Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Лабораторная работа: Разделение урана и тория с помощью тонкослойных неорганических сорбентов

Название: Разделение урана и тория с помощью тонкослойных неорганических сорбентов
Раздел: Рефераты по химии
Тип: лабораторная работа Добавлен 01:13:08 20 декабря 2009 Похожие работы
Просмотров: 176 Комментариев: 2 Оценило: 1 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно     Скачать

Уральский Государственный Технический Университет - УПИ

Кафедра Радиохимии

Лабораторная работа № 1:

“Разделение урана и тория с помощью тонкослойных неорганических сорбентов".

2008 г.

1. Теоретическая часть

Цель работы:

Концентрирование микроколичеств тория из водного раствора соли уранила.

Уран и торий являются наиболее распространенными природными радиоактивными элементами. Три естественных, т.е. встречающихся в природе, изотопа урана входят в состав двух радиоактивных семейств: U-234 и U-238 находятся в семействе 4n+2, а U-235 - в семействе 4n+3. Один из самых долгоживущих природных изотопов Th-232 возглавляет семейство 4n+0. Другие природные изотопы тория (Th-234, Th-230) находятся в составе семейства урана-радия (4n+2). Больше естественных изотопов урана и тория не существует. Кларки урана и тория по данным А.П. Виноградова равны соответственно 2,5·10-4% и 1,3 ·10-3% .

В настоящее время основным "ядерным горючим" является уран. Торий можно рассматривать в качестве резервного источника энергии, если с помощью ядерно-химических процессов получать из него отсутствующий в природе U-233:

b- b-

232 Th + n ® 233 Th ® 233 Pa ® 233 U.

Период полураспада U-233 1,6·105 лет, поэтому его вполне можно получать и заготавливать впрок. Этот изотоп обладает способностью делиться на тепловых нейтронах с выделением энергии подобно U-235 и Pu-239.

Известны также другие искусственные изотопы урана и тория: от U-230 до U-240 и от Th-226 до Th-231. В подавляющем большинстве это a - и b - излучатели (при этом не следует забывать о сопровождающем g - излучении).

В данной лабораторной работе предлагается разделить уран и торий, часто сопровождающий уран в природных месторождениях. Кроме того, подобная задача (только в этом случае торий будет преобладающим элементом, а уран - на уровне микрокомпонента, или "примеси") встречается как в технологии природного тория, так и в технологии искусственного U-233.

1.1 Очерк химических свойств урана и тория, имеющих значение для гидрометаллургических процессов

Уран обладает более обширным перечнем химических соединений вследствие того, что он (противоположно торию) характеризуется несколькими степенями окисления. Например, в водных растворах существуют достаточно устойчивые его соединения, где уран находится в степенях окисления +3, +4, +5 и +6. А в твердой фазе, расплавах и в газообразном состоянии химические свойства урана еще разнообразнее. В то же время торий в растворах присутствует в составе соединений, где он проявляет единственную степень окисления +4. И уран в различных степенях окисления, и торий образуют большое число растворимых соединений, в том числе комплексных, и плохо растворимых, которые имеют технологическое значение, т.е. могут применяться в процессах обогащения, разделения, выделения, аффинажа.

1.1.1 Уран

В водных растворах наиболее устойчивы соединения, где уран находится в степенях окисления +4, в особенности +6. В степени окисления +3 он проявляет свойства сильного восстановителя, разлагает воду с образованием водорода; при этом уран окисляется:

U (III) ® U (IV).

Уран в степени окисления +5 склонен к диспропорционированию и устойчивых растворов не образует:

U (V) ® U (IV) + U (VI).

Все гидроксиды урана - U (OH) з, U (OH) 4 , UO2 (OH) 2 - плохо растворимы. К плохо растворимым солям урана (во всех степенях окисления) относятся фосфаты, средние карбонаты и оксалаты. Среди фторидов плохо растворимы UFз и UF4 , а UO2 F2 обладает заметной растворимостью. Обладающий большой летучестью гексафторид урана, UF6 и промежуточные фториды (UF5 , U2 F9 , U4 F17 ) гидролизуются при соприкосновении с водой или ее парами с образованием UO2 F2 и тетрафторида.

