平行板組成的收集器時，具有大軌道的鈾-235離子會更多地沉積在平行板上，而其餘的鈾-235等離子體貧化離子則積聚在收集器的端板上。已知擁有實際的等離子體實驗計劃的國家只有美國和法國。美國已於1982年放棄了這項開發計劃。法國雖然在1990年前後停止了有關項目，但它目前仍將該項目用於穩定同位素分離