氯离子体系铀溶液中铁、钍、稀土的去除研究

采用复盐沉淀法,用硫酸钠同时去除氯离子体系铀溶液中的铁、钍、稀土杂质离子,并研究了硫酸钠用量、反应温度、反应时间、体系pH等对除杂效果的影响。结果表明,反应的最佳条件为:硫酸钠用量为理论量的160%、反应温度95℃、反应时间2 h、体系pH=0.75~1.25。在此优化条件下,铁、钍和总稀土的平均去除率分别达到99.62%、99.42%和98.27%,铀的平均回收率为99.87%。方法具有除杂效果好、铀损失率低、易分离等优点。

钍基熔盐反应堆内化学研究进展和展望

熔盐反应堆是第四代核能系统中唯一使用液态燃料的反应堆,在钍基熔盐反应堆研制和运行中有许多直接与化学相关的关键问题,堪比“化学堆”。于是,因熔盐反应堆研发和运行的需要诞生了放射化学在裂变能利用中的一门新分支学科——熔盐反应堆化学。本实验室利用加速器驱动的中子源和γ能谱分析技术开展了钍基熔盐反应堆化学研究。本文介绍了钍铀转换中间核素~(233)Pa和裂变产物~(131)I及~(95)Nb在熔盐反应堆模拟燃料盐中分布和行为的研究进展。基于对美国橡树岭国家实验室(ORNL)的熔盐反应堆实验装置运行中的燃料盐、锕系元素和裂变产物等相关若干问题分析,提出了在钍基熔盐反应堆框架内熔盐反应堆内化学方面应该进一步开展的研究内容,包括钍基熔盐反应堆运行的化学检测和诊断、影响熔盐氧化还原电势的因素、熔盐氧化还原电势检测的新技术等。熔盐反应堆化学研究的进一步深入将拓展熔盐反应堆化学实践和理论,使钍基熔盐反应堆化学水平提升到新高度,为未来钍基熔盐反应堆高效安全运行提供科学技术方面的支撑和保障。

混凝-共沉淀法处理含铀钍废水的研究

在核燃料元件研制和生产过程中,由于各种先进燃料元件掺杂元素种类不同,废液中除放射性污染物铀化合物外,还含有由燃料掺杂产生的钍(Th)等金属元素化合物。在含铀钍废液共沉淀过程中,钍盐还可以作为混凝剂对铀进行去除和净化。实验结果表明:对于含铀钍废液混凝-共沉淀体系,壳聚糖作为絮凝剂絮凝效果较好,废液中初始铀浓度越高,铀去除率越高,但铀浓度增加至60 mg·L^(-1)时,铀浓度的升高对铀去除率的影响就不再显著;钍铀比在低浓度铀([U]=20~60 mg·L^(-1))废液中对铀去除率影响较为显著,当钍铀比为1∶1时,铀去除率趋于平衡,在较高浓度铀([U]=60~100 mg·L^(-1))废液中没有显著影响。壳聚糖的加入量控制在0.5~1 mg·mgU^(-1)左右;pH值控制在8左右处理效果较好。温度对铀去除率影响较小,温度升高铀去除率略有下降,总体而言铀去除率>92%,钍去除率>96%。

硝酸钍法测定排渣中氟含量的方法改进研究

硝酸钍滴定法因为其简单快速而成为氟化工生产中氟含量测定的的重要方法。为了提高硝酸钍法测定排渣中氟含量的准确度,减少试验带来的误差,以X射线荧光光谱法为对照,对实验过程中的样品称样量、溶样及酸度调节等各个因素进行了试验研究,以期优化实验操作步骤。结果表明:样品研磨均匀,样品中盐酸处理干净并采用广范试纸调节酸度后按操作规程进行检测,与对照相比,不同分析者的结果异常,当用pH计调节滴定液的酸度为3.2左右时检测,该方法与X射线荧光光谱法结果吻合较好,检测结果准确可靠,可以用于测定排渣中氟的含量。

