酰胺類萃取劑萃取鈾的機理研究

■　關(guān)慶濤

（遼寧省核與輻射監(jiān)測中心遼寧沈陽110000）

酰胺類萃取劑萃取鈾的機理研究

■關(guān)慶濤

（遼寧省核與輻射監(jiān)測中心遼寧沈陽110000）

研究了幾種酰胺類萃取劑在硝酸介質(zhì)中萃取鈾的機理，分析結(jié)果并進行了討論。現(xiàn)階段酰胺類萃取劑在硝酸介質(zhì)中萃取鈾的研究主要通過考察HNO3濃度、UO22+濃度、不同種類萃取劑濃度及溫度對鈾分配系數(shù)的影響，分析萃合物的組成，來推測萃取機理。通過萃取劑萃取硝酸及鈾的反萃取進行研究得出結(jié)論。

酰胺類萃取劑鈾萃取

0　前言

核能作為一種清潔高效的能源必將成為未來的新能源之一。然而核燃料使用后產(chǎn)生的核廢料，仍具有極高的放射性。當(dāng)一些核廢料被運到后處理廠，經(jīng)化學(xué)工藝處理后提取鈾和钚仍能循環(huán)使用。在放射性物質(zhì)的分離中，一般采用的分離方法有共沉淀法、萃取法、離子交換法和色層法等。溶劑萃取法由于具有方法簡單、分離迅速、選擇性和回收效率高、分離效好、操作方便等優(yōu)點，而為其應(yīng)用開辟了廣闊前景。同時溶劑萃取法可供選擇的溶劑也豐富多樣，還可根據(jù)需要合成各種性能優(yōu)良的萃取劑。一般來說萃取劑結(jié)構(gòu)不同會導(dǎo)致性能不同，萃取的機理也不一樣，根據(jù)萃取機理不同，萃取劑可以分為：惰性萃取劑，中性含氧萃取劑，中性磷類萃取劑，酸性磷類萃取劑，胺類萃取劑，螯合萃取劑，協(xié)萃劑等。

綜上所述，萃取性能受萃取條件、萃取劑種類等影響，酰胺的種類和結(jié)構(gòu)是制約萃取錒系元素能力的最主要因素。因此，還有待于我們進一步去尋找一種理想的新型胺類萃取劑和其工業(yè)化進行研究。相信不久的將來，我們能找到一種能完全替代甚至明顯優(yōu)于TBP的新型萃取劑，從而推動全世界核能技術(shù)的快速發(fā)展。

本文主要研究了對N,N,N＇,N＇-四丁基己二酰胺在硝酸介質(zhì)中萃取鈾和N，N＇-四己基丙二酰胺在酸性介質(zhì)中萃取鈾的機理。

1　實驗分析

（1）原理：雙酰胺類的四取代化合物對鈾(Ⅵ)，钚（Ⅳ)和镅(Ⅲ)等錒系等元素具有比較強的萃取能力。和TBP相比，它的優(yōu)點是：產(chǎn)物能燃燒并無固體產(chǎn)生且其降解產(chǎn)物(二元酸，二級胺)基本不會影響萃取過程，且合成簡便。研究Ⅳ，Ⅳ，Ⅳ’，Ⅳ四丁基己二酰胺(TBAA)用等體積煤油三甲苯作為稀釋劑，萃取硝酸介質(zhì)中的鈾的反應(yīng)機理.還對TBAA萃取HNO3及反萃鈾取進行研究，并簡單討論了其萃取機理。

（2）儀器試劑：TBAA經(jīng)堿和酸洗，減壓蒸餾，純度大于98%；煤油，磺化處理；TBP依次用等體積的25g/LNaCO3一0.1mol/NaOH溶液，0.1mol/LHNO3各洗滌2次進行處理，后用水洗至中性；其它試劑為分析純或化學(xué)純；分光光度計；pH計；石英比色皿。

（3）分析步驟：①分配系數(shù)實驗:分別將含有鈾離子硝酸溶液與一定濃度的TBAA相同體積的煤油三甲苯置于10ml萃取管中，震蕩10分鐘離心分相，分析兩相中的鈾例子濃度。用偶氮胂Ⅲ分光光度法測定鈾，并分析計算分配系數(shù)D值。②鈾的反萃試驗:取0.5mol/L的TBAA-相同體積的煤油三甲苯和相應(yīng)的硝酸溶液（體積比2:1），配制有機相（含有一定濃度的鈾）。對硝酸和等體積的有機相進行反萃取操作，每次平衡約10分鐘，離心分離，取兩相分析，最后球場反萃取率。

2　實驗結(jié)果與討論

2.1萃取平衡時間的選擇

實驗證明TBAA萃取鈾不到10分鐘就可達到平衡，以下分配系數(shù)實驗中的震蕩時間均為10分鐘。

2.2水相中硝酸濃度和鈾濃度對鈾分配系數(shù)的影響

由圖1可知水相硝酸濃度增加，萃取鈾的分配系數(shù)增大；當(dāng)水相硝酸濃度持續(xù)增高時，鈾的分配系數(shù)達到最大值，然后下降。由圖2可知水相鈾濃度不會導(dǎo)致鈾的分配系數(shù)變化，這也說明鈾萃取時沒有發(fā)生聚合作用。

圖1　硝酸濃度對鈾（Ⅵ）分配影響系數(shù)的C（U）=0.5X10—3 mol/L;C(TBAA)=0.5mol/L

圖2　鈾濃度對鈾的分配系數(shù)的影響C(HNO3)=3.0mol/L;C(TBAA)=0.5mol/L

2.3萃取劑濃度對鈾和硝酸萃取的影響

圖3中，當(dāng)水相HNO3濃度為3mol/L時鈾萃取分配系數(shù)會隨著TBAA濃度的增加而增加。圖4其斜率為1由圖4可直觀得到，這和C.Musikas[8]代的丙二酰胺萃取硝酸(3～4 mol/LHNO3范圍內(nèi)，其斜率為1.1)的結(jié)果相吻合。說明TBAA萃取硝酸也存在著多重平衡，不但有(TBAA)2?HNO3、(TBAA)?HNO3，而且還有TBAA? (HNO3)2。

圖3　TBAA濃度對鈾(Ⅵ)分配系數(shù)的影響C(U)=5.0×10-3 mol/L；c(HNO3)=3.0 mol/L

圖4　初始TBAA濃度對HNO分配系數(shù)的影響C(HNO3)=3.0 mol/L

2.4溫度對萃取鈾分配系數(shù)的影響

隨溫度的增加,TBAA萃取鈾的分配系數(shù)逐漸降低，這點表明TBAA萃取鈾是一個放熱反應(yīng)，即升高溫度將對萃取不利。

2.5鈾的反萃取

把含鈾、釷0.5 mol/L的TBAA等體積煤油三甲苯、5mol/L的TBP等體積煤油三甲苯用等體積0.0lmol/L的HNO3進行反萃取。結(jié)果表明相同的條件下，含鈾的TBA-煤油三甲苯的一次反萃取率要比TBP-等體積煤油三甲苯的一次反萃取率要低。

[1]王友紹.[博士學(xué)位論文].上海 中國科學(xué)院上海原子核研究所1997

[2]張清軒，Gasparin G.M,Cacarci M.核化學(xué)與放射化學(xué),1998.10(1):16

F407.23[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-448-2