超聲輔助中性稀土礦渣中釷的吸附行為研究

楊莉 葛進(jìn)國(guó) 戴軍 張堯成 邱光懷

摘 要：采用自制伯氨樹(shù)脂為吸附劑，分別研究了超聲輔助下樹(shù)脂添加量、吸附時(shí)間對(duì)中性稀土礦渣中釷離子的吸附行為，并對(duì)伯氨樹(shù)脂吸附釷離子的吸附機(jī)理進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明，采用硝酸溶液對(duì)中性礦渣具有較好的溶解性，硝酸濃度為12vol.%，礦渣添加量與硝酸容量最佳配比度為1g：27ml；20ml溶液中，吸附最佳條件為：樹(shù)脂添加量6g、吸附時(shí)間5min，吸附率達(dá)到了62.58%。

關(guān)鍵詞：超聲輔助；釷；吸附；伯氨樹(shù)脂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.038

釷為一種帶有剛灰色光澤的放射性元素，具有較為活潑的化學(xué)性質(zhì)，不僅可以作為增強(qiáng)相添加入合金中以提高合金強(qiáng)度，還可以利用其衰變所儲(chǔ)藏的能量用作核燃料 [1]。對(duì)稀土礦渣中釷元素的有效提純，不僅可以減少釷的污染，還可以使釷資源得到很好的利用[2]。

針對(duì)釷元素的分離富集法主要有固相萃取法、液液萃取法、離子交換法和液膜萃取法等[1， 3]。楊維凡等人采用液液萃取法從天然U中萃取Th，發(fā)現(xiàn)該方法能有效去除大部分的干擾元素，從而獲得了較高純度的釷；李玉萍等人[4]以P291為協(xié)同流動(dòng)載體， （NH4）2CO3作內(nèi)相試劑的乳狀液膜體系，發(fā)現(xiàn)采用液膜萃取法可以很好的分離出富集水中的痕量釷。

本文采用超聲輔助法對(duì)南方離子型礦礦渣中Th的靜態(tài)吸附行為進(jìn)行研究，降低稀土礦渣中放射性核素，滿足國(guó)家豁免標(biāo)準(zhǔn)的要求或達(dá)到清潔解控水平。

1 試驗(yàn)材料及方法

本文選用南方離子型礦中的中性稀土礦渣為吸附對(duì)象，硝酸溶液為溶解液，自制伯氨樹(shù)脂為吸附劑；采用Optima8000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)吸附前后溶液中的釷含量進(jìn)行測(cè)定。釷標(biāo)準(zhǔn)液（GBW（E）080174）濃度為100μg/ml，采用移液槍分別取出10μl及100μl于100ml超純蒸餾水中制備0.1μg/ml及1.0μg/ml的釷工作液。選擇硝酸為溶解液，首先將4g稀土礦渣添加入容量為108ml，濃度分別為0、3、6、9、12、15vol.%硝酸溶液中，得出最佳的硝酸濃度，再在此濃度下添加1、2、3、4、5、6g礦渣，從而得出最佳的硝酸濃度及礦渣與硝酸溶液的最佳配比度。釷吸附行為的研究主要包括以下幾個(gè)部分：（1）伯氨樹(shù)脂添加量對(duì)釷吸附行為的影響：在20ml的硝酸溶液中分別添加不同含量的伯氨樹(shù)脂，進(jìn)行超聲波震蕩5分鐘后，測(cè)量吸附后溶液中釷的含量，伯氨樹(shù)脂添加量分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、6.0、9.0、12.0、15.0、18.0g；（2）吸附時(shí)間對(duì)釷吸附行為的影響：在第一步實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，向20ml的硝酸溶液中添加適量的伯氨樹(shù)脂，分別超聲震蕩2、5、8、11、14、17、20min。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 伯氨樹(shù)脂

自制伯氨樹(shù)脂為淡黃色顆粒狀，平均顆粒尺寸在0.9至1.0mm之間，采用流體靜力稱量法對(duì)其密度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為1.28g/cm3，伯氨樹(shù)脂共具有3個(gè)吸收峰，在1116.37cm-1處存在中強(qiáng)度的N-H彎曲振動(dòng)吸收峰，在1624.04cm-1處和3427.07cm-1處存在高強(qiáng)度的N-H伸縮振動(dòng)吸收峰，透過(guò)率均較高，分別為86.22%、87.99%及83.63%。

