离子交换法分离铀中微量钍

❶ 美国第一颗原子弹的铀-235，用了什么办法来分离

铀是原子核中有92个质子的放射性元素，在元素周期表中排在第92位。地球上目前最多的是铀-238 (U)，占总量的99.274%，密度为19.1g/立方厘米，与黄金相当(19.32g/cm)。与铀-238相比，铀的另一个同位素铀-235 (U)的原子核中有3个中子，因此密度低1.26%，这使得两者的理化性质几乎相同，因此难以分离。

铀-235是自然界迄今为止唯一可分裂的同位素，是制造核武器的主要原料之一。天然矿石中铀-235的含量很低，约占0.7%，与铀-238混合难以分离，要获得一公斤武器级铀-235，需要提炼200吨左右的铀矿石。国际通用的铀浓缩方法有离心法、气体扩散法和激光法，气体离心机是提炼浓缩铀常用的气体离心法的核心设备。通过每分钟2万转以上的高速离心机，其他同位素可以从天然铀矿石中分离出来，其余铀-235的浓度可以达到95%以上，是一个巨大的系统。当时，美国为了开发原子弹，用数千吨导电性能最好的银作为磁铁的线圈，最终制造了世界上第一颗原子弹。

❷ 提取浓缩铀为何需要几千台离心机,感觉这样的方法

提纯浓缩铀－235含量的技术比较复杂, 现时用来提纯铀－235的主要方法有气体扩散法离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等，其中以气体扩散法最成熟，制造第一颗原子弹用的铀核材料就是用这种方法制造出来的。六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。比如铀浓缩关键设备p-2离心机。 铀有两种同位素：U238和U235 其中U238占绝大多数，但只有U235才是裂变反应需要的 这两种同位素均匀的混合分布在一起，要进行裂变反应必须提高U235占的比重。经过提纯的铀就叫浓缩铀 其中核武器用的铀浓度比核电站的还要高 铀是存在於自然界中的一种稀有化学元素，具有放射性。铀主要含三种同位素，即铀238、铀235和铀234,其中只有铀235是可裂变核元素，在中子轰击下可发生链式核裂变反应，可用作原子弹的核装料和核电站反应堆的燃料。 在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中铀235的含量非常低，只有约0.7％。为满足核武器和核动力的需求，一些国家建造了铀浓缩厂，以天然铀矿做原料，运用同位素分离法（扩散法、离心法和激光法等）使天然铀的三种同位素分离，以提高铀235的丰度，提炼浓缩铀。 浓缩”术语的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素丰度的同位素分离过程，例如从天然铀生产浓缩铀或从普通水生产重水。浓缩设施分离铀同位素的目的是提高铀-235相对于铀-238的相对丰度或浓度。这种设施的能力用分离功单位衡量。 若要在某些类型反应堆和武器中使用铀，就必须对其进行浓缩。这意味着必须提高易裂变铀-235的浓度，然后才能将其制成燃料。这种同位素的天然浓度是0.7％，而在大多数通用商业核电厂中，持续链式反应的浓度通常约为3.5％。用于武器和舰船推进的丰度通常约为93％。但舰船推进可以只需20％或更低的丰度。鉴于在丰度0.7％至2％之间需要与丰度2％至93％之间同样多的分离功，因此浓缩过程不是线性的。这意味着在能够随时获得商用浓缩铀的情况下，达到武器级的浓缩工作量可减少到不足一半，而铀的供料量可减少到20％以下。 在适用于提高铀-235浓度的技术中，有7项技术特别重要： 气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法。该工艺依靠不同质量的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。在每一个气体扩散级，当高压六氟化铀气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时，其铀-235轻分子气体比铀-238分子的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级，而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。在每一级中，铀-235/铀-238浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。 气体离心法——在这类工艺中，六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。 气体动力学分离法——所谓贝克尔技术是将六氟化铀气体与氢或氦的混合气体经过压缩高速通过一个喷嘴，然后穿过一个曲面，这样便形成了可以从铀-238中分离铀-235同位素的离心力。气体动力学分离法为实现浓缩比度所需的级联虽然比气体扩散法要少，但该法仍需要大量电能，因此一般被认为在经济上不具竞争力。在一个与贝克尔法明显不同的气体动力学工艺中，六氟化铀与氢的混合气体在一个固定壁离心机中的涡流板上进行离心旋转。浓缩流和贫化流分别从布置上有些类似于转筒式离心机的管式离心机的两端流出。南非一个能力为25万分离功单位的铀-235最高丰度为5％的工业规模的气体动力学分离厂已运行了近10年，但也由于耗电过大，而在1995年关闭。 激光浓缩法——激光浓缩技术包括3级工艺：激发、电离和分离。有2种技术能够实现这种浓缩，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是将金属铀蒸发，然后以一定的波长应用激光束将铀-235原子激发到一个特定的激发态或电离态，但不能激发或电离铀-238原子。然后，电场对通向收集板的铀-235原子进行扫描。分子激光法也是依靠铀同位素在吸收光谱上存在的差异，并首先用红外线激光照射六氟化铀气体分子。铀-235原子吸收这种光谱，从而导致原子能态的提高。然后再利用紫外线激光器分解这些分子，并分离出铀-235。该法似乎有可能生产出非常纯的铀-235和铀-238，但总体生产率和复合率仍有待证明。在此应当指出的是，分子激光法只能用于浓缩六氟化铀，但不适于“净化”高燃耗金属钚，而既能浓缩金属铀也能浓缩金属钚的原子激光法原则上也能“净化”高燃耗金属钚。因此，分子激光法比原子激光法在防扩散方面会更有利一些。 同位素电磁分离法——同位素电磁分离浓缩工艺是基于带电原子在磁场作圆周运动时其质量不同的离子由于旋转半径不同而被分离的方法。通过形成低能离子的强电流束并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现同位素电磁分离。轻同位素由于其圆周运动的半径与重同位素不同而被分离出来。这是在20世纪40年代初期使用的一项老技术。正如伊拉克在20世纪80年代曾尝试的那样，该技术与当代电子学结合能够用于生产武器级材料。 化学分离法——这种浓缩形式开拓了这样的工艺，即这些同位素离子由于其质量不同，它们将以不同的速率穿过化学“膜”。有2种方法可以实现这种分离：一是由法国开发的溶剂萃取法，二是日本采用的离子交换法。法国的工艺是将萃取塔中2种不互溶的液体混和，由此产生类似于摇晃1瓶油水混合液的结果。日本的离子交换工艺则需要使用一种水溶液和一种精细粉状树脂来实现树脂对溶液的缓慢过滤。 等离子体分离法——在该法中，利用离子回旋共振原理有选择性地激发铀-235和铀-238离子中等离子体铀-235同位素的能量。当等离子体通过一个由密式分隔的平行板组成的收集器时，具有大轨道的铀-235离子会更多地沉积在平行板上，而其余的铀-235等离子体贫化离子则积聚在收集器的端板上。已知拥有实际的等离子体实验计划的国家只有美国和法国。美国已于1982年放弃了这项开发计划。法国虽然在1990年前后停止了有关项目，但它目前仍将该项目用于稳定同位素分离。 迄今为止，只有气体扩散法和气体离心法达到了商业成熟程度。所有这7项技术均在不同程度上具有扩散敏感性，因为它们都能够在一项秘密计划中不惜代价地被用于从天然铀或低浓铀生产高浓铀。但是，由于这些技术的特征不同，因而将影响到其被探知的可能性。 http://www.lolong.com/c?in=0&id=3828338

