酰胺类萃取剂萃取铀的机理研究

2016-08-22关庆涛

地球 2016年3期

关键词：煤油水相酰胺

■　关庆涛

（辽宁省核与辐射监测中心辽宁沈阳110000）

酰胺类萃取剂萃取铀的机理研究

■关庆涛

（辽宁省核与辐射监测中心辽宁沈阳110000）

研究了几种酰胺类萃取剂在硝酸介质中萃取铀的机理，分析结果并进行了讨论。现阶段酰胺类萃取剂在硝酸介质中萃取铀的研究主要通过考察HNO3浓度、UO22+浓度、不同种类萃取剂浓度及温度对铀分配系数的影响，分析萃合物的组成，来推测萃取机理。通过萃取剂萃取硝酸及铀的反萃取进行研究得出结论。

酰胺类萃取剂铀萃取

0　前言

核能作为一种清洁高效的能源必将成为未来的新能源之一。然而核燃料使用后产生的核废料，仍具有极高的放射性。当一些核废料被运到后处理厂，经化学工艺处理后提取铀和钚仍能循环使用。在放射性物质的分离中，一般采用的分离方法有共沉淀法、萃取法、离子交换法和色层法等。溶剂萃取法由于具有方法简单、分离迅速、选择性和回收效率高、分离效好、操作方便等优点，而为其应用开辟了广阔前景。同时溶剂萃取法可供选择的溶剂也丰富多样，还可根据需要合成各种性能优良的萃取剂。一般来说萃取剂结构不同会导致性能不同，萃取的机理也不一样，根据萃取机理不同，萃取剂可以分为：惰性萃取剂，中性含氧萃取剂，中性磷类萃取剂，酸性磷类萃取剂，胺类萃取剂，螯合萃取剂，协萃剂等。

综上所述，萃取性能受萃取条件、萃取剂种类等影响，酰胺的种类和结构是制约萃取锕系元素能力的最主要因素。因此，还有待于我们进一步去寻找一种理想的新型胺类萃取剂和其工业化进行研究。相信不久的将来，我们能找到一种能完全替代甚至明显优于TBP的新型萃取剂，从而推动全世界核能技术的快速发展。

本文主要研究了对N,N,N＇,N＇-四丁基己二酰胺在硝酸介质中萃取铀和N，N＇-四己基丙二酰胺在酸性介质中萃取铀的机理。

1　实验分析

（1）原理：双酰胺类的四取代化合物对铀(Ⅵ)，钚（Ⅳ)和镅(Ⅲ)等锕系等元素具有比较强的萃取能力。和TBP相比，它的优点是：产物能燃烧并无固体产生且其降解产物(二元酸，二级胺)基本不会影响萃取过程，且合成简便。研究Ⅳ，Ⅳ，Ⅳ’，Ⅳ四丁基己二酰胺(TBAA)用等体积煤油三甲苯作为稀释剂，萃取硝酸介质中的铀的反应机理.还对TBAA萃取HNO3及反萃铀取进行研究，并简单讨论了其萃取机理。

（2）仪器试剂：TBAA经碱和酸洗，减压蒸馏，纯度大于98%；煤油，磺化处理；TBP依次用等体积的25g/LNaCO3一0.1mol/NaOH溶液，0.1mol/LHNO3各洗涤2次进行处理，后用水洗至中性；其它试剂为分析纯或化学纯；分光光度计；pH计；石英比色皿。

（3）分析步骤：①分配系数实验:分别将含有铀离子硝酸溶液与一定浓度的TBAA相同体积的煤油三甲苯置于10ml萃取管中，震荡10分钟离心分相，分析两相中的铀例子浓度。用偶氮胂Ⅲ分光光度法测定铀，并分析计算分配系数D值。②铀的反萃试验:取0.5mol/L的TBAA-相同体积的煤油三甲苯和相应的硝酸溶液（体积比2:1），配制有机相（含有一定浓度的铀）。对硝酸和等体积的有机相进行反萃取操作，每次平衡约10分钟，离心分离，取两相分析，最后球场反萃取率。

2　实验结果与讨论

2.1萃取平衡时间的选择

实验证明TBAA萃取铀不到10分钟就可达到平衡，以下分配系数实验中的震荡时间均为10分钟。

2.2水相中硝酸浓度和铀浓度对铀分配系数的影响

由图1可知水相硝酸浓度增加，萃取铀的分配系数增大；当水相硝酸浓度持续增高时，铀的分配系数达到最大值，然后下降。由图2可知水相铀浓度不会导致铀的分配系数变化，这也说明铀萃取时没有发生聚合作用。

图1　硝酸浓度对铀（Ⅵ）分配影响系数的C（U）=0.5X10—3 mol/L;C(TBAA)=0.5mol/L

图2　铀浓度对铀的分配系数的影响C(HNO3)=3.0mol/L;C(TBAA)=0.5mol/L

2.3萃取剂浓度对铀和硝酸萃取的影响

图3中，当水相HNO3浓度为3mol/L时铀萃取分配系数会随着TBAA浓度的增加而增加。图4其斜率为1由图4可直观得到，这和C.Musikas[8]代的丙二酰胺萃取硝酸(3～4 mol/LHNO3范围内，其斜率为1.1)的结果相吻合。说明TBAA萃取硝酸也存在着多重平衡，不但有(TBAA)2?HNO3、(TBAA)?HNO3，而且还有TBAA? (HNO3)2。