胺基改性壳聚糖吸附材料的制备及其对铀的吸附性能研究

研究了采用水热法制备壳聚糖微球(HTCC),再通过环氧化-胺化改性法制备胺基改性壳聚糖吸附材料(AHTCC)并用于吸附废水中的低浓度铀。利用红外光谱仪、元素分析仪、热重分析仪等对AHTCC的结构、组分和热稳定性进行表征,并考察了AHTCC对铀的吸附、解吸性能。结果表明:在pH=5~8条件下,AHTCC对溶液中铀的吸附效果较好;铀吸附平衡质量浓度为120 mg/L左右时,吸附量达最大,为151.6 mg/g;铀吸附速率在反应最初60 min较快,180 min时达到吸附平衡;以80 g/L Na_(2)CO_(3)+20 g/L NaHCO_(3)作解吸剂,铀解吸率为97.5%;对于含杂离子浓度较高的实际含铀废水,经AHTCC单次吸附,铀的去除率可达95.6%。

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。

独居石优溶渣浸出过程研究

独居石是典型伴生铀、钍的稀土矿资源,通过现有的碱溶转化、优溶等步骤提取稀土后,所得优溶渣是富含铀、钍、稀土的重要二次资源。为与稀土提取保持一致的盐酸体系,研究优溶渣的盐酸浸出过程对整体回收工艺十分关键。采取单因素试验考察浸出过程条件对铀、钍、稀土浸出率的影响。结果表明,使用下述优化参数:盐酸浓度6 mol/L、浸出时间1.5~2 h、浸出温度60℃、液固体积质量比3 mL/g时,优溶渣中铀、钍、稀土的浸出率分别可达90%~95%、92%~93%、>60%,实现了较高的资源回收率。浸出渣的工艺矿物学分析表明,其主要由锆石、钍化合物和石英等脉石矿物组成。剩余的稀土组分则主要集中在未分解的独居石中,其余为少量磷钇矿和褐钇铌矿。试验结果可为独居石优溶渣的综合回收技术提供基础数据和支撑。

地浸采铀注液井小直径潜水泵抽水洗井试验

某地浸采铀试验采区注液井周边含矿层堵塞严重。注液井套管内径仅有80 mm,在常规空压机抽水洗井结束后,在3口注液井中开展了小直径潜水泵抽水洗井试验。初始抽水量均在4.5 m_(3)/h左右,期间最小抽水量为3.4 m_(3)/h,其中2口井的第1股最浑浊洗井水的含砂量分别为4.36、5.19 kg/m_(3)。粒度、电镜扫描和化学组成分析显示,洗井水沉降干渣中的矿物碎屑主要为粉砂、细砂碎屑,少量黏土碎屑;化学沉淀主要是CaCO_(3)、MgCO_(3)和FeCO_(3);潜水泵抽水洗井累计运行约27.5 h,未出现任何故障。试验表明,小直径潜水泵抽水洗井可行且投资少、成本低、安全性高、实施方便。

FLiBe熔盐中铀与镧系(Eu、Sm、Yb、La、Ce和Ho)氟化物的电化学性质及分离

利用电化学方法在熔盐介质中进行乏燃料的后处理分离是干法后处理中研究最广泛的技术之一,其核心内容就是采用电解法实现锕系元素和镧系元素分离。本文采用循环伏安法、方波伏安法和恒电位电解法研究了FLi Be(Li F-Be F_(2))熔盐中UF_(4)和Ln F_(3)(Ln=Eu、Sm、Yb、La、Ce和Ho)的电化学行为和分离可行性,在FLi BeUF_(4)-Ln F_(3)混合熔盐体系中使用W电极开展了UF_(4)与Ln F_(3)电解分离研究。结果表明:在惰性钨(W)电极上U4+的氧化还原反应分为两步,分别是U^(4+)+e^(-)→U^(3+)和U^(3+)+3e^(-)→U^(0),而Yb^(3+)、Sm^(3+)、Eu^(3+)只能发生一电子转移还原为+2价态的Yb^(2+)、Sm^(2+)、Eu^(2+)的离子,La^(3+)、Ce^(3+)和Ho^(3+)离子在FLi Be熔盐电化学窗口内则没有明显的电化学信号;X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)和能量色谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)结果证明了W电极上的电解产物为金属U、UF_(3)和夹带的熔盐,而不含有Ln F_(3)的电解产物。这些研究结果为熔盐堆燃料中锕系元素和镧系元素的分离提供了基础数据。

