稀土废渣中钍的浸出与回收实验研究

摘要

钍作为稀土矿物中伴生的典型放射性元素，给稀土废渣的处理处置造成了较大难度，因此，寻求一种从稀土废渣中富集-分离-回收钍的处理方法对于实现稀土废渣的减量化和无害化具有重大意义。本论文研究了稀土废渣中钍的浸出与分离工艺条件，探讨了处理前后废渣的放射性水平变化，并以制备得到的温度敏感型脲醛树脂为吸附材料深度处理含钍的浸出液，达到避免二次污染的目的，同时探索了萃取分离条件下溶液中钍的回收率及树脂的再生性能，得出以下结论:
　　(1)硝酸体系对稀土废渣有较好的浸出效果，在HNO3浓度4mol/L，离子强度50g/L，液固比10∶1 mL/g，反应温度80℃，浸出时间5h的优化工艺条件卞，稀土废渣的浸出率为15.12％，浸出液α衰变计数率为69.742(cpm)。利用HPGeγ能谱仪对浸出处理前后的稀土废渣放射性水平进行检测，结果表明浸出处理后废渣中钍系放射性比活度范围降低至2.45Bq/g～5.83Bq/g，远小于处理前的53.63Bq/g，大大降低了废渣的放射性危害。
　　(2)以碱-酸两步法制备得到的脲醛树脂具有良好的温度敏感特性，在“加热-冷却”条件下能够可逆性“溶解-沉淀”;温度敏感型脲醛树脂的分子结构中含有大量的-OH、-NH2等活性基团可与Th4+发生配位作用，且树脂呈现出颗粒结构，分散均匀，粒径范围为1.5～2.5μm，具有较大的比表面积，有利于吸附反应的进行。
　　(3)恒温振荡条件下，温度敏感型脲醛树脂对Th4+吸附最佳pH为4.5，6h时达到吸附平衡，实际吸附容量为20.90mg/g;且Th4+在树脂上的吸附动力学服从拟二级动力学模型，吸附等温线可用Langmuir方程描述，吸附是自发的吸热过程。强力剪切条件下，温度敏感型脲醛树脂对Th4+的吸附效果好于恒温振荡条件下的吸附效果，实际吸附容量为34.62mg/g;同时，反应时间大大缩短，高速剪切12min后，吸附即可达到平衡。
　　(4)吸附了Th4+的温度敏感型脲醛树脂可用萃取的方法再生。萃取剂采用TBP-苯体系，在TBP浓度2mol/L、有机相与水相相比1∶2、反应温度60℃、盐析剂NaNO3浓度0.1mol/L的条件下，有机相对Th4+的萃取率可达95.13％，对应的分配比为9.77;树脂保留在水相中经浓缩后再生，4次重复使用后，对Th4+的吸附率仍能达到90.12％;有机相中Th+经稀硝酸反萃取，反萃取率可达83.76％，有机相再次回收利用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 稀土废渣简介

1．2．1 稀土废渣的来源

1．2．2 稀土废渣的特点

1．2．3 稀土废渣的种类和放射性水平

1．2．4 稀土废渣处理现状和存在的问题

1．2．5 稀土废渣的浸出处理

1．3 水体中Th4+的分离技术研究进展

1．3．1 液膜萃取法

1．3．2 液-液萃取法

1．3．3 萃取色层法

1．3．4 固相萃取法

1．3．5 离子交换法

1．3．6 吸附法

1．4 实验方案可行性研究

1．4．1 稀土废渣浸出处理的可行性分析

1．4．2 制备温度敏感型脲醛树脂的可行性分析

1．4．3 温度敏感型脲醛树脂对水体中Th4+的吸附可行性分析

1．4．4 萃取-反萃取分离的可行性分析

1．5 课题研究目的、内容和技术路线

1．5．1 课题研究目的

1．5．2 课题研究内容

1．5．3 课题研究的技术路线

2 稀土废渣中钍的浸出

2．1 浸出原理

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验试剂及仪器

2．2．2 稀土废渣样品的采集和预处理

2．2．3 稀土废渣元素组成的测定

2．2．4 稀土废渣浸出实验

2．2．5 测定方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 稀土废渣元素组成分析

2．3．2 硝酸浓度对浸出效果的影响

2．3．2 液固比对浸出效果的影响

2．3．3 温度对畏出效果的影响

2．3．4 离子强度对浸出效果的影响

2．3．5 浸出废渣的HPGe γ图分析

2．4 本章小结

3 温度敏感型脲醛树脂的制备及表征

3．1 实验材料与方法

3．1．1 实验试剂及仪器

3．1．2 温度敏感型脲醛树脂的制备

3．1．3 性能表征方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 固含量分析

3．2．2 透光率分析

3．2．3 粒度分析

3．2．4 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析

3．2．5 扫描电镜(SEM)图分析

3．3 本章小结

4 温度敏感型脲醛树脂对Th4+的吸附性能研究

4．1 吸附原理

4．2 实验材料及方法

4．2．1 实验试剂及仪器

4．2．2 主要试剂配制方法

4．2．3 水体中Th4+的检测方法及标准曲线的绘制

4．2．4 静态吸附实验方法

4．2．5 强力剪切实验方法

4．2．6 实验数据处理

4．3 结果与讨论

4．3．1 静态吸附实验结果

4．3．2 强力剪切吸附实验结果

4．3 本章小结

5 钍的萃取分离及树脂再生

5．1 钍的萃取及树脂再生原理

5．2 实验材料与方法

5．2．1 实验试剂及仪器

5．2．2 钍的萃取分离实验

5．2．3 有机相中钍的反萃取实验

5．2．4 树脂的重复性实验

5．2．5 实验数据处理

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同TBP萃取剂浓度对萃取效果的影响

5．3．2 相比对萃取效果的影响

5．3．3 盐析剂(NaNO3)浓度对萃取效果的影响

5．3．4 不同硝酸浓度对反萃取的影响

5．3．5 树脂的重复佳试验

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望与建议

6．2．1 王水在稀土废渣浸出处理中的应用前景

6．2．2 脂肪酸在萃取分离领域的应用前景

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况