稀土废渣放射性核素转移及MOFs材料对放射性核素吸附研究

发布时间：2020-10-24 02:09

　　 稀土冶炼分离会产生大量的放射性废渣,这些废渣必须妥善处理处置,以免对环境造成放射性污染。本文从稀土冶炼工艺流程着手,分析了天然放射性核素钍、铀、镭在稀土冶炼过程中转移情况,计算了废渣中放射性的活度及铀、钍、镭放射性核素的含量。同时对萃取废水及废渣的除放进行了初步的探讨,并使用MOF-76(Sm)材料对含铯离子的放射性废水进行了吸附研究。为稀土废渣中有用核素的提取及废渣再利用提供一定的理论基础,主要研究内容与结论如下:(1)使用X-射线荧光(XRF)对渣样分析以及电感耦合高频等离子光谱仪(ICP)对冶炼过程产生的水样分析,结果表明稀土矿中的钍、镭元素主要富集于酸溶渣;铀元素富集于中和渣。结合稀土生产工艺流程以及综合红外和X-射线衍射分析结果,得到渣中的主要物相组成:酸溶渣中主要含有硫酸钡、二氧化硅、稀土难溶氧化物和稀土复盐;其中钍元素以二氧化钍、磷酸钍形式存在,而镭元素以硫酸镭等难溶盐的形式富集于酸溶渣。中和渣中主要含草酸钙、氯化钠、少量碳酸盐和稀土草酸盐;铀元素以重铀酸盐、氢氧化四铀的形式富集于中和渣。并对萃取废水进行除放研究,在pH为8.1,氯化钡添加量为0.33g/L时,除放效果较好。(2)使用γ谱仪对稀土放射性废渣进行测量与分析,稀土废渣天然放射性平衡遭受破坏。在平衡破坏的情况下,铀、钍、锕系的放射性活度主要由其相应的子体核素Ra-228、Th-224,Ra-226,Pa-231、Ac-227所贡献。通过分段理论得到了非平衡状态下废渣的活度及铀、钍、镭含量计算公式,计算表明,酸溶渣的总放射性活度要远高于中和渣,酸溶渣中钍、镭的平均含量为420.55mg/kg、0.00029mg/kg;中和渣中铀的平均含量为287.57mg/kg。(3)通过水热法合成了MOF-76(Sm)金属有机构架材料,并使用SEM、XRD、FTIR对合成的样品进行表征。在室温的条件下,研究合成的样品材料对铯离子的吸附行为。MOF-76(Sm)对铯离子的吸附满足准二级动力学模型,以化学吸附为主;且通过langmuir等温线模型拟合得到该材料的最大饱和吸附量为52.36 mg/g。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL941
【部分图文】：

1.2.1 稀土稀土和稀土元素（REE）是由 17 个化学性质相似的金属元素（15 个镧系元素加上钪(Sc)和钇(Y)）组成。稀土资源主要以稀土氧化物的形式存于自然界中，分为重稀土和轻稀土两大类。稀土在科技发展中有着巨大的作用，不仅在磁、电、光等领域具有无法取代的优异性能，而且能够增加产品品种，改善产品品质、提高生产效率[8]。由于只需要少量稀土元素便可以改进产品结构、提高产品科技含量、促进行业技术进步，因此被广泛的应用于冶金、军事等新材料领域，因此稀土元素被誉为“工业味精”、“新材料之母”，是不可再生的重要的战略资源。1.2.2 稀土储量2015 年，美国地质调查局（USGS）对全世界的稀土资源进行了调查，如图 1.1（a）所示。调查表明：中国、俄罗斯、美国、澳大利亚等国的稀土资源的存量位居世界前列，中国占世界稀土资源的 43%[9]。而根据中国 2012 年 6 月发布的《中国稀土状况与政策》的白皮书数据显示，中国稀土资源储存量约为 1859 吨，如图 1.1（b）所示，占世界总稀土资源的 23%[10]，USGS调查数据与中国的统计数据有所区别。