某核燃料循环火灾事故研究装置及初步研究成果介绍

火灾事故作为核燃料循环设施典型事故,是国际核燃料循环安全领域研究的焦点。中国辐射防护研究院目前建有小、中、大三个尺度的核燃料循环火灾事故放射性源项研究装置。小尺度装置为200 L圆柱体燃烧舱室,主要用于可燃物基础参数测试;中尺度装置和大尺度装置分别为20 m^(3)、120 m^(3)长方体燃烧舱室,主要用于开展可燃物燃烧速率、温度分布、放射性气体与气溶胶释放份额、核素释放份额和过滤效率等科学研究。重点对三套装置各自的特征和研究能力进行总结,结合国际研究热点提出了进一步研究计划。

不同酸碱体系中Pt/SiO_(2)催化肼分解产生自由基

采用电子自旋共振(electron spin resonance spectroscopy, ESR)法,探讨高氯酸体系和氢氧化钠体系中H^(+)浓度与OH-浓度对催化剂催化肼断键及断键产生的自由基的状态及行为的影响,明确了酸碱体系下Pt/SiO_(2)催化肼分解产生自由基的差异。结果表明:碱性体系中,随着OH-浓度升高,N-H断键速率显著升高,肼分解以氢解反应为主;酸性体系中,在pH=6.9到pH=1.1范围内,随着H^(+)浓度升高,N-N断键速率急速升高并远大于N-H断键速率,在pH<1.1范围内,随着H^(+)浓度升高,N-H断键速率和N-N断键速率均快速下降。在酸碱变化过程中,N-H断键起着主导作用,决定了肼分解速率,随着酸度升高,N-H断键速率下降,肼分解速率下降。

聚丙烯腈/Hummers氧化莲房碳复合材料对铀的吸附性能

天然水体中铀分离回收对非常规铀资源开发具有重要意义。本工作合成了一种新型聚丙烯腈/Hummers氧化莲房碳复合材料,考察其在弱碱性条件下于U(Ⅵ)-CO_(3)体系中对U(Ⅵ)吸附行为。静态吸附实验表明,室温下、pH=8.0、ρ(U(Ⅵ))=50 mg/L、c_(T)(CO_(3))=2 mmol/L时,复合材料在840 min达到最大吸附容量约51.92 mg/g。pH值、钙离子浓度、镁离子浓度、氟离子浓度和碳酸盐浓度增加会抑制U(Ⅵ)吸附。热力学分析表明,吸附过程主要为自发吸热的化学吸附。表征分析结果证实了复合材料对U(Ⅵ)吸附的结构稳定性,其表面—OH和—COOH(C=O)为主要U(Ⅵ)吸附位点。钙/镁离子存在下,U(Ⅵ)在复合材料上的吸附亲和力顺序为:Mg-U(Ⅵ)-CO_(3)体系>Ca-U(Ⅵ)-CO_(3)体系。本工作研究结果有助于对天然含铀水体中铀的分离和提取提供新材料和新方法。

FLiNaK熔盐中CsF的定向凝固分离研究

熔盐反应堆采用氟化物熔盐作为冷却剂和燃料载体,运行后的燃料成分为铀、钍、裂变产物和载体盐,对裂变产物进行分离并回收有效组分复用,可以提高反应堆的运行经济性,并且使放射性废物最小化。定向凝固技术是利用多元混合物的相平衡特性和凝固过程元素迁移机制实现物质分离,具有工艺操作简单、无副产物产生等优点,有望用于燃料盐中裂变产物分离。在自制的冷棒式定向凝固实验装置上,研究了FLiNaK熔盐体系内典型裂变产物CsF在不同工艺条件下定向凝固后的含量分布。研究结果表明:通过控制冷却凝固速度,得到的凝固盐中Cs元素的含量在径向上呈现出梯度分布,由内向外依次递减,外侧凝固盐中Cs含量相较液相中最高降低约90%,表明燃料盐中裂变产物定向凝固分离具有一定的可行性。

萃余水相中酸和铀的连续测量方法

萃余水相中的酸浓度、铀浓度一般需分开检测,操作步骤繁琐,工作量大。本研究建立了连续测量萃余水相中酸浓度和铀浓度的新方法:先以强碱为滴定剂,通过指示剂的变色指示滴定终点,检测酸浓度;再加入硫酸和偶氮胂Ⅲ溶液,使溶液显色,在650 nm处测量显色溶液的吸光度。结果显示,酸浓度测量的精密度为1.53%,示值误差为1.69%;铀质量浓度测量精密度为1.13%,示值误差为1.52%。在实际水样测量中,本方法和实验室现行方法测量数据基本一致,酸浓度测量的加标回收率为97.0%~102.5%,铀质量浓度测量的加标回收率为97.0%~102.0%,本方法可准确、快速、连续监测萃余水相中的酸浓度和铀浓度。

