离子交换树脂法实现铀的富集

❶ 离子交换树脂的工作原理

离子交换树脂原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程：

离子交换树脂作用环境中的水溶液中，含有的金属阳离子（Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，在水中易生成H+离子)上的H+进行离子交换，使得溶液中的阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中，（即为阳离子交换树脂原理）。

水溶液中的阴离子(Cl-、HCO3-等)与阴离子交换树脂（含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团，在水中易生成OH-离子）上的OH-进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH-交换到水中，（即为阴离子交换树脂原理）。而H+与OH-相结合生成水，从而达到脱盐的目的。

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离子交换树脂使用方法：

1、预选。离子交换树脂的粒度一般控制在20-35目，有些可达到50目，因此在使用前要先干燥，粉碎，过筛，通常干燥时在烘箱中进行，亦可在装有五氧化二磷、氧化钙或者浓硫酸的干燥器中进行，粉碎时不要分得过细，否则影响实验收率。

2、预处理。强碱性离子交换树脂应先用20倍树脂体积的4%氢氧化钠水溶液处理，然后用10倍体积的水洗，再用10倍量4%盐酸处理，最后用蒸馏水洗至中性，然后将氯型转化成OH型，再转化成氯型，最后用10倍4%氢氧化钠水溶液处理。弱碱性离子交换树脂处理时只需用10倍量蒸馏水洗即可，不必洗至中性。

3、装柱。将处理好的树脂至于烧杯中，加水充分搅拌除掉气泡，静置几分钟待树脂大部分沉降后，倾去上层泥状颗粒；反复操作直至上层液澄清后，即可装柱。注意要在柱子底部放1cm后的玻璃丝，用玻璃棒将其压平，将树脂倒入柱子中，还要注意防止气泡产生。

4、树脂交换。将样品配制成一定浓度的水溶液，以适当流速通过柱子，亦可将样品溶液反复通过柱子，直到成分交换完全。用显色法检验成分是否交换彻底。

5、树脂洗脱。注意亲和力弱的成分先被洗下来，常用的离子交换树脂洗脱剂有强酸、强碱、盐类、不同pH缓冲溶液、有机溶液等，可选择梯度洗脱或者单一浓度洗脱。

6、树脂再生。

❷ 什么叫做离子交换树脂的再生

1. 离子交换树脂是一种聚合物，带有相应的功能基团。一般情况下，常规的钠离子交版换树脂带有大量的权钠离子。当水中的钙镁离子含量高时，离子交换树脂可以释放出钠离子，功能基团与钙镁离子结合，这样水中的钙镁离子含量降低，水的硬度下降。硬水就变为软水，这是软化水设备的工作过程。
   
   2.当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫做“再生”。

❸ 离子交换树脂的发展动态！！！！急急急！！

离子交换现象早在18世纪中期就为汤普森（Thompson)所发现。直至1935年亚当斯(Aclams)和霍姆斯（Holmes)研究合成了具有离子交换功能的高分子材料，即第一批离子交换树脂——聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱笥阴离子交换树脂。20世世60年代，离子交换树脂的发展又聚得了重要突破，美国罗姆－哈斯公司Rohm & Hass)和拜耳公司(Bayer)合成了一系列物理结构和过去完全不同的大孔结构离子交换树脂，这类树脂除具有普通离子交换树脂的交换基团餐，同时还有像无机和碳质吸附剂及催化剂那亲的大孔型毛细孔结构，使离子交换树脂兼具了离子交换和吸附的功能，为离子交换树脂的广泛应用开辟了新的前景。
离子交换技术借助于固体离子交换剂中的离子与溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。过去的一百多年里，离子交换技术已在工业上得到广泛应用，主要为四个方面：①水的软化、高纯水的制备、环境废水的处理。②溶液和物质的纯化和净化，如铀的提取和纯化，溶剂除盐。③金属离子的分离、痕量离子的富集及干扰离子的除去。④抗菌素的提取和纯化等。随着交换-再生工艺与离子交换树脂的研究和应用不断深入，离子交换技术在促进工业发展和人类生活上发挥着更大的直接和间接作用。

