铀的液液萃取机理

第1篇一、引言铀作为一种重要的能源资源，在全球能源结构中扮演着至关重要的角色。

随着全球能源需求的不断增长，铀资源的开发与利用成为各国关注的焦点。

传统的铀资源开发方法主要依赖于陆地铀矿的开采，然而，陆地铀矿资源日益枯竭，寻找新的铀资源开发技术显得尤为重要。

海水提铀吸附法作为一种新兴的铀资源开发技术，具有资源丰富、成本低廉、环境友好等优点，受到了广泛关注。

二、海水提铀吸附法原理海水提铀吸附法是指利用吸附剂从海水中提取铀的方法。

该方法主要包括以下步骤：1. 海水预处理：将海水进行预处理，去除其中的悬浮物、有机物等杂质，提高吸附剂与铀的接触效率。

2. 吸附：将预处理后的海水与吸附剂混合，通过吸附剂表面的官能团与铀离子发生络合作用，使铀离子被吸附在吸附剂表面。

3. 分离：将吸附了铀离子的吸附剂与海水分离，通常采用过滤、离心等方法。

4. 解吸：将吸附了铀离子的吸附剂进行解吸处理，使铀离子从吸附剂表面释放出来。

5. 铀富集：将解吸后的铀离子进行富集处理，提高铀的浓度。

6. 铀提取：将富集后的铀进行提取，通常采用离子交换、溶剂萃取等方法。

三、海水提铀吸附剂种类目前，海水提铀吸附剂主要分为以下几类：1. 有机高分子吸附剂：如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等，具有吸附容量大、选择性好等优点。