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❸ 海水提铀的提取工艺法

将吸附剂装入有网眼的尼龙袋中，用船拖着在海水中飘游，或将吸附剂装入吸附柱中，把海水泵入吸附柱，通过吸附剂和海水接触而吸附铀。如用水合氧化钛吸附剂，每克吸附铀量为几十至200μg。用碱性溶液(碳酸铵或碳酸钠溶液)淋洗吸附有铀的水合氧化钛，得到含铀约9mgU/L(注：U/L是：单位/公升)的淋洗液。
经过一次吸附和淋洗，铀浓度由海水中的3.3产μgU/L(注：U/L是：单位/公升)提高至淋洗液中的9mgU/L(注：U/L是：单位/公升)，提高了近3000倍。但此时的铀浓度还很低，需作进一步富集。可用阴离子交换树脂进行第二次吸附，再用中性盐溶液将离子交换树脂上的铀淋洗出来。第二次淋洗液的铀浓度达3.5gU/L(注：U/L是：单位/公升)左右，可用常规方法从这种淋洗液中沉淀铀制取铀盐产品。 1、吸附法，使用水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铅矿石和离子交换树脂等吸附剂吸附海水中微量的铀；
2、生物富集法，使用专门培养的海藻富集海水中微量的铀。据试验，某些海藻铀的富集能力很大，其铀含量甚至超过低品位铀矿的含铀量；
3、起泡分离法，在海水中加入一定量的铀捕集剂，如氢氧化铁等，然后通气鼓泡，分离海水中的铀。 要具有吸附容量大、吸附速度快、选择性好、化学稳定、机械强度好、易于淋洗再生、不污染海洋等性质，且价格低廉。
最初主要研究无机吸附剂如水合氧化钛等。为获得具有一定机械强度的水合氧化钛，曾研制出钛胶一聚丙烯酰胺凝胶吸附剂、用聚乙烯醇粘合钛一碳的复合剂等。后来发现水合氧化钛吸附剂系列的机械强度都不理想，故转到主要研究有机吸附剂。研究结果表明，合成纤维工业生产中一种产品聚丙烯腈的直接衍生物——聚丙烯酰胺喔星(polyacrylamidoxine)在铀的吸附容量、吸附选择性和机械强度等性质都优于水合氧化钛。 吸附装置应能与大量海水相接触且节能价廉。世界各国根据各自的海岸条件，研究利用天然洋流、潮汐流、波动能及泵驱动等方式，使吸附装置与大量海水接触。日本试验用机械泵把海水输送到吸附柱中，贫化海水排入大海并被洋流带走。由于这种方法需要输送大量海水，因而耗能大。德国因海岸没有暖洋流，主要研究开发在海水中移动操作的如系在船上的浮动吸附装置，以达到与洋流驱动相类似的结果。瑞典研究一种储槽利用波浪，使槽中水面比海水面海水面高，再利用水位差使海水通过吸附床。中国、美国、前苏联等也都进行着类似的工程研究。