2.2 溶解液

在硝酸濃度為12vol.%，容量為108ml，當(dāng)?shù)V渣添加量從1g增加至4g時(shí)，溶液逐漸由無(wú)色透明狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈S透明狀，無(wú)沉淀；進(jìn)一步增加至5-6g，溶液變?yōu)辄S色透明狀，并帶有少量沉淀；礦渣的最佳添加量為4g。采用清水進(jìn)行溶解時(shí)，溶液為乳白色并帶有大量沉淀；硝酸濃度從3vol.%增加至9vol.%時(shí)，溶液為淡黃渾濁狀，沉淀量逐漸減少；進(jìn)一步增加至12-15vol.%，溶液由之前的淡黃渾濁狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈S透明狀，且礦渣全部溶解無(wú)沉淀現(xiàn)象；硝酸最佳濃度為12vol.%，礦渣添加量與硝酸容量最佳配比度為1g：27ml。

2.3 樹(shù)脂含量

在溶液中釷離子總量保持不變的情況下（溶液為20ml），隨著樹(shù)脂含量的增加（0-6g），樹(shù)脂對(duì)釷離子的吸附率顯著增大；而當(dāng)樹(shù)脂含量再進(jìn)一步增加至18g時(shí)發(fā)現(xiàn)，釷離子的吸附率上升趨勢(shì)比較平緩，從6g增加到18g時(shí)，其吸附率僅增加了5.69%。這主要是由于隨著礦渣溶液中的樹(shù)脂含量的增加，所提供的N-H彎曲振動(dòng)吸收峰以及N-H伸縮振動(dòng)吸收峰的吸附空位點(diǎn)也隨之增加，在體系中釷離子總濃度保持不變的情況下，樹(shù)脂對(duì)釷離子的吸附率必然隨之增加。溶液中的釷離子含量有限，所以隨著樹(shù)脂含量的增加，吸附率增加幅度幾乎保持不變。

2.4 吸附時(shí)間

在吸附時(shí)間為5min時(shí)，吸附率達(dá)到56.29%，之后幾乎不變。當(dāng)吸附時(shí)間較短時(shí)候，樹(shù)脂N-H振動(dòng)吸附位點(diǎn)較多，與溶液中的釷離子可快速且充分的吸收。進(jìn)一步增加吸附時(shí)間時(shí)，發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂的吸附率幾乎保持不變，約為57%。溶液對(duì)樹(shù)脂釷離子的解吸過(guò)程與樹(shù)脂對(duì)溶液中釷離子的吸附過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，故而在時(shí)間為5min后，吸附率隨吸附時(shí)間的增加而幾乎維持平衡不變。

3 結(jié)論

（1）硝酸溶液對(duì)酸性渣的溶解性較差；對(duì)中性渣的溶解性較好，最佳溶液濃度為12vol.%，礦渣與溶液的最佳配比度為1g ：27ml。

（2）吸附率隨樹(shù)脂含量增加先快速增加后緩慢增加并趨于平緩，最佳樹(shù)脂添加量為6.0g。吸附率在吸附時(shí)間為2-5min時(shí)，增長(zhǎng)速率較快；最佳吸附時(shí)間為5min。

參考文獻(xiàn)：

[1]張妮，劉慧君，孫允凱等.磺酰化β-環(huán)糊精包合N，N′-二苯硫脲對(duì)釷的吸附研究[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015， 29（02）：118-123.

[2]李利，吳宇，唐硯.伯氨樹(shù)脂對(duì)稀土礦渣浸出液中釷的吸附研究[J].四川有色金屬，2006（04）：40-44.

[3]紀(jì)學(xué)珍，劉慧君，王麗麗等.β-環(huán)糊精鍵合硅膠材料對(duì)釷的吸附[J].核化學(xué)與放射化學(xué)，2012，34（01）：40-45.

[4]李玉萍，李莉芬，王獻(xiàn)科.液膜分離富集、測(cè)定水中痕量釷[J].工業(yè)水處理，2000，20（11）：28-30.

本項(xiàng)目受到江蘇省科技廳產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研究項(xiàng)目（BY2016050-03）資助。