Фториды урана склонны образовывать комплексные соединения. Двойные фториды можно получить не только методами "сухой химии" (например, сплавлением), но и проведением реакций в растворах; часть из них кристаллизуется без воды, например, NH4 UF5 . Важную роль играют процессы растворения осадков труднорастворимых соединений и не только в кислотах, что в сущности является одним из основных приемов гидрометаллургии (последовательные процессы осаждения и растворения). Например, многие осадки соединений урана, в частности, тетрафторид урана, можно растворить в водных растворах оксалата или карбоната аммония с образованием комплексных соединений, в частности

[UO2 (C2 O4 ) 2 ] 2 - ; [UO2 (CO3 ) 3 ] 4 - .

В согласии с основными принципами равновесий в растворах - непрерывностью и ступенчатостью - возможно существование и других комплексных форм с меньшим и даже большим мольным отношением числа лигандов к атомам комплексообразователя (n). Есть данные об образовании карбонатного комплекса с n = 2 и оксалатного с n = 3, то есть, типы этих комплексов одинаковы.

В некоторых технологических операциях используют способность урана пребывать в состояниях с различными степенями окисления. Например, U (IV) во многих отношениях напоминает торий, но свойства U (VI) уже совершенно иные, что может в ряде случаев обеспечить либо коллективный, либо селективный процесс.

Восстановителями урана (VI) могут служить различные металлы или их амальгамы (Zn, Cd, Bi, Mg, Al), соли Ti (III), Sn (II) и др. Возможно электрохимическое восстановление с помощью источника постоянного тока. Уран проявляет свойства амфотерности, выступая в роли "кислотообразующего элемента" (в основном, в степени окисления +6). Для удобства при проведении стехиометрических расчетов и для наглядности амфотерность урана (VI) можно проиллюстрировать следующим образом. Рассмотрим процессы, протекающие при титровании растворимой соли щелочью:

UO2 2+ + 2OH - ® UO2 (OH) 2 ; UO2 (OH) 2 «H2 UO4, поскольку U (VI) амфотерен. (Знак «здесь и дальше обозначает фразу "то же самое, что и").

2NaOH + H2 UO4 ® Na2 UO4 + 2H2 O.

(избыток)

Соединение Na UO4 представляет собой уранат натрия; уран в нем выполняет роль "кислотообразующего элемента". В действительности в данных обстоятельствах образуется не уранат, а полиуранаты, которые можно выразить общей формулой

х Na O · y UO3 · z H O.


Наиболее типичной и представительной формой, которая будет преобладать в достаточно "старом" осадке (а нужно добавить, что абсолютно все полиуранаты - нерастворимые соединения), является димер, диуранат (х = 1; у = 2): Na2 U2 O7 · z H2 O. То же самое можно показать, применяя графы ("структурные формулы") молекул. Нелишне напомнить, что граф молекулы гипотетической "урановой кислоты" такой же, как и у серной:

HO OH HO OH HO O OH

\ / \ / \ / \ /

U + U ® U U + H2 O.

// \\ // \\ // \\ // \\

O O O O O O O O

è____________ ø

H2 U2 O7

Поэтому соответствующая натриевая соль имеет состав: Na U O7 . В общем случае она гидратирована.

К числу наиболее специфических реакций, приводящих к выделению урана в нерастворимый осадок, можно отнести реакции образования пероксидов. Среди них так называемая "надурановая кислота" UO4  2H2 O.

Ее граф:

О = U = O · 2H2 O (строение полимерное).

/ \

O - O

Осаждением пероксида часто пользуются при аффинаже соединений урана.


Все термически разлагающиеся соли урана при прокаливании на воздухе образуют так называемую "закись-окись" урана - U3 О8 (имеет несколько модификаций).