2. 无机材料吸附剂：如活性炭、硅藻土等，具有成本低、吸附性能稳定等优点。

3. 复合型吸附剂：将有机高分子吸附剂与无机材料吸附剂进行复合，提高吸附剂的吸附性能。

四、海水提铀吸附法优势1. 资源丰富：海水是地球上最大的铀资源库，其铀资源量约为陆地铀矿的4000倍，具有巨大的开发潜力。

2. 成本低廉：海水提铀吸附法采用天然材料或低成本材料作为吸附剂，降低了铀资源开发成本。

3. 环境友好：海水提铀吸附法不会对海洋生态环境造成严重破坏，具有较高的环境友好性。

4. 可持续发展：海水提铀吸附法符合可持续发展理念，有助于缓解陆地铀矿资源枯竭的问题。

五、海水提铀吸附法挑战1. 吸附剂吸附容量有限：海水中的铀含量较低，需要提高吸附剂的吸附容量，以降低铀资源开发成本。

电化学提铀
电化学提铀是一种利用电化学方法从铀矿石中提取铀的技术。

铀是一种重要的核燃料，广泛用于核能发电和核武器制造。

传统的铀提取方法主要是通过化学浸出和萃取等方法，但这些方法往往存在环境污染和资源浪费的问题。

电化学提铀主要利用电化学反应将铀从矿石中溶解出来。

具体步骤包括将铀矿石研磨成粉末状，然后将其与适当的电解液混合。

通过施加电流，铀离子会从矿石中溶解到电解液中，形成可提取的铀溶液。

电化学提铀相比传统方法具有一些优点。

首先，电化学提铀可以实现更高的提取效率，因为电流可以提高铀的溶解速度。

其次，电化学提铀对环境影响相对较小，因为它不需要使用大量的化学试剂，并且产生的废液可以进行循环利用。

此外，电化学提铀还可以实现对铀溶液的精确控制，以便实现更高纯度的铀提取。

然而，电化学提铀也存在一些挑战和限制。

首先，电化学提铀需要消耗大量的电能，因此其能耗较高。

其次，电化学提铀需要使用特定的电解液和电极材料，这对设备的选择和设计提出了一定的要求。

此外，电化学提铀还需要较长的处理时间和复杂的操作流程，增加了生产成本和技术难度。

电化学提铀技术正在不断发展和完善，以提高提取效率、降低成本
和环境影响。

电化学提铀在核燃料循环和核废料处理等领域具有重要的应用前景，但仍需要进一步的研究和实践来解决技术和经济上的挑战。

盐湖卤水中铀的分离提取研究摘要铀是核科学中最基本、最重要的元素，是一种军民两用的战略资源。

随着核电的飞速发展，铀的需求量不断增加，而铀矿的储量是有限的。

海水中铀的总储量达45亿吨，因此海水提铀成为近年来世界各国研究的热点。

但海水中的铀浓度很低（3μg/L），提取难度大，成本高。

研究结果表明，盐湖卤水中铀的浓度是海水的100倍甚至更高。

我国盐湖资源丰富，极具开发价值，开展盐湖提铀研究符合国家重大需求。

本文以从真实盐湖水中获得常量铀产品为最终目标，选取青海尕斯库勒湖区水样开展了盐湖提铀的相关研究工作。

对盐湖不同开发阶段的卤水进行了取样分析，总结了卤水日晒蒸发过程中铀浓度的变化规律，认为盐湖钾资源开发过程中产生的老卤水是盐湖提铀的最佳水源。

用接枝法和共交联法分别合成了偕胺肟基化的介孔氧化硅材料，利用红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和物理吸附仪对材料结构进行了详细的表征；考察了铀溶液初始pH、吸附时间、铀溶液初始浓度、吸附剂用量和共存离子等因素对铀吸附的影响。

研究表明，偕胺肟基修饰能够有效提高介孔氧化硅对铀的吸附速率和吸附容量，偕胺肟基对铀的吸附是肟基上的N和氨基上N共同作用的结果。

在此基础上，考察了偕胺肟基介孔氧化硅材料对真实盐湖卤水中铀的吸附，发现共交联法制备的材料对实际盐湖水样中铀的吸附容量最高可达3.5 mg/g，是一种具有应用前景的吸附剂。

为了进一步提高材料对铀的吸附效果，制备了咪唑介孔氧化硅并研究了其对铀的吸附行为，为偕胺肟基咪唑介孔氧化硅材料在实际盐湖提铀中的应用提供了基础数据。

实际盐湖卤水体系复杂，无机盐含量极高，即使吸附材料对铀有很好的选择性也无法完全避免其对杂质元素的吸附。

为了从盐湖中得到高纯度的铀提取物，设计了先吸附富集再萃取纯化的盐湖提铀工艺流程，以介孔氧化硅为吸附剂，优化了吸附富集过程中吸附时间、解吸剂种类、解吸剂用量等工艺条件，并以磷酸三丁酯（TBP）为萃取剂对所得铀产品进行了纯化。