❹ 在海水中要怎样提取铀

世界上研究和开发海水提铀技术最早的国家是英国，第二次世界大战结束后不久，英国就从事这项工作，先后提出了用离子交换树脂及吸附法从海水中提铀方案，这些都是在实验室内进行的研究。日本在1984年建成了年产10kg铀的海水提铀模拟厂，这是世界上第1个海水提铀工厂。目前，美国、德国、法国等20多个国家，都相继进行海水提铀研究开发工作，提取方法主要有起泡分离法、生物富集法、吸附法。

起泡分离法是将起泡剂加入海水中，再用动力鼓气使海水起泡，起泡的物质与铀发生化学作用，海水中的铀就聚集在气泡上，于是把铀从海水中提取出来了。这种方法铀的提取率达80%～90%，是近几年新发展的方法，目前只限于实验室内使用，而在工程上很难实现。

生物富集法是把经过筛选和专门培养的海藻放在海水中进行富集铀的方法。在海洋中有些藻类富集铀的能力很强，集铀的浓度比海水高1万倍，其含量达150mg/L，接近或超过陆上低品位铀矿的含铀量。日本研究出一种小球藻，其自然繁殖快、富集铀量大、提取成本低，很有发展前途，在工程上是可以实现的。目前，德国也正在筹建中试生产工厂。

吸附法是最有希望的一种方法，吸铀量较高。迄今，已研制出百种吸附剂，经常采用的有水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铝矿石、离子交换树脂等，其中水合氧化钛复合吸附剂是当前国际上海水提铀研究开发中最主要的一种，它每克可吸收500～600μg铀，甚至高达1000μg以上。海水如何通过吸附床，是海水提铀实现工业化生产的关键。

❺ 分离和富集

铀在矿石中含量都很低，大量的伴生元素往往妨碍铀的测定。因此，大部分测定铀的方法都需先行分离或富集。分离铀的方法很多，有沉淀法、螯合物形成法、萃取法、色层法、离子交换法和汞阴极电解法等。

65.1.2.1 沉淀分离法

铀沉淀分离的方法很多。在没有碳酸盐、柠檬酸、酒石酸及氟化物存在的适当介质中，用氨水、吡啶或六次甲基四胺都能将铀沉淀成重铀酸铵，与碱金属、碱土金属以及铜、镍、钴、锌、锰等元素分离，铁、铝、锆、钛、稀土等与铀一起被沉淀。氟化物、碘酸盐或草酸盐在适当的酸性介质中可以沉淀铀(Ⅳ)，而铀(Ⅵ)不沉淀，可借此用于分别测定铀(Ⅳ)和铀(Ⅵ)。用氟化物作沉淀剂，由于生成水合四氟化铀，将与很多伴生的阳离子形成复盐，而使铀(Ⅳ)与铁、铝、锆、钛、铌、和钽等元素分离。磷酸盐在(2+98)～(4+96)HCl溶液中，能定量地沉淀铀(Ⅳ)成UO₂HPO₄，锆、钍、铋等也同样被沉淀，沉淀溶解于过量的磷酸或其他强酸中，此法在分析中主要用作铀与钒分离。某些有机试剂亦能沉淀铀(Ⅳ)，如铜铁试剂可在强硫酸或盐酸介质中沉淀铀(Ⅳ)，铁、锆、钛、钒、铌、胆、锡等同时被沉淀。碱金属、碱土金属、铀(Ⅵ)，以及铝、磷、镍、锌等不被沉淀。钴试剂(α-亚硝基-β-萘酚)则在弱酸或弱碱性溶液中沉淀铀(Ⅵ)，钴、铁、镍等同时被沉淀，而铝、锌、碱土金属等不被沉淀。

65.1.2.2 配位分离法

铀形成配合物分离，最典型的方法是铀和碳酸钠形成Na₄UO₂(CO₃)₃配合物进入溶液与铁、钛、钴、镍、锰、锌、铍和碱土金属分离。

65.1.2.3 萃取分离法

萃取分离的方法也很多。在0.05～0.5mol/LHNO₃中可用乙醚萃取硝酸铀酰，部分钍、铈、铁、钒亦同时被萃取。在(1+9)H₂SO₄中可用三氯甲烷或乙醚萃取铀的铜铁试剂配合物与铝、氢氧化铵组、碱土金属及硫化铵组的其他元素分离。TBP萃取铀主要在硝酸介质中进行，萃取分配比在5～6mol/LHNO₃中达到最大值;但在有大量硝酸盐存在下，即使硝酸浓度低于1mol/L，铀也能定量被萃取。常用的盐析剂有:硝酸铝、硝酸钙、硝酸钠和硝酸铵，同时被萃取的有钍、钪、钇和金等。在4mol/LHNO₃溶液中也可用(2+8)磷酸三丁酯-苯萃取铀。也有在pH2～3的硝酸介质中，以硝酸钠作盐析剂，用磷酸三丁酯萃取铀(Ⅵ)，钍、锆和稀土元素同时被萃取。