放射性铌铁精矿中铀钍的脱除及分离

通过对国内某企业进口放射性铌铁精矿进行工艺矿物学分析,确定该精矿的主要矿相为烧绿石,同时伴生钛铁矿和白云母,矿石中放射性元素U和Th的含量分别为0.27%和1.03%。针对该铌铁精矿,探索H_(2) SO_(4)-Fe(Ⅲ)、H_(2)SO_(4)-HF-H_(2)O_(2)、H_(2)SO_(4)-HF、H_(2)SO_(4)-HF-H_(2)O_(2)-(NH_(4))_(2)CO_(3)体系中U和Th的浸出及分离效果,最终确定H_(2) SO_(4)-HF-H_(2)O_(2)-(NH_(4))_(2)CO_(3)多段浸出工艺能有效实现U和Th的脱除与分离。U、Th的脱除率分别为100%和80%。基于研究提出了铌铁精矿U、Th脱除及分离工艺流程。

煤系铝土矿中铀与钍富集特征及其自然伽马异常响应

山西省煤系铝土矿资源丰富,深部铝土矿资源评价正逐步开展,为进一步确定煤中铝资源禀赋,探求高效勘查方法,以山西孝义地区上石炭统煤系铝土矿层为研究对象,选取并采集了3个钻孔的37个样品,应用显微光学分析、XRD、SEM、XRF和ICP-MS等技术方法,在分析煤系铝土矿层沉积环境和成矿物源的基础上,研究铝土矿中铀(U)、钍(Th)元素的赋存状态与富集成因,探讨U、Th元素的地球化学特征与自然伽马异常的响应关系。结果表明,研究区铝土矿层形成于海相碱性弱氧化为主的沉积环境,沉积过程中存在氧化、弱氧化–弱还原和还原环境,且氧化还原条件不断发生微弱变化;铝土矿与其顶板黏土岩(矿)物源相似,主要源自酸性岩浆岩,而底板铁质岩的物源则与玄武岩或钙质泥岩有关;铝土矿层U、Th元素异常富集主要受控于物源母岩类型及铝土矿、黏土矿物和含钛矿物的吸附能力;铝土矿中富集的U、Th元素是自然伽马高异常的主要原因,且Th元素的贡献较U元素明显。研究结果对划分煤系铝土矿和围岩、确定煤系铝土矿的层位及推测矿体厚度具有实际意义,并对开展深部煤系铝土矿勘探与开发也具有理论指导意义。

含铀钍氯化稀土溶液中离子交换法提铀

提出了一种利用铀酰离子与Cl^(-)的络合,从高稀土低铀的含氯体系浸出液中分离提取铀而将大部分的稀土元素和钍留在浸出液中的离子交换法。研究了离子吸附过程中体系pH和氯离子浓度等对吸附效果的影响。结果表明,在反应pH=0~1、Cl^(-)浓度7 mol/L的优化条件下,饱和树脂对铀的吸附量能够达到43.34 mg/g。后续采用7 mol/L HCl溶液酸洗和去离子水淋洗,回收钍和稀土的同时实现了铀的分离提取。该技术不改变传统稀土提取工艺流程,仅增加铀提取工艺技术单元,可实现铀的分离与浓缩,具有工艺流程短、不影响原有稀土提取工艺和矿产最大化利用的特点。

光释光测年中铀钍钾含量ICP-MS和XRF测量方法

光释光(OSL)测年包括等效剂量和环境剂量率的测量,准确测定铀钍钾含量是保证环境剂量率计算准确的重要环节,常用测量方法为电感耦合等离子体质谱与发射光谱法(ICP-MS/OES)联用,但铀钍钾不能同时测定,测量时间长。本文采用ICP-MS和X射线荧光光谱法(XRF)测定光释光沉积物样品中铀钍钾含量并用于环境剂量率的计算。在ICP-MS分析中,对高含量的钾采用电子稀释,减少进入检测器的钾离子,使铀钍钾离子在同一个数量级上,实现了高含量钾和低含量铀钍同时分析,方法检出限铀为6.38ng/L,钍为8.52ng/L,钾为926ng/L。研究了封闭酸溶法和敞口酸溶法对铀钍钾测定的影响,两种溶样方法处理10个沉积物和土壤标准物质,铀钍钾测定结果准确可靠,相对误差无显著差异,均在0~9.33%;但敞口酸溶法操作更简便,样品处理时间(约9h)短于封闭酸溶法(约60h),故ICP-MS分析时选取敞口酸溶法溶解样品。采用压片XRF法测定标准物质中铀钍钾的相对误差分别为4.78%~16.2%、1.20%~13.3%和0.00%~5.67%。ICP-MS和XRF测定20个渤海湾沉积物样品,计算获得环境剂量率的相对偏差在6%以内。XRF更适合测量钾含量高的释光样品;而ICP-MS测定铀钍的检出限更低,精密度和准确度更高,对于超痕量样品,该法测量结果更为准确。

新型钍基类MOX燃料的制备和第一性原理研究

为研究钍基类MOX(Th-MOX)燃料Th_(1-x)Pu_(x)O_(2)的结构及性质,以性质相近的Ce原子替代Pu原子,采用溶胶-凝胶法在不同烧结温度下制备了Th_(1-x)Ce_(x)O_(2)(x=0,0.25,0.50,0.75,1),利用XRD、SEM和拉曼光谱仪对其形貌和结构进行了表征,同时采用基于密度泛函理论的第一性原理计算软件VASP计算了Th_(1-x)Ce_(x)O_(2)的晶格常数和电子态密度。实验结果表明:制备得到的Th_(1-x)Ce_(x)O_(2)在致密性和颗粒均匀性方面表现出良好的性能。随烧结温度的升高,密度先增大后减小(最高达到理论密度的98.4%),晶界迁移使晶粒尺寸增大。混合氧化物在形成的过程中晶格中产生了氧缺位,随着体系中Th含量的增加,晶粒尺寸减小、能量带隙增大、导带宽度减小,Th原子的局域态密度增大,Ce原子的局域态密度减小,原子半径的差异导致晶格常数、Th—O键和Ce—O键的平均键长增大,Th_(1-x)Ce_(x)O_(2)晶格常数的计算值与实验值吻合良好。

白云鄂博主矿云母型矿石中钍矿物的赋存状态微观分析

白云鄂博矿床赋存有丰富地钍资源,为更好地开发利用钍资源,本文采用SEM-EDS-AMICS联合分析测试技术结合化学分析法对主矿云母型矿石的化学成分、矿物组成、钍矿物赋存状态等进行系统研究。结果表明,云母型矿石化学成分和矿物组成复杂,矿石中铁品位为8.19%,稀土(RE_(2)O_(3))品位为1.15%,钍(ThO_(2))品位达到0.21%,Th以独立矿物为主,少量呈类质同象形式赋存于独居石中。Th主要以独立矿物钍石的形式存在,矿物粒径分布在5~50μm之间不等,呈浑圆状、他形粒状结构,主要嵌布于云母、方解石等脉石矿物粒间,部分钍石与稀土矿物紧密共生,赋存于独居石颗粒边界,少量呈现包裹与被包裹的特征或以细脉状充填于独居石裂隙中。矿区钍石与稀土矿物独居石及晚期硫化物方铅矿、磁黄铁矿脉体的复杂共伴生关系表明,矿区经历了多期次的热液作用从而导致了现今复杂的钍矿化现象。

新型钍-喹啉金属有机框架材料的制备、性质表征及其碘吸附性能研究

为了开发一种新型的钍基碘吸附材料,本文通过溶剂热法合成了一种含喹啉配体的钍基金属有机框架(MOF)材料——[Th(C_(9)H_(5)NOCOO)_(4)]·12H_(2)O(Th-HQCA),表征分析了其结构、组分、光谱性质,并探究了该MOF材料对碘的吸附性能及其影响因素。结果表明:钍离子与4个喹啉上的羧基氧和另外4个喹啉上的羟基氧配位后,形成了Th-HQCA的2,8-连接的新型框架结构。荧光光谱显示Th-HQCA受紫外光激发后,展现出发射蓝光的特性。碘吸附的实验结果表明Th-HQCA可从气相和环己烷溶液中捕获碘的最大吸附容量分别为535、295 mg/g。