实验一微量铀的测定——TBP萃取分离－偶氮胂III法一、实验目的1、了解酸溶解法铀矿分析的基本原理。

2、初步掌握铀矿分析的有关实验技术。

二、实验原理地壳中铀的平均含量约为（3~4）×10-4%。

由于铀的分布非常稀散，因此，地壳中铀矿床中铀的含量一般在百分之几到万分之几，大多数铀矿床中铀的平均含量低于1%。

自然界存在的铀矿约有200种，其组成也非常复杂。

根据铀矿的成因和产地，可把它分成原生铀矿和次生铀矿两类，前者以UO2·U n O2·mPbO形式存在，后者则以UO2·nA2O为主。

若以铀矿的化学组成来分类，大致可归纳十余种，其中包括氧化物矿、碳酸盐矿、硅酸盐、铌钽酸盐和钛铌钽酸盐矿、磷酸盐矿。

砷酸盐矿、钒酸盐矿、硫酸盐矿、钼酸盐矿以及含铀碳物质等。

铀矿石中铀的测定一般分为三个步骤：试样分解、铀与伴生杂质分离以及铀的测定。

1、试样的分解铀矿石中含铀量的准确测定，首先需要从矿石中“定量”提取铀。

把铀矿石完全溶解是一种途径，将矿石经过适当处理，把其中的铀全部“浸取”出来也是一种可取的方法。

一般的铀矿石，经研磨、过筛（180目），大部分可被盐酸—过氧化氢或氯酸钾、磷酸—过氧化氢、王水等试剂所溶解。

对于含硅量较高的矿石，可用盐酸—氢氟酸、硝酸—氢氟酸或硫酸—氢氟酸处理后，矿石中的铀都能定量溶出。

对于一些很难分解的铀矿，则必须采用熔融方法来分解。

如对含铌酸盐和钽酸盐的铀矿，既可以用氢氧化钠或者氧化钠这一类碱性熔剂来分解，也可以用焦硫酸钾或氟化氢钾等酸性溶剂来处理。

下表列出一些常见铀矿石样品及其分解方法，可供参考。

表2-1 常见铀矿样及其分解方法本实验选用盐酸－过氧化氢分解矿石，然后经硝酸处理使铀转化成硝酸铀酰。

由于矿石中的铀通常以U3O8或UO2存在，较难被盐酸直接溶解。

为此，在用盐酸或硫酸溶解U3O8或UO2时，加入H2O2可加速溶解过程，H2O2的作用是将U（Ⅳ）氧化成U （Ⅵ），反应如下：UO2+2HCl+ H2O2=UO2Cl2+2H2O (E2.1)U3O8+6HCl+ H2O2=3 UO2Cl2+4H2O (E2.2)经硝酸处理后，氯化铀酰转变成硝酸铀酰：UO2Cl2+2HNO3=3UO2(NO3)2+2HCl↑ (E2.3)2、分离提纯由于矿石中含有大量的铀的伴生元素，诸如Si、S、P、F、Fe、Al、Ca、Mg、Cu、Th、RE等，在溶矿时，某些伴生杂质全部或部分地随铀一起溶解于分解液中，其中部分杂质会妨碍或干扰铀的分析，因此，在铀的测定前必须把这些干扰成分除去。

铀的浸取技术有哪些原理
铀的浸取技术主要有溶剂浸取技术和熔盐浸取技术两种。

1. 溶剂浸取技术：
溶剂浸取技术是利用有机溶剂与铀矿石中的铀化合物发生化学反应，并通过相溶液分配系数差异，将铀从矿石中转移到有机相中的一种分离提取技术。

常用的有机溶剂有二酮类化合物、萘和醇等。

该技术的原理是通过有机溶剂与铀矿石中的铀化合物发生络合反应，形成络合物，从而实现铀的提取和分离。

2. 熔盐浸取技术：
熔盐浸取技术是利用铀矿石在高温下与熔盐反应溶解，然后通过浸出液中铀的物理和化学性质的差异，实现铀的提取和分离的一种技术。

常用的熔盐体系有氯化钠-氯化钇、氯化铵等。

该技术的原理是利用熔盐中的化学反应溶解矿石中的铀化合物，然后通过化学反应、离子交换等过程将铀从熔盐中转移到其他溶液中，最终得到纯铀。

这些技术都是通过合理选择溶剂和熔盐，利用溶剂或熔盐与铀矿石中的铀化合物发生化学反应，从而实现铀的提取和分离。

萃取是在两个液相间进行。

大部分萃取采用一个是水相。

另一个是有机相。

但有机相易使蛋白质等生物活性物质变性。

最近，发现有一些高分子水溶液（如分子量从几千到几万的聚乙二醇硫酸盐水溶液）可以分为两个水相，蛋白质在两个水相中的溶解度有很大的差别。

故可以利用双水相萃取过程分离蛋白质等溶于水的生物产品。

例如用聚乙二醇（PEG Mr为6000）/磷酸钾系统从大肠杆菌匀浆中提取β-半乳糖苷酶。

这是一个很有前途的新的分离方法，特别适用于生物工程得出的产品的分离。

萃取技术是一种分离技术，主要用于物质的分离和提纯，这里将介绍几种常用的萃取技术，有溶剂萃取、双水相萃取、凝胶萃取三种，本文将分别从它们的原理、过程及应用三方面介绍，这些技术广泛应用于分析化学、原子能、冶金、电子、环境保护、生物化学和医药等领域。

关键字溶剂萃取双水相萃取凝胶萃取原理过程应用摘要--------------------------------------------------- 1 目录--------------------------------------------------- 2一、溶剂萃取------------------------------------------ 31 原理-------------------------------------------- 32 过程-------------------------------------------- 53 应用-------------------------------------------- 5二、双水相萃取---------------------------------------- 61 原理-------------------------------------------- 62 过程-------------------------------------------- 73 应用-------------------------------------------- 8三、凝胶萃取------------------------------------------ 81 原理-------------------------------------------- 82 过程-------------------------------------------- 103 应用-------------------------------------------- 11 参考文献----------------------------------------------- 11第一章溶剂萃取利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的。

第42卷第6期2020年12月Vol.42No.6Dec<2020核 化 学 与 放 射 化 学Journal of Nuclear and Radiochemistry氧化铀在离子液体中溶解及铀的分离郭纵,褚泰伟**收稿日期：2020-08-15 ；修订日期：2020-09-29基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1967216,21976008,1575010)作者简介：郭 纵(1995—),女，吉林吉林人，博士研究生，应用化学专业,E-mail ： 2001110455@*通信联系人：褚泰伟(1971—),男，山西交城人，博士生导师，副教授，从事应用化学研究,E-mail ： twchu @北京大学化学与分子工程学院，放射化学与辐射化学重点学科实验室&匕京分子科学国家实验室&匕京100871摘要：传统干法后处理中常使用高温熔融盐溶解氧化铀，并通过电化学方法分离纯化。

离子液体作为新型溶剂具有更低的熔点、更宽的电化学窗口和较好的溶解性,并且可进行设计修饰，在溶解氧化铀方面具有很好的应用前景°本文对离子液体体系溶解铀氧化物和铀的分离纯化进行了总结，并讨论了溶解体系的表征手段° 关键词：氧化铀；离子液体;溶解；分离与纯化中图分类号:O615. 1文献标志码:A 文章编号：0253-9950(2020)06-0433-10doi ：10. 7538/hhx. 2020. YX. 2020074Dissolution of Uranium Oxides in Ionic Liquids and Separation of UraniumGUO Zong , CHU Tai-wei *Beijing National Laboratory for MolecularSciences &RadiochemistryandRadiationChemistryKeyLaboratoryofFundamentalScience ,Co l egeofChemistryand MolecularEngineering ,Peking University ,Beijing100871,ChinaAbstract : In traditional dry reprocessing , high-temperature molten salt is often used to dis-solveuraniumoxi3es.An3electrochemicalmetho3sareuse3forseparationan3purification. As new solvents & ionic liquids have lower melting points , larger electrochemical window ,good solubility , and can be designed and modified , which have great development prospectsin disso&ving uranium oxides. This artic&e summarizes the disso&ution of uranium oxides in ionic iquidssystems , theseparation and purification ofuranium ,and discussescommoncharacterization methodsforthedisso&utionsystems.Key words : uranium oxides ； ionic liquids ； dissolution ； separation and purification目前最成熟的乏燃料后处理流程是以PUREX (plutonium and uranium reduction extraction)流程为代表的湿法后处理流程，使用传统有机稀释剂和萃取剂进行乏燃料的分离和纯化[1]'湿法后 处理虽是比较成熟的工艺，但仍存在一些缺点，难以满足新的生产需求，比如湿法后处理工艺难以处理燃耗深、冷却期短的乏燃料’干法后处理临 界安全性高、放射性废物少、耐辐照性更好，近年 来得到了广泛关注干法后处理常需要使用高温熔融盐，这种方法具有一些缺点，如成本高、对434核化学与放射化学第42卷材料耐腐蚀性要求高、安全性风险高等。

11 液液萃取（溶剂萃取）Liquid-liquid extraction(Solventextraction)11.1 概述一、液液萃取过程：1、液液萃取原理：根据液体混合物中各组分在某溶剂中溶解度的差异，而对液体混合物实施分离的方法，也是重要的单元操作之一。

溶质 A + 萃取剂 S——————〉S+A (B) 萃取相 Extract分层稀释剂 B B + A (S…少量) 萃余相 Raffinate（残液）一般伴随搅拌过程 => 形成两相系统，并造成溶质在两相间的不平衡则萃取的本质：液液两相间的传质过程，即萃取过程是溶质在两个液相之间重新分配的过程，即通过相际传质来达到分离和提纯。

溶剂 extractant（solvent)S 的基本条件：a、S 不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶；b、溶剂具有选择性，即溶剂对A、B两组分具有不同溶解能力。

即（萃取相内）（萃余相内）最理想情况： B 与 S 完全不互溶 => 如同吸收过程： B 为惰性组分相同：数学描述和计算实际情况：三组分分别出现于两液相内，情况变复杂2 、工业萃取过程：萃取不能完全分离液体混合物，往往须精馏或反萃取对萃取相和萃余相进行分离，而溶剂可循环使用。

实质：将一个难于分离的混合物转变为两个易于分离的混合物举例：稀醋酸水溶液的分离：萃取剂：醋酸乙酯3 、萃取过程的经济性：取决于后继的两个分离过程是否较原液体混合物的直接分离更容易实现（ 1 ）萃取过程的优势：（与精馏的关系）ａ、可分离相对挥发度小或形成恒沸物的液体混合物；ｂ、无相变：液体混合物的浓度很低时，精馏过于耗能（须将大量 B 汽化）；ｃ、常温操作：当液体混合物中含有热敏性物质时，萃取可避免受热；ｄ、两相流体：与吸附离子交换相比，操作方便。

（ 2 ）萃取剂的选择——萃取过程的经济性a、分子中至少有一个功能基，可以与被萃取物质结合成萃合物；b、分子中必须有相当长的烃链或芳香环，可使萃取剂和萃合物容易溶解于有机相，一般认为萃取剂的分子量在350－500之间较为合适。

内容提纲1、铀对人和环境的影响－提出研究必要性在放射性废物和地质物质中，铀及其同位素以各种浓度和各种氧化态形式存在，其中铀（Ⅵ）是最重要的一种形式。

因为它半衰期很长并且高放射生物毒性，所以铀被看作是严重的长期环境问题，铀复合物的吸入导致在肺中的沉积，并通过血液循环到达肾脏，引起肾病或肾衰竭而死。

根据Gilman的研究，世界卫生组织确定，人体可承受铀的日摄取量为0.6ug/kg体重.世界卫生组织、加拿大健康组织和澳大利亚饮用水标准规定饮用水中铀的最大含量分别应少于9、20、20ug/L,（想加入中国饮用水铀许可标准）。

2、固相萃取铀的优点－研究基础的可行性到目前为止，铀主要通过液－液萃取来进行分离，液－液萃取的方法可以选择性的萃取这种元素，例如用季铵盐、噻吩甲酰三氯丙酮－二甲苯体系或B-二酮和冠醚、杯芳烃体系。

标准阳离子交换也可以从水溶液中分离铀。

遗憾的是这些方法要么由于使用有机溶剂易挥发对操作人员健康不利，规模操作中容易产生乳化，增加分离难度，而且萃取后反萃浓缩后会产生大量二次废物，不利于减容和后续固化处置；要么在共存离子条件下缺乏选择性，从而交换剂上的位点很快被耗尽。

固相萃取（SPE）或固液萃取相对其它技术而言是最先进的方法。

这些方法的优点主要包括高富集因子、减容比大、不会产生乳化现象、对危险样品操作安全，由于没有溶剂的消耗从而成本最低，操作方便容易组装成为自动（流态）化工艺。

3、活性炭固相萃取剂载体萃取铀的研究综述（列出吸附容量统计表）－引出改进吸附容量和选择性－提出待解决的科学问题活性炭作为固相萃取的载体具有非常重要的优势，包括高的表面积、高的热和化学稳定性（硅胶在pH值<2时趋向溶解）、比绝大多数聚合树脂材料具有更好的刚性和辐照稳定性，而且经济实惠容易制备98年。

许多研究人员利用炭质材料对铀的分离与浓缩作了大量的工作。

W A Abbasi在活性炭上负载TBP在高酸度下分离铀，A.M. Starvin和H. H. Someda and R. R. Sheha分别用DAB和草酸、琥珀酸浸渍活性炭得到具有较好选择性的铀固相萃取剂。