❹ 钍的检验和测定方法

国家标准有的
本标准适用于各类食品中天然钍和铀的测定。天然钍测定方法测定限为1×10**-8g/g 灰。天然铀测定限为乙酸乙酯萃取-荧光计法2×10**-8g/g灰；三烷基氧膦(TRPO)苯取-荧光计法1×10**-7g/g灰；N235萃取-分光光度法1.5×10**-8g/g灰;目视荧光法4×10**-7g/g灰；激光荧光法为2.5×10**-8g/g灰。
2 引用标准
GB 6768 水中微量铀分析方法
GB 14883.1 食品中放射性物质检验 总则
3 天然钍测定方法-三烷基(混合)胺(N235)萃取-分光光度法
3.1 原理
三烷基(混合)胺(N235)是一种混合三烷基(主要辛基)叔胺，其性质与三正辛胺相似。
食品灰用硝酸和高氯酸浸取，溶液经磷酸盐沉淀浓集铀和钍，在盐析剂硝酸铝存在下以N235从硝酸溶液中同时萃取钍和铀，首先用8mol/L盐酸溶液反萃取钍，再用水反萃取铀,分别以铀试剂III显色,进行分光光度测定。本法可用于食品中铀和钍联合或单独检验。
3.2 试剂和材料
3.2.1 钍标准溶液：取0.600g硝酸钍[Th(NO3)4·4H2O]溶于50mL 5mol/L硝酸溶液中，转入500mL容量瓶，用0.5mol/L硝酸稀释至刻度，此贮备液用重量法标定。按标定结果用lmol/L硝酸将一定量贮备液准确稀释成1.00μgTh/mL的钍标准溶液。
标定：准确吸取30.0mL贮备液于烧杯中，加70mL水，加热至80℃左右，以酚酞作指示剂，用氨水沉淀钍，沉淀用无灰滤纸过滤,0.1％氨水洗涤几次后，放入已恒量的坩埚中烘干，炭化，900℃灼烧成二氧化钍，恒量，计算出准确钍含量。
3.2.2 10％N235萃取剂：将50mLN235(工业纯)，50mL乙酸乙酯、50ml丙酮混合后，或单用50mLN235，以环已烷稀释到500mL,再用2mol/L硝酸溶液萃洗平衡后待用。
3.2.3 硝酸铝溶液：500g硝酸铝中加少量水和33ml,氨水,加热溶解后用水稀释到500ml。
3.2.4 饱和硝酸铵溶液：用2mol/L硝酸溶液配制。
3.2.5 0.03%铀试剂Ⅲ-草酸饱和溶液：称取0.3g铀试剂Ⅲ,溶解于水中(若溶解不完全，可加少量氢氧化钠)，稀释至1000ml。使用前倒此溶液于小试剂瓶中，加入草酸至饱和。
3.2.6 8mol/L盐酸溶液：取333mL盐酸(优级纯)，用水稀释至500ml，加入约1g尿素。
3.3 仪器和器材
3.3.1 分光光度计: 72型或其他型号, 3cm比色杯。
3.4 钍工作曲线的绘制 在8个分液漏斗中各加入10mL1mol/L硝酸溶液, 分别吸入相当于0,0.3,0.5,0.7,1.0, 2.0,3.0,4.0μg钍的钍标准溶液, 按3.5.5～3.5.6条测定钍的吸光度作为纵坐标, 实标加入的钍量为横坐标作图。
3.5 测定
3.5.1 采样、预处理按GB14883.1规定进行。
3.5.2 称取1～2g(精确至0.001g)样品灰于60mL瓷蒸发皿中(大米、玉米和肉类等含钙少的样品灰按50mgCa/g灰的比例加入钙载体溶液)，加入10mL浓硝酸，在沙浴上缓慢蒸发至干。将蒸发皿转入高温炉500℃灼烧10min(样品灰灼烧后若呈黑色或灰色时，可重复酸浸取,再灼烧处理一次),取出冷却后加入10mL8mol/L硝酸,加热溶解后趁热过滤。用8mol/L 硝酸洗涤蒸发皿2～3次，再用热的稀硝酸洗涤蒸发皿和残渣2～3次。滤液和洗涤液合并于离心管中。
3.5.3 搅拌下滴加氨水于上述浸取液中，调节溶液pH＝9使生成白色沉淀，加热凝聚。冷却后离心，弃去上清液。沉淀用水洗涤一次，离心，弃去上清液。
3.5.4 滴加浓硝酸入离心管，使沉淀刚好溶解。将溶液转移入60mL分液漏斗中，用15mL硝酸铝溶液分2次洗涤离心管，洗涤液合并入分液漏斗。
3.5.5 加15mL10％N235萃取剂入分液漏斗，萃取5min，静置分相后弃去水相。用5mL饱和硝酸铵溶液萃洗一次。
3.5.6 萃洗后的有机相依次用5.0mL和3.5mL8mol/L盐酸反萃取，每次反萃取5min。二次反萃取液合并于10mL比色管，加入1.00mL0.03％铀试剂Ⅲ-草酸饱和溶液，用8mol/L盐酸稀释到刻度。摇匀后在分光光度计(波长665nm，3cm比色皿)以8.5mL 8mol/L盐酸代替样品液加显色剂作为零值，进行比色，测定钍的吸光度。从工作曲线上查出钍含量。有机相可用于测定铀(下接7.5.7条)。
3.5.7 化学回收率测定：准确称取1～2g样品灰(与样品分析的用灰量相等)于60mL瓷蒸发皿，加入钍标准溶液2.0mL和10mL硝酸，按3.5.2～3.5.6条与未加钍标准溶液的样品平行操作。根据测得的钍含量，按式(1)计算钍的化学回收率。
3.5.8 试剂空白值的测定：不用样品灰按以上测定程序，以8.5mL 8mol/L盐酸在比色管中加入显色剂后作为零值，在同样条件下测出吸光度作为试剂空白，应在计算结果中进行校正。
3.6 计算
A’-N