По-видимому, это соединение не следует рассматривать как соединение оксидов, в которых уран проявляет различные степени окисления, UO2 · 2UOç, а полагать в нем уран, обладающим промежуточной (дробной) степенью окисления (+5,33), так как магнетохимические и структурные исследования показали, что все атомы урана в твердой фазе эквивалентны.

1.1.2 Торий

В водных растворах торий проявляет единственную устойчивую степень окисления +4. Известны важные в технологическом отношении растворимые соли тория: нитрат, хлорид, сульфат. К числу плохо растворимых солей относятся средние - карбонат, оксалат, фторид, фосфаты. В этом торий сходен с ураном (III, IV) и РЗЭ.

Средние - карбонат и оксалат - растворяются в избытке растворителя, образуя комплексные формы по аналогии с РЗЭ и ураном с n =3 и n =4. Гидроксид тория Th (OH) 4 плохо растворим, амфотерные свойства практически не проявляет. Ионы тория Th4+ в водных растворах сильно гидратированы и гидролизованы. Образующиеся многоядерные гидроксокомплексы можно представить в общем виде:

Th [ (OH) 3 Th] n n +4 , (n = 1,2,3).

Комплексы этого типа цепеобразны. Аналогичные цепи найдены и в некоторых кристаллических структурах, например в Th (OH) 4 .

Итак, химические свойства тория и урана достаточно различны для того, чтобы без больших затруднений выполнять их разделение и в аналитических (включая радиоаналитические), и в технологических задачах. По классификации Пирсона [5,6] и уран и торий относятся к "жестким кислотам", поэтому они образуют наиболее устойчивые комплексы с лигандами, у которых донорными атомами являются элементы подгруппы N, O или F ("жесткие основания"). Количественные данные о комплексообразовании (константы устойчивости) позволяют утверждать, что тенденция к образованию ацидокомплексов, как правило, убывает в ряду:

M4+ > M3+ > MO2 2+ > MO2 + ,

т.е. в порядке уменьшения ионного потенциала. Но ряд специфичности по отношению к оксалат - и ацетат-ионам может содержать инверсию:

M4+ > MO2 2+ > M3+ > MO2 + ,

Эти качественные представления помогают ориентироваться в химическом поведении U (IV) и U (VI). В дальнейшем следует помнить и о различии в ионных радиусах U4+ (0,97) и Th4+ (1,02 ), так как в понимании химического поведения этих элементов, являющихся "жесткими кислотами", ионный потенциал играет ключевую роль.

1.2 Многостадийные процессы

Концентрирование (или другие операции) может выполняться не за одну, а за несколько стадий, каждая из которых характеризуется своим значением степени извлечения. Например, в сорбционной технологии применяются последовательные операции сорбции - десорбции, но при этом и первоначальное извлечение компонента из раствора и его последующая десорбция (таких операций может быть несколько) характеризуются не стопроцентным переходом концентрируемого компонента (из раствора и из коллектора в новый раствор). Всегда бывают какие-то потери. В технологии допустимый уровень потерь диктует экономика, а в аналитике большую роль играет скорее хорошая воспроизводимость методики, чем полнота извлечения анализируемого компонента.

Таким образом, в случае многостадийного процесса (сорбция-десорбция и т.д.; экстракция-реэкстракция и т.д.) общее значение степени извлечения можно представить следующим образом:

N

S общ = П Si ,

i =1

где N - число стадий.

Сорбционное концентрирование компонента или компонентов в колоночном ("динамическом") варианте обычно осуществляется в две стадии. На первой стадии компонент из раствора, пропускаемого с определенной скоростью через сорбционную колонну (или в лабораторных масштабах - колонку), поглощается твердым веществом сорбента. Эту стадию характеризует так называемая "выходная кривая" (см. рис.1), которую обычно строят в координатах "концентрация компонента в вытекающем растворе" (ось ординат) и "пропущенный объем раствора" (ось абсцисс). Таким образом, после проведения всех анализов можно рассчитать степень извлечения компонента на стадии сорбции (S 1 ):


Рис.1 Выходная кривая сорбции урана сорбентом ТГ-Ц из имитата морской воды. С0 = 10 мг/л

n n

S 1 = 1 - ( å Ci Vi ) / Co å Vi , ,

i =1 i =1

где Co и Ci - концентрации компонента в исходном растворе и в i -й фракции вытекающего раствора соответственно; Vi - объем i -той фракции.