铀钍混合氧化物点阵参数及溶解性研究

为了回收不合格铀钍混合氧化物燃料中的铀,研究了铀钍混合氧化物的晶格常数以及在硝酸中的溶解性。考察了反应时间、反应温度及钍含量对铀溶解率的影响。采用熔盐辅助焙烧法对高钍含量的铀钍混合氧化物进行活化,对比了不同焙烧助剂的活化效果。结果表明:铀钍混合氧化物的晶格常数与钍含量之间满足Vegard定律;铀钍混合氧化物的溶解性随钍含量增加而降低,适合直接使用硝酸溶解的钍含量上限为24.5%;硝酸钠、氢氧化钠、碳酸钠三种焙烧助剂均能活化铀钍混合氧化物,硝酸钠的活化效果最佳,在金属摩尔比为4,温度850℃下焙烧4.0 h后,铀溶解率≥98%。

偶氮胂Ⅲ快速比色法测定二氧化钍溶解液中的Th(Ⅳ)

ThO_(2)经加速器轰击后可以产生多种核素,如^(225)Ac、^(223)Ra、^(99)Mo、^(131)I、^(90)Sr等。钍等重元素的测量方法众多,但大多操作复杂。分光光度法具有制样简单、操作难度小的优点,可作为钍等重元素的定量分析手段。采用HNO_(3)/HF体系对ThO_(2)进行溶解,以偶氮胂Ⅲ为显色剂定量分析ThO_(2)溶解液中Th(Ⅳ)的浓度。在2 mol/L盐酸溶液和0.1 g/L偶氮胂Ⅲ溶液的环境下,确定了在本法所确定的实验条件下偶氮胂Ⅲ与Th(Ⅳ)的配位比为5∶2,显色前后的最大吸收波长分别为534.0 nm和663.2 nm,对比度为129.2 nm。该方法在0.2~5.0 mg/L符合朗伯-比尔定律,标准曲线方程为y=0.06641x+0.00176,R^(2)=0.99981,摩尔吸光系数为1.64×10^(4),方法检出限为0.31μg/L,定量限为0.97μg/L。该方法在4 h以内稳定,回收率为97.33%~104.03%,最大标准偏差为0.32%。本方法与GB/T 12690.12-2003相比,流程简化且测定结果基本一致。

甘肃龙首山铀成矿带青井地区钍矿化特征和成因研究

钍资源是一种重要的潜在核能资源,对其开展调查研究具有重要的理论研究价值和勘查实践意义。近年来,核工业二〇三研究所在龙首山青井地区新发现了钍矿产地,矿体赋存于青井凹陷上侏罗统砾岩中,钍矿化明显受到F1断裂和辉绿岩脉的共同控制,矿化产于Ⅰ号和Ⅱ号辉绿岩脉夹持区内部的蚀变带内。蚀变和矿化砾岩呈灰白色、紫红色,成矿作用中大部分元素经历了活化、迁移和再富集的过程。矿石为紫红色砾岩,钍矿物主要为钍石,伴随钾长石化、赤铁矿化和碳酸盐化。结合钍石及围岩形成年龄,认为在晚侏罗世砾岩沉积期,本区沉积的大量碱性岩等砾石中具有较高钍含量,可能为本区钍矿化提供了初始钍源;在白垩纪之后,成矿热液沿F1断裂以及不同辉绿岩脉的夹持区运移,从砾岩中汲取大量成矿元素,使得含矿热液中Th含量进一步富集,然后在Ⅰ号和Ⅱ号辉绿岩脉夹持区富集沉淀,形成钍矿体。综上分析认为,青井地区钍矿化为形成于白垩纪之后的脉状热液型钍成矿作用。

碱熔分离富集-XRF溶液法测定伴生放射性矿中钍含量

为提高伴生放射性矿中钍含量检测效率,建立碱熔分离富集-X射线荧光光谱(XRF)法测定伴生放射性矿中常量钍的方法。试样经Na_(2) O_(2)分解,在过氧化氢存在条件下,用5%乙醇(TEA)-0.1 mol/L二醚二胺四乙酸(EGTA)浸提剂提取熔块,使钍与大部分基体元素U、Pb、Sr、Ti、Fe、P分离。沉淀经4 mol/L热盐酸溶液溶解收集于50 mL容量瓶,准确加入5 mL Sr标准溶液(0.10 mol/L),Th与内标元素Sr共存于溶液体系,4 mol/L盐酸溶液定容至刻度,摇匀。XRF分析中选择LiF200晶体同时测定钍的Lα分析谱线及锶的Kα分析谱线强度(kcps)。以两者强度比I_(Th)/I_(Sr)为横坐标,Th质量(μg)为纵坐标绘制工作曲线。钍的质量浓度在0~200μg/mL具有良好的线性关系,线性相关系数为0.9999,钍的方法检出限为0.36μg/mL。测定结果的相对标准偏差为4.4%~7.4%(n=3),对3种国家标准物质进行测定,测定值与标准值的相对误差小于4.8%,测定值与认定值基本相符。

石墨烯吸附钍的性能研究

石墨烯是一种新型的纳米材料,其性质独特,具有广泛的用途,有很大的研究价值。钍是原子工业的重要原料之一,是潜在的核能资源,其净化分离对未来的核能发展具有重要的研究价值。本文即利用石墨烯纳米材料的表面效应进行对钍的吸附,研究其在体系酸度、振荡时间、温度、钍的初始浓度、干扰离子条件下对钍的吸附效果。

ICP-MS测定含钍稀土矿区内呼吸性粉尘及总粉尘中钍含量

研发了1种采用微波三阶升温模式王水体系下消解样品,采用5%硝酸溶液作为清洗剂除钍的记忆效应,选用Re186.2作为内标,ICP-MS测定呼吸性粉尘及总粉尘中钍含量的分析方法。试样样品RSD范围在1.5%~4.6%之间;相对误差范围在1.8%~10.0%之间。实际样品加标回收率范围在96.0%~102%。对含钍稀土矿区内呼吸性粉尘及总粉尘样品进行钍元素分析,其测定结果符合《职业卫生标准制定指南第4部分:工作场所空气中化学物质测定方法》(GBZ/T 210.4—2008)标准要求。实现呼吸性粉尘及总粉尘中钍样品分析高效、准确。

分光光度法测定稀土废水中钍的方法验证

用N235萃取-分光光度法测定稀土废水中钍,通过调整取样量、调节载体加入量、改变萃取后样品溶液的处理方式以及Fe(III)的干扰和掩蔽四个方面,探究验证能够有效提升废水中钍测量结果准确性的方法。以钍标准溶液和稀土工艺废水为样品进行分析和探究,发现可选择减少取样量后用纯水稀释至4L、加入40mg铁载体、萃取后样品溶液直接蒸干处理或用浓硝酸和高氯酸消解的处理方式,可得到较好的回收率,有效提升废水中钍测量结果的准确性。

三电荷钍-229离子衰变寿命测得

据报道,日本理化学研究所(RIKEN:RIkagaku KENkyusho/Institute of Physical and Chemical Research)量子计量实验室的物理学家在使用激光设计核钟方面取得突破:成功捕获了钍-229离子,特别是带有3个正电荷的钍-229离子,并使用激光精确测量了它们的衰变寿命。找到合适的元素并测量其核衰变寿命是研制核钟的关键。目前最先进的光学原子钟计时极为精确,即使经过宇宙年龄两倍的时间,其误差还不到1 s。但现在,许多研究人员正将目光投向下一代超精密计时器——核钟。

钍石电子探针定年:记录小秦岭矿集区伟晶岩热液蚀变历史

电子探针化学定年法(Chemical Th-U-total Pb Isochron Method,CHIME)以其原位、极高的空间分辨率、样品制备简单方便、不破坏样品、测试速度快、成本低等优点,被成功用于独居石、褐帘石、锆石、磷钇矿、晶质铀矿等副矿物定年,但应用于钍石定年仍不成熟。本文尝试利用电子探针对小秦岭矿集区元古宙伟晶岩脉中的钍石进行定年。显微镜下观察发现,热液钍石颗粒细小(<30μm),多与独居石共生,包裹在褐帘石中。我们对未发生蚀变或者蜕晶化的小颗粒钍石进行了电子探针Th-U-Pb化学法定年,得到的加权平均年龄为120.9±2.1 Ma(95%置信区间)。这一年龄与枪马金矿的矿化年龄一致,代表继该地区大规模花岗岩侵位活动之后,华北克拉通减薄过程中的又一次热液蚀变过程。