R=━━━....................................(1)
Ao
NM
A=━━━....................................(2)
WR
式中：A--食品中钍含量，μg/kg或μg/L；
A’--加入钍标准溶液的样品所测得的钍含量，μg；
Ao--加入钍的量，μg;
M--灰样比，g/kg或g/L；
N--样品测定时从钍工作曲线上查得的钍含量，μg；
R-一钍的化学回收率；
W--分析样品灰质量，g。
4 天然钍测定方法-PMBP萃取-分光光度法
4.1 原理 食品灰以王水浸取，草酸盐沉淀载带钍，1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基吡唑酮-5(简称 PMBP)萃取分离后，在6mol/L盐酸介质中，以铀试剂Ⅲ显色进行分光光度测定。
4.2 试剂和材料
4.2.1 钍标准溶液、铀试剂Ⅲ溶液同N235萃取-分光光度法(3.2)。
4.2.2 PMBP萃取剂：PMBP的0.3％二甲苯溶液。
4.2.3 草酸溶液：10％和0.8％两种溶液。
4.2.4 10％磺基水杨酸溶液。
4.2.5 10％酒石酸溶液。
4.2.6 抗坏血酸。
4.2.7 盐酸溶液:0.1mol/L和6mol/L两种溶液。
4.2.8 1:1氨水。
4.2.9 钙载体溶液：40mgCa/mL。
4.2.10 高氯酸。
4.2.11 王水：1体积硝酸与3体积盐酸混合。
4.3 仪器
4.3.1 分光光度计：72型或其他型号，3cm比色杯。
4.4 工作曲线的绘制
分别吸取相当于0,0.3,0.5,0.7,1.0,3.0,5.0,7.0,9.0,10.0μg钍的钍标准溶液于十个250ml烧杯中,加20ml 6mol/L盐酸溶液、 2mL钙载体溶液,加水至250mL,按4.5.3～ 4.5.5条操作。绘制吸光度值对于钍含量的工作曲线。
4.5 测定
4.5.1 采样、预处理按GB 14883.1规定进行。
4.5.2 浸取：称取0.5～2g(精确至0.001g)灰样于蒸发皿，用少量水将灰润湿，慢慢加入5ml王水，盖上表面皿，在电炉上缓缓蒸干，再放入高温炉中，于450℃灼烧0.5h，取出冷却。加入约20mL6mol/L盐酸溶液，加热至沸，使样品溶解。稍冷，以中速定性滤纸过滤，以热酸性水洗涤蒸发皿，再洗残渣至滤液无色。控制滤液体积在250mL左右。
4.5.3 浓集：往滤液中加入2g草酸，微热使溶。以1:1氨水调节pH至1左右，使生成草酸盐沉淀。若未出现白色沉淀，则在搅拌下逐滴加入2mL钙载体溶液，加热，以促使生成白色沉淀。加热陈化，冷却0.5h以上，离心，弃去上清液。用250mL1％草酸溶液洗沉淀，离心，弃去上清液。沉淀以高氯酸和硝酸各5～10mL溶解并转移至小烧杯中，小火蒸干。
4.5.4 萃取分离：蒸干物冷却后，加10mL水、5mL10％磺基水杨酸溶液、约0.1g固体抗坏血酸，用1:1氨水调节pH至1左右，倒入分液漏斗，用少许水洗烧杯并倒入同一漏斗。加15mL0.3％PMBP-二甲苯溶液，萃取2～3min，分层清晰后弃去水相。用10mL0.1mol/L盐酸溶液萃洗有机相，弃去水相。用15mL6mol/L盐酸溶液反萃取2～3min，静置分层清晰后，将水相放入25mL容量瓶中，再用2mL6mol/L盐酸溶液反萃取有机相一次，合并反萃取液。
4.5.5 于上述容量瓶中依次加入约0.1g抗坏血酸、1mL10％草酸溶液、1mL10％酒石酸溶液和2.00mL0.05％铀试剂Ⅲ溶液，以6mol/L盐酸溶液稀释至刻度。摇匀，放置15min后,以17mL6mol/L盐酸溶液代替样品液加显色剂作为零值，在665nm波长下测定钍的吸光度。从工作曲线上查出相应的钍含量。
4.5.6 化学回收率测定：在分析样品等量灰样中加入钍标准溶液2.00mL，按测定程序操作，测定吸光度，计算回收率。
4.5.7 试剂空白值测定：不用样品灰按以上测定程序，以17mL6mol/L盐酸溶液加入显色剂后作为零值，在同样条件下测出吸光度作为试剂空白，应在结果计算中进行校正。
4.6 计算 公式和符号同3.6条。
5 天然铀测定方法--乙酸乙酯萃取-光电荧光光度法
5.1 原理 食品灰经硝酸浸取，以硝酸铝作盐析剂，经乙酸乙酯萃取分离铀，氟化钠熔融烧球后， 用光电荧光光度计测定铀的含量。
5.2 试剂
5.2.1 乙酸乙酯。
5.2.2 硝酸。
5.2.3 过氧化氢。
5.2.4 4％氟化钠溶液：优级纯或分析纯。
5.2.5 80％硝酸铝溶液：称取400g硝酸铝[Al(NO3)3·9H2O]，溶于水中，稀释至500mL。配制后用等体积乙酸乙酯(或乙醚)萃取洗涤一次。
5.2.6 铀标准溶液：准确称取1.179g经850℃灼烧过的八氧化三铀(优级纯)，用10mL盐酸和3mI过氧化氢加热溶解，蒸至近干。再加入20mL水，使完全溶解后转入10
天然钍测定方法测定限为1×10**-8g/g 灰。