На второй стадии промывают колонку десорбирующим раствором, который по мере его вытекания из колонки также пофракционно анализируют на содержание компонента. По результатам анализа строят выходную кривую (см. рис.2), имеющую другой вид, и вычисляют степень извлечения на этой стадии:

k n

S 2 = ( å Cj Vj )/S 1 C o å Vi , ,

j =1 i =1

где Cj - концентрация компонента в j -й фракции элюата (вытекающего десорбента) объемом Vj .

Рис.2. Выходные кривые десорбции урана раствором соляной кислоты

0.1 моль/л. 1 - дифференциальная; 2 - интегральная.

Ход работы:

Исходный раствор - нитрат уранила с концентрацией по урану 1-3 г/л, содержащий 10 - 50 мкг/л тория, рН раствора - 2,5-3,0. Сорбент - гидроксид титана, нанесенный тонким слоем на поверхность клиноптилолита, марка ТГ-Кл [12]. Порядок выполнения работы следующий. Отбирают 2 пробы исходного раствора по 0.5 мл, сушат и измеряют на b - радиометре (I 0 ). Через колонку, заполненную сорбентом, пропускают раствор нитрата уранила (50 мл) со скоростью 1 мл/мин·см2 , отбирая фракции по 10 мл. Из каждой фракции отбирают 2 пробы по 0,5 мл, сушат и проводят b - метрию. По полученным результатам строят выходную кривую сорбции тория в координатах " П - V " и рассчитывают выход тория на стадии сорбции (В1 ).

Колонку промывают 10 мл дистиллированной воды и затем проводят десорбцию, пропуская 10 мл 1 моль/л раствора щавелевой кислоты, отбирая фракции по 2 мл. Из каждой фракции отбирают 2 пробы по 0,5 мл, сушат и проводят b - метрию. По полученным результатам строят выходную кривую десорбции тория в координатах "Д - V "

Практическая часть:

1. Проведем сорбцию и десорбцию тория, измерим скорость счета проб на β - радиометре. Так же отберем пробы исходного раствора. Данные измерений и расчетов занесем в таблицу № 1.

Таблица № 1

Сорбция

Десорбция

N

I1

I2

Iср

Iср-Iф

П

N

I1

I2

Iср

Iср-Iф

Д

Фон

27

23

25

-

-

-

-

-

-

-

-

1

36

36

36

11

0,08

1

2473

2490

2482

2457

0,664

2

30

30

30

5

0,04

2

203

198

201

176

0,047

3

36

32

34

9

0,07

3

70

75

73

48

0,013

4

40

36

38

13

0,10

4

52

51

52

27

0,007

5

40

42

41

16

0,12

5

53

54

54

29

0,008

Исх 1

178

165

161

136

-

-

-

-

-

-

-

Исх 2

152

148

-

-

-

-

-

-

-

2. Построим выходную кривую стадии сорбции и выходную кривую стадии десорбции

Рисунок № 1

Рисунок № 2

3. Рассчитаем выход на стадии сорбции, выход на стадии десорбции, выход тория в сорбционном процессе в целом

=0,92, =0,74, =0,68

Вывод

В ходе данной лабораторной работы мы провели концентрирование микроколичеств тория из водного раствора соли уранила. Рассчитали степень сорбции и степень десорбции для каждой фракции. Построили выходные кривые сорбции и десорбции. Так же мы рассчитали выход на стадии сорбции B1 = 0,92, выход на стадии десорбции B2 =0.74 и выход тория в целом Вобщ =0,68.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений07:54:17 19 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
08:19:07 29 ноября 2015

Работы, похожие на Лабораторная работа: Разделение урана и тория с помощью тонкослойных неорганических сорбентов

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(149877)
Комментарии (1829)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru