放射性钍资源利用及分离工艺2016.帅震清资料.doc

放射性钍资源利用与分离工艺研究 四川省辐射环境管理监测中心站 帅震清，成都，610031教授级高级工程师 钍是一种重要的核燃料，我国的独居石、稀土矿中蕴藏量巨大，具有易分离、更清洁的特点。将独居石及稀土矿的中放射性钍分离出来，作为核电站的燃料利用，可以满足我国核电的长期需要。既减少对工作人员的危害和环境污染，实现资源综合利用。因此，开展稀土矿中放射性钍的分离工艺试验具有十分重要的战略意义。本文研究了稀土矿物中伴生的放射性钍的资源量、含量和化学形态，进行了攀西稀土矿酸法工艺分离钍试验。 1、稀土矿物中放射性核素钍的的来源 内蒙，四川等地的稀土矿床属内生矿床。在其由岩浆冷凝的成矿过程中，天然放射性核素也随之伴生，经过多次监测结果证实，四川稀土矿天然放射性核素238U、226Ra和40K的含量属本底水平或略高于本底；而232Th含量则普遍较高。而江西的离子稀土和广东独居石矿中天然放射性核素属铀系和锕系，钍、铀和227AC的含量很高。核素在矿石中存在的形式有三种：一是以独立钍矿的形式存在，如钍石；二是以同象的形式存在于含钍矿物中，如独居石、易解石和氟碳酸盐稀土等矿物；三是以微细胞裹体的形式存在于磷铁矿和脉石矿物中。在属内生矿的稀土矿体中，钍在化学形态上均以ThO2的形式存在。我国的主要稀土矿中ThO2的含量分析结果见表1。 表1 我国主要稀土矿中ThO2含量 名 称 样 品 量/件 ThO2含量/% 标准差 内蒙铁——稀土矿石 20 0.018(0.009-0.028) 0.012 内蒙白云岩稀土矿石 25 0.015(0.008-0.031) 0.008 内蒙硅酸盐稀土矿石 20 0.018(0.004-0.025) 0.009 内蒙稀土精矿 35 0.19(0.17-0.22) 0.015 内蒙地壳中岩石与土壤 9 0.001(0.0007-0.003) 0.001 四川牦牛坪稀土矿石 18 0.016(0.008-0.026) 0.001 四川牦牛坪稀土精矿 28 0.20(0.11-0.34) 0.016 四川地壳中岩石与土壤 9 0.001(0.0004-0.003) 0.001 由表1可知，内蒙的三类稀土矿石中ThO2含量基本相同，而内蒙矿石中ThO2含量要比四川稍高一些。稀土矿石中ThO2含量比一般土壤和岩石则约高一个数量级[1]。若地壳中ThO2的正常平均含量按0.0014计算[2]，则一般稀土矿中的ThO2含量比地壳中正常值约高20倍，而稀土精矿中ThO2含量则约高200倍。 2、四川牦牛坪稀土矿中钍的资源现状 四川牦牛坪钍（ThO2）查明资源总量为2751+51692=54443吨，按如上推算，已开采的四川牦牛坪氟碳铈稀土矿伴生的钍资源2751吨。 3. 稀土矿开发利用中放射性钍的危害 稀钍采、选、冶过程中会产生的放射性废渣、废水、放射性粉尘及气溶胶。这些放放射性物质产生污染是不可忽视的，其污染物大致可由三条途径危害人们的身体健康: （1）γ射线穿透能力很强， 可以穿过人的衣服， 损伤人的机体；（2）呼吸污染空气, 将气溶胶粉尘等污染物呼吸进入人的肺内照射肺组织； (3)通过食物及人体的皮肤污染进入人体形成内照射。 人和动物接受大剂量的放射线照射、吸入大气中放射性微尘或摄入含放射性物质的水和食品, 都有可能产生放射性疾病。人体长期受到多次小剂量放射线照射会 有头晕、头痛、乏力、关节疼痛、记忆力减退、失眠、食欲不振、脱发和白细胞减少等症状, 甚至有致癌和影响后代的危险。白血球减少是机体对放射性射线照射最为灵敏的反应之一。除致癌效应外, 辐射的晚期效应还包括再生障碍性贫血、寿命缩短、白内障和视网膜发育异常。钍是一种重要的核燃料，我国蕴藏量巨大，将稀土矿的中放射性钍分离出来，作为钍资源利用，既减少对工作人员的危害和环境污染，有实现资源综合利用。因此，开展稀土矿中放射性钍的分离工艺试验具有十分重要的战略意义。 4、钍的水溶液化学特征[2] 4.1、钍的氧化价态 钍的水溶液中只有一种+4价氧价态，所以，它的氧化还原性质比较简单。Th4+离子在水溶液虽无色的，其化学性质与Zr4+、+4价稀土元素离子相似。在酸性溶液中氧化还原电位为： Th4++4e=Th, EO=-1.90V 在碱性溶液中氧化还原电位为： Th(OH)4+4e=Th + 4OH-, EO=-2.48V 金属钍是强还原剂，它活泼性介于Mg和A1之间。 4.2、钍离子的水解行为 由于Th4+的电荷较高，离子半径小(0.099mm)，所以在水溶解中有较强的水解配位行为，在pH大于3的溶解中Th4+开始发生水解反应，其水解平衡常数： Th4++4H2O=+2H3O+, K=3.4×10-8 或2 Th4++4H2O= +2H3O+, K