的外壳和有色玻璃的制造。磷钇矿磷钇矿化学性质稳定，主要成分为 Y[PO4]。磷钇矿主要存在于岩石中，大量富集时，是一种常见的稀土冶炼原料。磷钇矿中含有一定量的放射性核素，且铀的含量大于钍。镧钒褐帘石日本多所大学联合研究小组在三重县发现了一种含有稀土的新品种矿物。这种矿物含稀土镧和稀有金属钒，是一种特殊褐帘石，因而被命名为“镧钒褐帘石”。1.2.4 中国稀土资源分布中国稀土资源不仅丰富，而且稀土资源的成矿条件得天独厚，矿床类型单一、分布面广而又相对集中，如图 1.2 所示。全国 98%以上的稀土资源分布在内蒙古及南方七省等地区，中国稀土资源分布均匀，南北布局合理。内蒙古是我国的轻稀土资源大省，约占全国稀土资源的 83%以上，是我国最大的轻稀土生产基地[14]。而南方七省主要盛产重离子稀土，由于南岭等地区重离子稀土矿有着易采集、易提取的优点，已经成为我国最重要的重稀土生产基地。但近年来大规模的开采与出口使得中国稀土资源的存量下降惊人。

稀土废渣放射性核素转移及 MOFs 材料对放射性核素吸附研究件。3 结果与讨论.1 稀土冶炼工艺放射性产污环节稀土精矿和稀土中间产品是江苏省稀土冶炼分离企业的主要原料来源，稀土精矿主要方七省的重离子稀土；稀土的中间产品主要包括稀土氧化物、稀土氯化物等。江苏省分离工艺主要包含五道工序；如图 2.1 所示，分别为：稀土矿石的盐酸溶解、单一稀土萃取分离、草酸沉淀萃取废水、高温灼烧草酸稀土盐及混料过筛包装。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 苑超;周程;朱晓翔;杨师俨;戴耀东;;稀土尾矿砂放射性活度的测量与计算[J];原子核物理评论;2015年04期

2 左天明;左魏铭;李金莲;;活性炭吸附法处理含铀放射性废水[J];四川地质学报;2015年03期

3 姚珺;;浅谈稀土低放废渣相关法规标准和处理处置[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2014年12期

4 陈向国;;稀土行业的发展必须顾及环境保护[J];节能与环保;2014年08期

5 柳丹;刘杰安;漏汇;王鑫;朱来叶;陈斌;翁明辉;;离子交换树脂处理核电厂废液模拟试验研究[J];给水排水;2014年S1期

6 胡咏梅;刘徽平;;稀土生产中放射性污染及放射性检测的研究现状[J];稀有金属与硬质合金;2014年02期

7 鲁芸芸;曹其如;陈云明;黄立娟;白晓峰;李兵;冯亮;;UF-RO膜组合工艺处理低放射性废水方法研究[J];核动力工程;2013年06期

8 周程;朱晓翔;杨斌;唐双凌;杨云飞;;伽玛谱无源效率方法在测量江苏省稀土废渣中的应用[J];核技术;2013年08期

9 罗建军;刘桂芳;孙庆红;;第一次全国污染源普查稀土行业天然放射性核素调查分析研究[J];辐射防护;2011年06期

10 陈和生;孙振亚;邵景昌;;八种不同来源二氧化硅的红外光谱特征研究[J];硅酸盐通报;2011年04期

相关博士学位论文 前2条

1 代群威;辐照条件下模拟放射性核素Sr~(2+)的微生物吸附研究[D];中国工程物理研究院;2012年

2 刘明学;微生物与锶铀相互作用及其机理研究[D];电子科技大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄淑云;MOF孔壁的功能修饰及铀吸附研究[D];东华理工大学;2015年

2 陈希飞;铁氧体原位共沉淀法处理核电厂放射性废液技术研究[D];华东理工大学;2014年

3 周小娇;啤酒酵母对放射性元素铀的吸附机理研究[D];兰州大学;2014年

4 李若愚;我国稀土尾矿放射性环境影响评价及处置技术评估体系构建[D];北京林业大学;2014年

5 高永娟;包头稀土产业可持续发展研究[D];内蒙古师范大学;2013年

6 黄杰;基于尾矿砂的塑性混凝土力学特性试验研究[D];沈阳工业大学;2013年

7 杨敏;磷酸盐络合—絮凝法处理放射性稀土废水的研究[D];南昌大学;2012年

8 史骥;离子交换材料去除模拟低水平放射性废水中核素的研究[D];上海交通大学;2010年

9 郝继东;低温蒸发处理核工业废水的研究[D];内蒙古工业大学;2009年

10 柏云;含铀废水微生物处理方法研究[D];四川大学;2003年

本文编号：2853865