❺ 离子交换分离法

磺酸型阳离子交换树脂在稀盐酸介质中，可吸附锆氧离子，经1～2mol/LHCl淋洗，仅钍和稀专土留在属交换柱上，钛则部分分离，其他多数元素均能分离。再用4mol/LHCl淋洗，即可使锆与钍和稀土分离。

此外，在盐酸-过氧化氢溶液中，锆(铪)均可吸附于阳离子交换柱上，再用柠檬酸或草酸淋洗可进行定量分离。

某些阴离子交换树脂在盐酸溶液中，能吸附锆、铪、铀和铈，钍不被吸附。在氢氟酸介质中，锆被吸附而与铝、铁分离。

❻ 海水提铀一般采用哪些方法

海水提铀是从海水中提取原子能工业铀原料的技术。海水中铀的蕴藏量约45亿吨，是陆地上已探明的铀矿储量的2000倍，但是浓度极低。所以海水提铀成本比陆地贫铀矿提炼成本高6倍。从20世纪60年代开始，日本、美国、法国等国家从事海水提铀的研究和试验，一般采用三种方法：（1）吸附法：使用水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铅矿石和离子交换树脂等吸附剂吸附海水中微量的铀；

（2）生物富集法：使用专门培养的海藻富集海水中微量的铀。据试验，某些海藻铀的富集能力很大，其铀含量甚至超过低品位铀矿的含铀量；

（3）起泡分离法：在海水中加入一定量的铀捕集剂如氢氧化铁等，然后通气鼓泡，分离海水中的铀）。

日本是世界上第一个开发海水铀源的国家。日本是一个贫铀国，铀埋藏量仅有8000吨，因此日本把目光瞄向海洋。从1960年起，日本加快研究从海水中提取铀的方法。1971年，日本试验成功了一种新的吸附剂。除了氢氧化钛之外，这种吸附剂还包括有活性碳。日本已于1986年4月在香川县建成了年产10千克铀的海水提取厂。日本还制定了进一步建造工业规模的海水提铀工厂的计划，到2000年前年产铀达1000吨。