水杨酸螯合树脂对铀的吸附性能

利用低温氮气吸附—脱附法测定水杨酸螯合树脂的比表面积、孔径;考察了水杨酸螯合树脂的热力学稳定性;研究了溶液pH、ρ(Cl^(-))对水杨酸螯合树脂铀吸附性能的影响,以及树脂的吸附等温线、吸附动力学及解吸性能。结果表明:水杨酸螯合树脂的比表面积为32.34 m^(2)/g,孔径为32.08 nm,当温度低于180℃时,水杨酸螯合树脂具有良好的热稳定性;在pH为7~9时,树脂吸附性能较好,铀吸附量达14.1 mg/g(以干树脂计,下同);Cl^(-)的存在会降低树脂对铀的吸附量,当ρ(Cl^(-))为3.0 g/L时,铀吸附量降低约9.9%;当铀溶液的平衡浓度为400 mg/L时,树脂的铀吸附量达到最大,为153 mg/g;吸附20 h,吸附过程达到平衡。酸性解吸剂与碱性解吸剂对树脂均具有良好的解吸性能,解吸率均在94%以上。在ρ(U)=21.2 mg/L、ρ(Cl^(-))=3.36 g/L的真实铀浸出液中吸附24 h,水杨酸螯合树脂的铀吸附量达14.7 mg/g,具有较好的铀吸附性能。

地浸采铀用潜水电泵泵轴结构与材料优选

泵轴断裂、泵体腐蚀导致潜水电泵损毁率高。通过理论计算和ANSYS数值模拟,对六棱轴和圆柱轴结构的强度、刚度等力学特性进行了对比,并开展了304、316L、904不锈钢材料的耐腐蚀现场对比试验。结果表明:在同等载荷和等效直径条件下,圆柱轴的圆截面所受剪切应力为六棱轴的64.95%,且扭转角度仅为六棱轴的56.25%;模拟结果显示圆柱轴联轴器最大环向形变为六棱柱轴最大环向形变的68.4%,圆柱轴结构的抗扭性能更优;904不锈钢抗腐蚀性能最佳,但304和316L不锈钢对酸性介质具有类似抗腐蚀性能。综合考虑耐腐蚀余量和制造成本,建议在地浸采铀专用潜水电泵研发过程中选用圆柱泵轴结构,沿用现有316L不锈钢作为主材的选材方案。

地浸过程中蒙其古尔铀矿床地下水位变化特征及影响因素

矿床的地下水位一般随季节变化而变化,但在采区外围进行铀矿勘探时,发现地下水位与季节变化的联动不明显,这与前人对该矿床地下水天然流场的认识存在较大差异。通过收集矿床勘探阶段的水文地质资料,并结合实际测量结果,分析了地浸开采对蒙其古尔矿床地下水系统产生的影响。结果显示,地浸采区上游未受地浸开采影响,采区内部地下水位出现缓慢下降现象,采区下游地下水位呈持续下降趋势。

U(Ⅵ)与乙酰氧肟酸的配位化学

乙酰氧肟酸(又名乙异羟肟酸,AHA)是最有希望应用于水法后处理PUREX流程铀纯化循环的配位剂。本工作用pH电位滴定方法和拉曼光谱滴定方法研究了AHA的电离过程及其与U(Ⅵ)在1.0 mol/L NaClO_(4)介质中的配位化学。酸碱滴定过程中AHA表现为一元酸,其质子化常数为109.24±0.11(误差由HyperQuad软件拟合计算给出),研究pH范围内未观察到AHA的二级电离。但AHA与U(Ⅵ)形成配合物时可脱去第二个质子,在中性和碱性pH范围内与U(Ⅵ)进一步形成五种以前报道未发现的配合物。配合物中AHA既可以是脱一个质子的离子,也可以脱两个质子的形式存在。拟合得到了七种主要配合物的稳定常数,并发现该类配体在中性以及碱性区与U(Ⅵ)的配位反应能够与水解作用竞争并抑制水解。拉曼光谱滴定实验结果表明,随着配合物中配体数量的增加,配合物中U(Ⅵ)的特征拉曼光谱峰向低波数移动。根据配合物稳定常数计算拉曼光谱滴定过程中配合物物种的分布,结果显示:不同于通常的认知,配比相同的AHA与U(Ⅵ)配合物,其配体是否去质子化对U(Ⅵ)拉曼散射光谱的影响难以分辨,但对其强度产生显著影响。

基于多频涡流技术的燃料棒包壳管氧化膜厚度测量方法

核燃料棒包壳管表面的氧化膜会影响其导热性能,使燃料棒的温度上升,加快燃料包壳的腐蚀速度,给反应堆带来潜在安全风险。故有必要对氧化膜厚度进行精确测量。为此,构建了燃料棒包壳管的三维有限元仿真模型,对燃料包壳多频检测进行了分析,总结了激励频率、包壳管电导率和金属涂层厚度对氧化膜测量结果的影响规律;提出了融合多频测量数据,抑制干扰因素影响,精确计算氧化膜厚度的方法,并进行了试验验证。结果表明,该方法的氧化膜厚度计算误差小于1μm,可用于燃料包壳管氧化膜厚度的量化表征。

ZIF纳米材料的制备及其电化学传感应用

采用沉淀法制备了ZIF-67沸石咪唑酯纳米材料,利用扫描电镜对材料的微观形貌进行了表征。使用ZIF-67纳米材料,成功地构建了一种用于对苯二酚检测的电化学传感器。采用循环伏安法、安培法等方法测定了该电化学传感器的电化学性能。结果表明:ZIF-67/GCE测量对苯二酚的线性范围2.5μmol·L^(-1)~34.5 mmol·L^(-1),检出限是0.83μmol·L^(-1)。研究结果提供了一种检测对苯二酚的新方法,也为其他电化学传感器构置提供了一定的参考与帮助。

磷酸/磷酸酯基功能材料的制备及提铀性能研究

针对硝酸体系低浓度铀的吸附问题,以氯甲基化苯乙烯-二乙烯苯共聚物为骨架,以三氯化磷为功能化试剂,通过傅克烷基化反应及淬灭-水解/醇解反应,将长链羟基及烷基接枝到树脂上,从而得到分别含有磷酸和磷酸酯基功能基团的提铀树脂。通过红外光谱、元素分析、热重分析,对树脂进行了结构表征;在树脂制备过程中,考察了不同工艺参数对树脂含磷量及铀吸附性能的影响,确定了树脂合成的最优工艺参数。通过静态试验考察了pH、平衡铀浓度、吸附时间对树脂材料吸铀性能的影响,并进行了解吸剂的筛选和树脂重复使用性能的验证。结果表明:制备的磷酸酯基提铀树脂对于模拟溶液(1 mol/L HNO_(3)+1 mol/L NaNO_(3))中的低浓度铀(<20 mg/L)具有较好的吸附效果,该树脂对铀的饱和吸附容量为21.9 mg/g干树脂,吸附后残余尾液中的铀质量浓度<0.05 mg/L;以0.4 mol/L NaHCO_(3)与0.1 mol/L Na_(2)CO_(3)作为复合解吸剂,铀的解吸率为98.3%。制备的磷酸酯基提铀树脂可用于酸性硝酸体系中低浓度铀的吸附分离。

谈谈核分析

核分析诞生于十九世纪末,是一门以核性质、核辐射、核反应、核效应、核谱学为基础,以反应堆、加速器、辐射源及核探测器为工具的先进分析技术,既是放射化学的分支学科,也是分析化学的分支学科。核分析方法具有高灵敏度、高选择性、特异性、独立误差溯源、不破坏样品等特点,已广泛应用于自然科学和国民经济的各个领域。从宇宙物质(小行星、宇宙尘、陨石、彗星等)的鉴别到纳米物质(纳米线、纳米管、富勒烯等)的表征,都成为核分析的用武之地。

金属铀氢化腐蚀研究进展

金属铀在核能工业领域具有重要应用。铀元素具有活泼的化学性质,极易与环境中的气体、液体甚至固体介质发生反应引起表面腐蚀。金属铀的氢化腐蚀既是关系铀材料长期贮存安全性的实际工程问题,同时也是核材料腐蚀科学研究领域当前最活跃的基础科学问题之一。本文基于铀-氢反应基础及氢化腐蚀的危害,围绕金属铀氢化腐蚀动力学及氢化物形核长大的最新研究进展进行阐述,重点讨论环境因素、材料学因素对铀氢化腐蚀行为的影响。

地浸采铀工艺中电潜泵内流场数值模拟研究

电潜泵是我国地浸采铀工艺中实现浸出液有效提升的主要装备,但目前针对介质举升状态下电潜泵水力部件内部流场作用机制的研究较少。试验以叶轮-导叶内部结构为研究对象,应用CFD方法对介质流动特性开展非定常分析,研究了叶轮和叶轮出口段内部的压力脉动变化规律,并利用瞬态流场数据对叶轮截面压力流场进行动模态分解(DMD)与压力流场重构,揭示了介质举升状态下由动静干涉引起的压力脉动周期性变化规律与动静部件距离对动静干涉强度的影响规律。结果表明,叶片通过频率值与快速傅里叶变换(FFT)频率值基本一致。试验结果可对减少由压力脉动引发的泵体无效震动、优化电潜泵水力部件结构参数和提升系统效率提供一定理论参考。