基于可控電場介入下對離子交換吸附鈾的影響探究

何非凡 段止欽 張 峰 陳宜冰 崔耿堃 馮 宇 李 陽 花 榕

(東華理工大學核科學與工程學院，江西 南昌 330013)

1 緒論

鈾，一種天然放射性元素，由于原子能夠發生核裂變反應，并釋放出大量的衰變能，因此作為一種極其重要的能源被廣泛應用于原子能發電、醫療、農業、核武器制造等各個領域。

在鈾提取工藝過程中，最普遍的方法是萃取和離子交換，萃取法適用于分離提取高濃度的鈾溶液，而對于低濃度的鈾礦浸出液，離子交換法則表現出提取率高，操作簡便、設備簡單等優勢，但離子交換的效率和選擇性是目前離子交換應用的限制瓶頸[1-4]。

應當指出，可交換離子與樹脂交換集團的反離子發生離子交換反應的速度是很快的，但是離子的擴散速度比較慢，尤其是離子在樹脂顆粒內的擴散速度比在水溶液中慢1-2個數量級；且鈾酰離子在結合了硫酸根形成絡陰離子之后，具有一定的離子半徑，而其是否小于樹脂表面的孔徑直接決定了鈾酰絡陰離子能否實現在樹脂上得到富集；在離子交換的過程中引入電場可以有效的實現以上兩個方面，在離子交換柱中插入電極以提供一個可控的電場，鈾酰絡陰離子在電場作用下加快移動速度以提高離子交換的速率，并且電極的插入改變溶液的氧化還原電位，以改變復雜體系中溶質離子的存在形態，改變離子的價態和半徑，使得離子半徑小的鈾酰絡陰離子能夠穿過樹脂表面的孔進入樹脂內部進行離子交換過程，而其余陽離子或半徑大于樹脂表面孔徑的溶質離子無法穿過樹脂表面的孔進入樹脂內部進行離子交換，提高離子交換的選擇性[5]。……