❼ 什么是提取铀的两步法

两步法就是 两步萃取法 （具体方法看下面解释）
主要包括磷酸预处理、第一步萃取、第二步萃取三个环节，最终制得核纯Auc产品。
第一步萃取 磷酸和铀酰离子有很强的络合能力，能与有机相中的铀萃合物竞争，使铀的分配比降低。单独使用中性或酸性磷酸酯萃取剂都不能有效地萃取铀，而改用它们的混合物时，由于有协同萃取效应，而获得好的萃取效果。工业上主要由二一(2一乙基己基)磷酸(D2EHPA)和三正辛基氧膦(TOPO)混合物及煤油组成的有机相。也有用辛苯基磷酸酯(OPAP)、辛基焦磷酸(OPPA)作萃取剂的。当用D2EHPA一TOPO时，只能萃取六价铀，而湿法磷酸中的铀主要呈四价状态，需加入氧化剂使四价铀氧化成六价状态。
经过预处理的湿法磷酸溶液，用0．5mol／L D2EHPA和0．125mol／L TOPO的煤油有机相，用4～6级?昆合澄清器逆流萃取时，铀萃取率为90％～95。载铀有机相用含Fe2+ 15～30g／L，的8mol／L磷酸进行三级逆流反萃取，由于二价铁离子将有机相中的六价铀还原成四价铀，使铀进入反萃取液中。反萃取液中的铀浓度为10g／L左右。
第二步萃取 为了得到高纯铀产品，反萃取液用过氧化氢或氯酸钠将四价铀再氧化成六价铀，然后用0．3mol／L D2EHPA和0．075mol／L TOPO的煤油有机相进行第二次萃取。载铀有机相用293～298K温度的水进行三段洗涤除去杂质，特别是洗去夹带的P2O5。洗涤后的载铀有机相，用碳酸铵溶液反萃取，然后结晶制成碳酸铀酰铵产品，从湿法磷酸提取铀的总回收率为89％～91％。
离子交换 为解决溶剂萃取过程中产生的乳化、有机溶剂夹带损失等问题，及从未澄清的磷酸中回收铀，人们正在研究用离子交换从湿法磷酸中提取铀的方法。经过试验的有采用在不同的D2EHPA与TOPO摩尔比的溶剂中浸渍过的球状含溶剂树脂和含氨基膦酸功能基团的大孔聚苯乙烯一二乙烯苯共聚物螯合离子交换树脂。螯合离子交换树脂能吸附四价和六价铀离子，并可直接从333K温度的浓磷酸溶液中吸附铀，从而节省磷酸预处理费用。

液膜萃取 美国埃克森(EXXON)公司发明并发展的液膜萃取法(见膜分离)，已应用于从湿法磷酸中提铀。液膜由D2EHPA—TOPO和稀释剂组成，内相由常规的反萃取剂组成，并加表面活性剂形成乳状液。液膜萃取用的磷酸料液不需冷却，也不必除去可溶性有机物，萃取过程中产生的乳化块只有溶剂萃取法的1／4～1／5。

❽ 60年代中国如何分离浓缩铀

提纯浓缩铀－235含量的技术比较复杂，因为元素的各种同位素，如同“孪生姐妹”，无论在物理性质和化学性质上都十分相似，采用通常的各种物理提纯方法或者化学提纯方法收效都甚微，代价却很高。现时用来提纯铀－235的主要方法有气体扩散法、离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等，其中以气体扩散法最成熟，制造第一颗原子弹用的铀核材料就是用这种方法制造出来的。所有这些提纯方法，它们的工艺过程都比较复杂，办厂投资高，运转过程中消耗的能量也高；而且产量低，生产出的铀核燃料成本大。因此，科学家一直在找新提纯方法。现在，激光科学工作者提出用激光进行提纯，或许这种方法能够大大地降低生产铀燃料的成本。
用激光提纯、浓缩铀－235的主要依据是激光有极好的单色性，以及各同位素原子的同位素光谱位移。各个同位素原子核含的中子数目不同，它们的能级发生所谓同位素位移，发射出来的光辐射波长出现差异，当然，相差的数值是十分小的。但是，激光的单色性很好，能够做到用和某种同位素原子发射的光辐射波长相同的激光去激发其中的一种原子，而不会把其他同位素原子一起激发，亦即是说，用激光可以做到单独把各种同位素原子中的一种激发到高能态，或者把它的原子电离。被电离的同位素原子再用电场就可以把它从同位素混合物堆中单独“拉”出来，收集后就可以单独获得这种同位素。如果是把这种同位素的原子激发到高能级去的，我们便可以利用在高能级的原子和在基态的原子参加化学反应的活动能力不同，通过化学反应方法把它给分离出来。
用激光的方法提纯浓缩铀－235，比现有的各种方法都优越，生产设备可以大大简化，生产成本也可以大大降低。根据科学家的估计，生产投资大约只有气体扩散法的1/2，生产过程中消耗的能量只有气体扩散法的1/10左右。所以，世界各国都很重视开发这种铀核燃料生产技术。美国从1977年就开始研究用激光提纯浓缩铀燃料，从实验上证实了这种方法在原理上的可行性。1982年，美国能源部确定，今后使用激光来生产铀核燃料。
用激光提纯浓缩铀－235的技术路线有两条：一条称为原子法，另一条称为分子法。原子法提纯时用的原料是经过提炼铀矿得到的铀块。先用炉子把这铀块加热到高温，形成铀原子蒸气，在这铀蒸气里面包含有铀元素的同位素铀－234、铀－235、铀－238的原子。然后用在可见光波段的激光（比如用铜蒸气激光泵浦的染料激光器）照射这铀原子蒸气。调谐激光器的输出波长，让它落在铀－235的原子吸收谱线中心，使它单独获得激发或者电离。其后再使用其他物理方法便可以把铀－235原子从同位素铀混合气体中分离出来。这条技术路线现在已经比较成熟，达到生产应用阶段。分子法使用的原料是铀的分子化合物（比如六氟化铀）。用在中红外波段的激光（比如波长16微米的激光）照射这种化合物，并且选择的激光波长正好是让铀－235的这种化合物的分子获得激发（或电离），再通过前面在原子法中用的物理方法或化学方法把含铀－235的分子化合物从混合中分离出来，再对含铀－235的分子化合物作化学分解反应，便可以获得铀－235。这条技术路线现在还未达到生产阶段，不过，从发展的潜力来说，分子法比原子法优越。一方面是因为分子法分离时使用的原料是铀的分子化合物，原料来源比较丰富；其次是在分离的工作过程中不需要加热，而原子法则需要加热到2000多度，使铀原料形成蒸气。高温铀蒸气有很强的腐蚀性。因此分子法的生产设备会比较简单，生产成本也相应较低。

