萃取色层法在233U提取流程中分析的应用研究

作     者：史万龙 

作者单位：中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 

学位级别：硕士

导师姓名：张岚

授予年度：2015年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：钍、铀、裂片元素 萃取色谱树脂 基体干扰 ICP-MS 

摘      要：本论文重点研究了两种萃取色谱树脂（TEVA和UTEVA）在233U提取流程中分析的应用。TEVA树脂和UTEVA树脂是两种专一性较好和分离速率较快的树脂，可以从基体中快速地分离出微量元素，然后使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）准确测量。论文研究了TEVA树脂在水相废液（1AW）中铀的分离、TEVA+UTEVA树脂串联柱在料液（1AF）中裂片元素的分离等。研究表明，萃取色谱树脂应用于233U提取流程中微量元素预分离将具有许多优越性。论文的主要研究工作和研究结果如下： 1.测定了硝酸介质中钍和铀在TEVA树脂上的吸附平衡时间。结果表明，在硝酸介质中，钍在TEVA树脂上60min后吸附基本达到了平衡。随着酸度升高，吸附率增大，在4或5mol/L HNO3时，达到最大值，之后下降。在硝酸介质中，铀在TEVA树脂上的吸附很弱，可以认为几乎不吸附，只有在较高酸度下才微弱吸附。而且60min后，铀在TEVA树脂上的吸附几乎没有变化。所以，为保证吸附达到充分平衡，测定钍和铀在TEVA树脂上的分配系数时振荡时间选为2h。 2.测定了硝酸介质中钍和铀在TEVA树脂上的分配系数。结果表明，0.14mol/L硝酸介质中，钍的Kd值随着酸度增大而升高;58mol/L硝酸介质中，钍的Kd值随着酸度增大而降低。0.18mol/L硝酸介质中，铀的Kd值均13，说明在硝酸介质中，铀在树脂上基本不吸附。从以上结果初步考虑用1、2、3、4mol/L硝酸作为淋洗液，分别绘制淋洗曲线，考察铀和钍在TEVA树脂上的淋洗行为。 3.考察了铀和钍在TEVA树脂上的淋洗行为。结果表明，用3mol/L和4mol/L HNO3淋洗时，峰形较为扁平，而且有一定的拖尾出现，淋洗至20mL时，铀依然未洗净（3σbl），所以3mol/L和4mol/LHNO3不选作淋洗液。1mol/LHNO3淋洗时，峰形较窄，但在此酸度下，会有较大量的钍洗脱下来。2mol/LHNO3淋洗时，峰形较窄，随着铀一起洗脱下来的钍较少。考虑到1mol/LHNO3和2mol/LHNO3淋洗铀至3σbl的体积接近，随铀一起洗脱下来的钍，2mol/L HNO3比1mol/L HNO3少，所以选2mol/L HNO3作为淋洗液。 4.测量模拟1AW样品中的铀。上柱料液体积为1mL，淋洗液体积为12mL，方法对模拟溶液中铀的回收率为97.1%100.0%，5次测量值的相对标准偏差sr=1.1%。随铀一起洗脱下来的钍不干扰铀的测量，该方法能够有效实现233U提取流程中1AW钍基体中微量铀的测量。 5.考察了钍、铀和裂片元素（铈、铕、钆、钇、锆、铌、钌、铑、锶、铯）在UTEVA树脂上的淋洗行为。结果表明，在硝酸酸度为2、3、4mol/L情况下，裂片元素（锆除外）基本洗脱完全，有少许的铀和约20%的钍随之洗脱下来，钍会干扰裂片元素的测定。 6.考察了钍、铀和裂片元素在TEVA+UTEVA串联柱上的淋洗行为。结果表明，在硝酸酸度为2、3、4mol/L情况下，37mL淋洗体积内裂片元素（锆除外）基本洗脱完全，钍和铀的洗脱量很少，不影响裂片元素的测定。 7.测量模拟1AF样品中的裂片元素。上柱料液体积为1mL，淋洗体积为5mL（第37mL），前2mL为死体积，流出液经适当地稀释即可使用ICP-MS进样测量。除钆和锆外其它元素的回收率在合理范围内（90110%）。