三烷基氧膦(TRPO)和三辛基氧膦(TOPO)都是铀的有效萃取剂。二者萃取铀的酸度基本相同，均为0.5～3mol/LHNO₃，同时被萃取的有铁、铈、钒、锆、钍和钼(均为高价)。

65.1.2.4 色层分离法

目前，用于萃取色层分离铀的萃取剂有:胺类萃取剂N₂₆₃(氯化三辛基甲基胺)、N₂₃₅(三正辛胺)、N₁₉₂₃(国产胺型萃取剂);中性配位剂P₃₅₀(甲基磷酸二甲庚酯)、TBP(磷酸三丁酯)、C1-TBP萃淋树脂;酸性配位剂P₅₀₇(2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯);亚砜类萃取剂DOSO(二正辛基亚砜)等结合载体聚三氟氯乙烯粉、聚四氟乙烯粉、硅胶、硅烷化硅球、DA₂₀₁大孔吸附树脂(二乙基苯-丙烯腈共聚物)、X-5型大孔吸附树脂(聚二乙烯苯)、交联聚甲基丙烯酸型树脂和泡沫塑料(聚氨酯或聚醚酯)等作载体组成的固定相，均能达到在一定浓度的硝酸或盐酸溶液中富集分离的目的。在实践中得到广泛应用的是P₃₅₀萃取色层、Cl-TBP萃淋树脂。用DOSO-交联聚甲基丙烯树脂组成的固定相，可在1.5mol/LHClO₄中定量富集铀，同时被富集的还有金、钯、汞等。CL-TBP萃淋树脂，可在!(HNO₃)=12%～50%介质中萃取铀，同时被萃取的有金、钍、钇、钪。在!(HNO₃)=6%～35%介质中可用P₃₅₀与DA₂₀₁或者X-5型聚二乙烯苯组成的萃取色层定量富集铀，在有盐析剂硝酸铝存在下可降低酸度为!(HNO₃)=2%，铀也能定量被萃取，同时被萃取的还有钍。在0.5～3mol/LHCl-2.5～3mol/LNaCl体系中P₃₅₀也能定量萃取铀，同时被萃取的还有镓、铊、金等。

65.1.2.5 离子交换树脂分离法

离子交换树脂的方法也适用于微量铀的分离，目前应用较广泛的是大孔阳离子交换树脂D₂₃₅，是在4mol/LHCl中(或者在含有100g/LNaCl存在下交换酸度可降至为1mol/LHCl)进行交换分离钍，稀土、锆、钛、钒等干扰元素。

在硫酸或高氯酸溶液中，用汞阴极电解法，铀被还原为四价(部分为三价)留在溶液中锌、镉、铁、铬、铊、钴、镍、锰、铟、铅、锡、锑、铜、铋、金、银等元素以金属析出而与铀分离。稀土、锆、铌、钽等元素与铀共存于溶液中。

❻ 各类离子交换树脂的再生方法

再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐：

1、大孔吸附树脂简单再生的方法是用不同浓度的溶剂按极性从大到小剃度洗脱，再用2~3BV的稀酸、稀碱溶液浸泡洗脱，水洗至PH值中性即可使用。

2、钠型强酸性阳树脂可用10%NaCl 溶液再生，用药量为其交换容量的2倍 (用NaCl量为117g/ l 树脂)；氢型强酸性树脂用强酸再生，用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此，宜先通入1～2%的稀硫酸再生。

3、氯型强碱性树脂，主要以NaCl 溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的碱盐液再生，常规用量为每升树脂用150～200g NaCl ，及3～4g NaOH。OH型强碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生。

4、一些脱色树脂 (特别是弱碱性树脂) 宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸，使树脂 pH值下降至6左右，再用水正洗，反洗各一次。