❾ 分离和富集

钍和其他伴生元素的分离可用沉淀、萃取、离子交换和萃取色层等方法。

钍的沉淀分离方法很多。苛性碱、氢氧化铵、吡啶、六次甲基四胺都能使钍生成白色氢氧化物沉淀。小量钍可以用铝、铁为聚集剂，沉淀在pH3.5即开始形成，不溶于过量试剂。与钍形成配合物的有机酸如酒石酸等不应存在。此法可将钍与碱金属、碱土金属、锌、镍、铜、银等元素分离，用吡啶或六次甲基四胺还可将钍与稀土分离。在0.5～1.3mol/L硝酸或盐酸介质中，草酸浓度为10～50g/L时，钍成草酸盐沉淀而与铁、铝、锆、钛等元素分离，铀(Ⅵ)、稀土、钙同时沉淀。少量钍可用稀土和钙做聚集剂。草酸钍不溶于水和稀酸，但溶于过量的草酸铵溶液中。在pH≥1.5时，过氧化氢能沉淀钍为过氧化钍而与碱金属、钛、铀、锡、铍、稀土等元素分离，铈部分共沉淀。在6mol/L硝酸溶液中可用碘酸盐沉淀大量钍，在0.5～1mol/L硝酸溶液中，以亚汞为聚集剂，可用碘酸盐沉淀微量钍，铀(Ⅳ)、铈(Ⅲ)及稀土元素等不沉淀，钛、锆、铁、铌、钽、铀(Ⅳ)和铈(Ⅳ)同时被沉淀。碘酸钍不溶于过量试剂及强酸中，能溶于还原性酸中(如盐酸)。在稀盐酸溶液中，氢氟酸能将钍沉淀，成难溶的氟化钍，稀土元素同时被沉淀，与铌、钽、锆、钛、钨等元素分离。大量氟化铵存在时能使钪分离，氟化钍能溶于硼酸和硝酸中。在pH2～2.8的盐酸或硝酸介质中，有机试剂如苯甲酸、间-硝基苯甲酸等都能沉淀钍，与铍、锰、锌、镍、钴、铀、碱土金属等元素分离，严格控制溶液的酸度可与稀土元素定量分离。

萃取分离方法，适用于微量钍的分离。在饱和硝酸铝的1.5mol/L硝酸溶液中，用异丙叉丙酮［即异丙烯基丙酮(CH₃)₂C=CHCOCH₃］萃取钍，除铀，钒及少量锆以外，几乎能与所有伴生元素分离。在pH>1的硝酸溶液中用等体积的0.25mol/LTTA(噻吩甲酰三氟丙酮)的苯溶液萃取钍，钋(Po)同时被萃取。另外在适当的介质中，磷酸三丁酯亦能萃取钍，与铀、镭等分离。在钍的3mol/LHCl溶液中用5g/L苯甲酰苯胲-三氯甲烷萃取钛使与钍分离。

萃取色层分离方法，同样也适用于微量钍的分离和富集。目前胺类萃取剂，N₂₆₃(氯化三辛基甲基胺)、N₂₃₅(三正辛胺)、N₁₀₂₃(国产胺型萃取剂);中性配位剂，P₃₅₀(甲基磷酸二甲庚酯)、TBP(磷酸三丁酯)、CL-TBP萃淋树脂(苯乙烯-二乙烯苯为骨架，含有60%TBP共聚物)、5208萃淋树脂(异烷基磷酸二丁酯);酸性配位剂，P₅₀₇(2-乙基己基磷酸单2-乙基己酯)等结合载体聚三氟氯乙烯粉、聚四氟乙烯粉、硅烷化硅球、DA₂₀₁大孔吸附树脂(二乙基苯-丙烯腈共聚物)、X-5型大孔吸附树脂(聚二乙烯苯)、交联聚甲基丙烯酸型树脂和泡沫塑料等组成固定相，均能达到在一定浓度的硝酸溶液中富集钍分离钛、锆、铀、稀土等干扰离子。在分析实践中应用较好的是N₂₆₃、P₃₅₀、CL-TBP萃淋树脂和5208萃淋树脂等。N₂₀₃和X-5型聚二乙烯苯或DA₂₀₁树脂组成固定相，用2mol/LHNO₃(1～7mol/L)上柱液通过色层柱，从而使钍与大量铀、锆、磷、铁和稀土等分离，最后用4～5mol/LHCl淋洗钍。P₃₅₀与X-5型聚二乙烯苯组成的固定相，以2.5mol/LHNO₃(1.5～9.0mol/L)介质上柱可使钍与大量铁、铝、钙、镁、钼、铜，钛、稀土等元素分离，最后以5mol/LHCl解脱钍。CL-TBP萃淋树脂是在4mol/LHNO₃(3～8mol/L)中富集钍与稀土、铌、钽等杂质分离，最后用3～5mol/LHCl解脱钍。5208萃淋树脂是在0.1～6mol/LHNO₃中富集钍与大量铀、钛、锆、锌、钼(Ⅵ)、砷(Ⅴ)、稀土元素等分离，最后用0.1～6mol/LHCl淋洗解脱钍。

