第二章核燃料提取与纯化.ppt

（1）钍的纯化 从独居石矿浸取生产的氢氧化钍浓缩物，仍含有相当多的杂质因而还不能直接用作核燃料。 钍纯化的目的就是要把稀土、铀和其它杂质的浓度降低到几个ppm以下。如铀的纯化过程一样，钍的纯化也多采用TBP萃取流程。 3 钍的纯化与转化 英国的流程 纯化后的钍通常制成硝酸钍溶液或水合硝酸钍结晶。在核工业中有使用价值的形式是：ThO2、ThC2、ThF4、ThCl4和金属钍。 从硝酸钍转化成二氧化钍，主要有三种方法。即热力脱硝、氨沉淀和草酸沉淀。 （2）钍的转化 其基本化学反应式为： 热力脱硝： 氨沉淀： 草酸沉淀： ThF4： ThO2＋HF →ThF4 + 2H2O ThCl4： 金属钍：氧化物的钙还原；氯化物的钙（镁）还原；氟化物的钙还原；氟化物或氯化物的熔融盐电解。 思考题： 1. 试比较酸法和碱法浸取铀的优缺点。 2. 在铀矿石硫酸浸取中，为什么要加氧化剂？以反应式表示该过程中铀从矿石转入溶液中的形态变化。 3. 如果某铀水冶厂的矿石原料来自两个不同的矿区，其中1/5为含有大量碳酸盐的矿石，其余为含有大量硅酸盐（磷、钙、镁的含量很低）的矿石，若最终产品为适用于轻水堆的235U富集度为3 %的二氧化铀，试选择从该矿石的浸取开始到二氧化铀芯块产出的全过程和采用的各种方法。 Thank you! 典型流程 1.2×10-4mol/l U3O8 0.42－0.84mol/l Cl- 大部分返回作反萃剂 滤　　液 贫溶剂 1.14m3/min 2.4×10-6mol/l U3O8 负荷有机相 (4×10-3mol/l U3O8) Na2MoO4溶液 NH3 铀反萃剂（NaCl） 1.5mol/l，0.114m3/min 铀产品液 0.035mol/l 浸出液 3.8m3/min 1.2×10-3mol/l U3O8 1.2×10-6mol/l U3O8 萃余液 黄饼 Na2CO3+NH4OH 钼反萃剂 溶剂再生 （钼反萃，四级） 铀反萃 （四级） 铀萃取 （四级） 过滤 干燥 典型的Amex流程 沉淀 Dapex流程 是“Di-Alkyl-Phosphate Extraction”流程的缩写。 以二(2-乙基己基)磷酸（D2EHPA）为萃取剂。 萃取机理：按阳离子交换反应形成萃合物的螯合物萃取。 在各种酸性磷类萃取剂中，从水溶性和反萃取考虑，适合从硫酸溶液中萃取铀的萃取剂是D2EHPA D2EHPA作为一种弱酸，在稀酸中，D2EHPA二聚体的一个氢离子可以离解出来： (HA)2 = HA2- + H+ D2EHPA从酸性溶液中萃取铀时，按照以下阳离子交换反应进行： UO2+ + 2(HA)= UO(HA)+ 2H+ 形成的萃合物 铀浓度高时形成多核配合物 Dapex原则流程 选择性较差，酸性浸出液中存在大量阳离子，因此烷基磷酸萃取剂从矿石浸出液中萃取铀的选择性不如胺类萃取剂。 存在Fe3+ 时，在萃取前要还原Fe3+为Fe2+，降低对铁的萃取率。 D2EHPA萃取特点 对萃取水相中所含细悬浮固体的允许量较高。 从稀的酸性氯化物、硝酸盐或硫酸盐溶液中都可以有效地萃取铀。 优点 缺点 2离子交换法提取铀 阴离子交换法从40年代末开始就已成为从硫酸浸出液中回收铀的重要手段。 2.1阴离子交换树脂 ?　图4-24示出了该类树脂的分子结构，它的活性氮原子附在四个碳原子上。 ?　这种苯乙烯型树脂是由苯乙烯与二乙烯苯聚合后，再经氯甲基化和胺化　　　　两步反应而制成的。 用于铀水冶厂的典型阴离子交换树脂为强碱性的季铵型树脂。 2. 1.1从硫酸浸出液或矿浆中吸附铀 在硫酸浸出液中存在着下列反应： 阴离子交换树脂吸附铀的反应过程为： 但因离子交换法有吸附速度慢、树脂容量低的弱点，所以在处理含铀的浓度很高的清液或矿浆时，需要投入的树脂量和相应的吸附设备就多。 2.1.2从碳酸盐浸出液或矿浆中吸附铀 在碳酸盐浸出液中，铀被树脂吸附的化学反应式为： 2R4NX + [UO2(CO3)2]2- ? (R4N)2UO2(CO3)2 + 2X- 4R4NX + [UO2(CO3)3]4- ? (R4N)4UO2(CO3)3 + 4X- 2.2铀的淋洗 按淋洗剂的不同，分为酸性淋洗、碱性淋洗和中性淋洗三种。一般采用酸性淋洗。 比较常用的有：酸性氯化物溶液（如H2SO4－NaCl,，H2SO4－NH4Cl）；酸性硝酸盐溶液（如HNO3－NaNO3,，HNO3－NH4NO3）；稀硝酸和稀硫酸等。 用硝酸盐或硫酸化的氯化钠作淋洗剂，淋洗过程的主要反应为： (R4N)4UO2(SO4)3 + 4X- ? 4R4NX + UO2