5、阳树脂再生：

通盐酸：在环境温度下，将4%的树脂床体积4倍的HCL通过树脂床，通过时间约2小时。
慢洗：以相同流速和；流向，通2倍树脂体积的除盐水。
快洗：以运行流速和流向，通除盐水至PH=5-6.树脂床备用。

6、阴树脂再生：
通氢氧化钠：在环境温度下，将浓度为4%的树脂体积4倍量的NaOH通过树脂床，通过时间约为2小时。
慢洗：以相同流速和；流向，通2倍树脂体积的除盐水。
快洗：以运行流速和流向，通除盐水至PH=8，树脂床备用
具体操作可根据树脂使用情况酌情增加酸碱的浓度和再生时间。

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应用领域：

1）水处理

水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。

2）食品工业

离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。

3）制药行业

制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。近年还在中药提成等方面有所研究。

4）合成化学和石油化学工业

在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。

甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。

5）环境保护

离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。

6）湿法冶金及其他

离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。

❼ 海水提铀的提取工艺法

将吸附剂装入有网眼的尼龙袋中，用船拖着在海水中飘游，或将吸附剂装入吸附柱中，把海水泵入吸附柱，通过吸附剂和海水接触而吸附铀。如用水合氧化钛吸附剂，每克吸附铀量为几十至200μg。用碱性溶液(碳酸铵或碳酸钠溶液)淋洗吸附有铀的水合氧化钛，得到含铀约9mgU/L(注：U/L是：单位/公升)的淋洗液。
经过一次吸附和淋洗，铀浓度由海水中的3.3产μgU/L(注：U/L是：单位/公升)提高至淋洗液中的9mgU/L(注：U/L是：单位/公升)，提高了近3000倍。但此时的铀浓度还很低，需作进一步富集。可用阴离子交换树脂进行第二次吸附，再用中性盐溶液将离子交换树脂上的铀淋洗出来。第二次淋洗液的铀浓度达3.5gU/L(注：U/L是：单位/公升)左右，可用常规方法从这种淋洗液中沉淀铀制取铀盐产品。 1、吸附法，使用水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铅矿石和离子交换树脂等吸附剂吸附海水中微量的铀；
2、生物富集法，使用专门培养的海藻富集海水中微量的铀。据试验，某些海藻铀的富集能力很大，其铀含量甚至超过低品位铀矿的含铀量；
3、起泡分离法，在海水中加入一定量的铀捕集剂，如氢氧化铁等，然后通气鼓泡，分离海水中的铀。 要具有吸附容量大、吸附速度快、选择性好、化学稳定、机械强度好、易于淋洗再生、不污染海洋等性质，且价格低廉。
最初主要研究无机吸附剂如水合氧化钛等。为获得具有一定机械强度的水合氧化钛，曾研制出钛胶一聚丙烯酰胺凝胶吸附剂、用聚乙烯醇粘合钛一碳的复合剂等。后来发现水合氧化钛吸附剂系列的机械强度都不理想，故转到主要研究有机吸附剂。研究结果表明，合成纤维工业生产中一种产品聚丙烯腈的直接衍生物——聚丙烯酰胺喔星(polyacrylamidoxine)在铀的吸附容量、吸附选择性和机械强度等性质都优于水合氧化钛。 吸附装置应能与大量海水相接触且节能价廉。世界各国根据各自的海岸条件，研究利用天然洋流、潮汐流、波动能及泵驱动等方式，使吸附装置与大量海水接触。日本试验用机械泵把海水输送到吸附柱中，贫化海水排入大海并被洋流带走。由于这种方法需要输送大量海水，因而耗能大。德国因海岸没有暖洋流，主要研究开发在海水中移动操作的如系在船上的浮动吸附装置，以达到与洋流驱动相类似的结果。瑞典研究一种储槽利用波浪，使槽中水面比海水面海水面高，再利用水位差使海水通过吸附床。中国、美国、前苏联等也都进行着类似的工程研究。

❽ 海水提铀技术是怎样提取的

海水提铀是从海水中提取原子能工业铀原料的技术。海水中铀的蕴藏量约45亿吨，是陆地上已探明的铀矿储量的2000倍，但是浓度极低。所以海水提铀成本比陆地贫铀矿提炼成本高6倍。从20世纪60年代开始，日本、美国、法国等国家从事海水提铀的研究和试验，一般采用三种方法：