离子交换分离方法，也适用于微量钍的分离。在2～7mol/LHCl介质中，钛、锆、铀、稀土等在743大孔阳离子交换树脂上的分配系数与钍差别较大。因此，适用于钍与许多元素的分离，特别适用于钍与高量钛、锆和稀土元素的分离。根据试样中钛，锆和稀土元素含量的不同，可先用4mol/L或2mol/LHCl淋洗除去这些元素，用氯化铵溶液淋洗，使氢型阳离子交换树脂转变为铵型，最后以草酸铵溶液淋洗钍，用光度法测定钍。也有在8mol/LHNO₃介质中，用742大孔阴离子交换树脂富集钍，分离铀和稀土等干扰，最后以水解脱钍，光度法完成测定。

❿ 如何提纯浓缩铀－235

提纯浓缩铀－235含量的技术比较复杂, 现时用来提纯铀－235的主要方法有气体扩散法离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等，其中以气体扩散法最成熟。 气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法。该工艺依靠不同质量的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。在每一个气体扩散级，当高压六氟化铀气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时，其铀-235轻分子气体比铀-238分子的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级，而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。在每一级中，铀-235/铀-238浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。 气体离心法——在这类工艺中，六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。 气体动力学分离法——所谓贝克尔技术是将六氟化铀气体与氢或氦的混合气体经过压缩高速通过一个喷嘴，然后穿过一个曲面，这样便形成了可以从铀-238中分离铀-235同位素的离心力。气体动力学分离法为实现浓缩比度所需的级联虽然比气体扩散法要少，但该法仍需要大量电能，因此一般被认为在经济上不具竞争力。在一个与贝克尔法明显不同的气体动力学工艺中，六氟化铀与氢的混合气体在一个固定壁离心机中的涡流板上进行离心旋转。浓缩流和贫化流分别从布置上有些类似于转筒式离心机的管式离心机的两端流出。南非一个能力为25万分离功单位的铀-235最高丰度为5％的工业规模的气体动力学分离厂已运行了近10年，但也由于耗电过大，而在1995年关闭。 激光浓缩法——激光浓缩技术包括3级工艺：激发、电离和分离。有2种技术能够实现这种浓缩，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是将金属铀蒸发，然后以一定的波长应用激光束将铀-235原子激发到一个特定的激发态或电离态，但不能激发或电离铀-238原子。然后，电场对通向收集板的铀-235原子进行扫描。分子激光法也是依靠铀同位素在吸收光谱上存在的差异，并首先用红外线激光照射六氟化铀气体分子。铀-235原子吸收这种光谱，从而导致原子能态的提高。然后再利用紫外线激光器分解这些分子，并分离出铀-235。该法似乎有可能生产出非常纯的铀-235和铀-238，但总体生产率和复合率仍有待证明。在此应当指出的是，分子激光法只能用于浓缩六氟化铀，但不适于“净化”高燃耗金属钚，而既能浓缩金属铀也能浓缩金属钚的原子激光法原则上也能“净化”高燃耗金属钚。因此，分子激光法比原子激光法在防扩散方面会更有利一些。 同位素电磁分离法——同位素电磁分离浓缩工艺是基于带电原子在磁场作圆周运动时其质量不同的离子由于旋转半径不同而被分离的方法。通过形成低能离子的强电流束并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现同位素电磁分离。轻同位素由于其圆周运动的半径与重同位素不同而被分离出来。这是在20世纪40年代初期使用的一项老技术。正如伊拉克在20世纪80年代曾尝试的那样，该技术与当代电子学结合能够用于生产武器级材料。 化学分离法——这种浓缩形式开拓了这样的工艺，即这些同位素离子由于其质量不同，它们将以不同的速率穿过化学“膜”。有2种方法可以实现这种分离：一是由法国开发的溶剂萃取法，二是日本采用的离子交换法。法国的工艺是将萃取塔中2种不互溶的液体混和，由此产生类似于摇晃1瓶油水混合液的结果。日本的离子交换工艺则需要使用一种水溶液和一种精细粉状树脂来实现树脂对溶液的缓慢过滤。 等离子体分离法——在该法中，利用离子回旋共振原理有选择性地激发铀-235和铀-238离子中等离子体铀-235同位素的能量。当等离子体通过一个由密式分隔的平行板组成的收集器时，具有大轨道的铀-235离子会更多地沉积在平行板上，而其余的铀-235等离子体贫化离子则积聚在收集器的端板上。已知拥有实际的等离子体实验计划的国家只有美国和法国。美国已于1982年放弃了这项开发计划。法国虽然在1990年前后停止了有关项目，但它目前仍将该项目用于稳定同位素分离