（1）吸附法：使用水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铅矿石和离子交换树脂等吸附剂吸附海水中微量的铀；

（2）生物富集法：使用专门培养的海藻富集海水中微量的铀。据试验，某些海藻铀的富集能力很大，其铀含量甚至超过低品位铀矿的含铀量；

（3）起泡分离法：在海水中加入一定量的铀捕集剂?如氢氧化铁等，然后通气鼓泡，分离海水中的铀）。

日本是世界上第一个开发海水铀源的国家。日本是一个贫铀国，铀埋藏量仅有8 000吨，因此日本把目光瞄向海洋。从1960年起，日本加快研究从海水中提取铀的方法。1971年，日本试验成功了一种新的吸附剂。除了氢氧化钛之外，这种吸附剂还包括有活性碳。日本已于1986年4月在香川县建成了年产10千克铀的海水提取厂。日本还制定了进一步建造工业规模的海水提铀工厂的计划，到2000年前年产铀达1 000吨。

❾ 是怎样从海水中提铀的

世界上研究和开发海水提铀技术最早的国家是英国，第二次世界大战结束后不久，英国就从事这项工作，先后提出了用离子交换树脂及吸附法从海水中提铀方案，这些都是在实验室内进行的研究。日本在1984年建成了年产10kg铀的海水提铀模拟厂，这是世界上第1个海水提铀工厂。目前，美国、德国、法国等20多个国家，都相继进行海水提铀研究开发工作，提取方法主要有起泡分离法、生物富集法、吸附法。

起泡分离法是将起泡剂加入海水中，再用动力鼓气使海水起泡，起泡的物质与铀发生化学作用，海水中的铀就聚集在气泡上，于是把铀从海水中提取出来了。这种方法铀的提取率达80％～90％，是近几年新发展的方法，目前只限于实验室内使用，而在工程上很难实现。

生物富集法是把经过筛选和专门培养的海藻放在海水中进行富集铀的方法。在海洋中有些藻类富集铀的能力很强，集铀的浓度比海水高1万倍，其含量达150mg／L，接近或超过陆上低品位铀矿的含铀量。日本研究出一种小球藻，其自然繁殖快、富集铀量大、提取成本低，很有发展前途，在工程上是可以实现的。目前，德国也正在筹建中试生产工厂。

吸附法是最有希望的一种方法，吸铀量较高。迄今，已研制出百种吸附剂，经常采用的有水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铝矿石、离子交换树脂等，其中水合氧化钛复合吸附剂是当前国际上海水提铀研究开发中最主要的一种，它每克可吸收500～600μg铀，甚至高达1000μg以上。海水如何通过吸附床，是海水提铀实现工业化生产的关键。为此，科学家们提出了一些吸附剂与海水接触的方案，其中较著名的有泵柱式、海流式和潮汐湖式。

泵柱式是把吸附剂装入吸附柱中，用水泵把海水连续不断地通入吸附柱，以使吸附剂与海水接触。这种方法适于在实验室或试验工厂使用，其主要缺点是因海水流动阻力大，致使耗能大。

海流式是把装有吸附剂的吸附床放在有海流的地方，借助海流自然流经吸附床而使吸附剂与海水接触。这种方法需要把装置放在离岸较远的海流流速大的海域，还要考虑防灾技术，因而投资昂贵。

潮汐湖式是把载有吸附剂的吸附床置于有潮汐涨落的上湖和下湖之间，在涨潮时把上湖水门打开让海水流进，当海水由上湖经吸附床流向下湖时，吸附剂与海水接触吸附铀，落潮时下湖水门打开，使接触过吸附剂的海水流走。这种方案由于问题较多，至今还没进行实验。

我国的海水提铀技术研究与开发始于1967年，至70年代末，对铀吸附剂进行了大量筛选研究工作。采用钛型吸附剂，每克可从海水中稳定地吸附铀650μg；采用有机离子交换树脂可稳定地吸附1000μg以上。已从海水中提取了数千克铀化合物，在提铀设备及研究方法上达到世界先进水平，其吸附剂的吸铀率已超过英国。目前，海水提铀研究与开发工作仍处于实验室内的试验阶段，要达到工业化生产水平，还必须解决吸附剂工业化基本参数的测定、总体工程和吸附工程设计，以及整个工程自动控制等技术问题。