基本介紹
- 中文名：海水提鈾
- 外文名：Seawater lift uranium
- 要求：達到較高的富集係數
- 長度：在50到100碼
- 運營時間：達到60年
- 領域：核能
簡介,國內外發展現狀,國外發展現狀,國內發展現狀,背景資料,提取工藝法,主要方法,吸附劑,吸附裝置和工程,現有的海水提鈾裝置,海水提鈾存在問題,海水提鈾新工藝猜想,
簡介
當前標準的海水提鈾技術由日本研發，利用辮形塑膠纖維編成的墊子，墊子中含有用於捕獲鈾原子的化合物。每個墊子的長度在50到100碼(約合46到91米)之間，懸浮在水下100到200碼(約合91到182米)。從海水中取出後，墊子用溫酸溶液漂洗以獲取鈾，而後再次沉入海下捕獲鈾原子。
國內外發展現狀
近年來海水提鈾課題已成為各國研究的熱點。海水中含有超過40億噸的鈾資源，因此對其研究有廣闊的前景。但海水中鈾的濃度只有十億分之三至十億分之四，因此研究一個具有成本效益的海水提鈾方法是一個巨大的挑戰。
國外發展現狀
從20世紀50年代開始，德國、義大利、日本、英國和美國相繼展開了海水提鈾的研究，但是到目前為止，還沒有一個國家成功研究出具有商業可行性的海水提鈾技術。
日本廣島大學工學部設計了填充纖維狀偕胺肟類吸附材料的浮體。1986年日本建成了年產10Kg鈾的海水提鈾實驗工廠。日本是世界上第一個開發海水鈾源的國家。日本是一個貧鈾國，鈾埋藏量僅有8000噸，因此日本把目光瞄向海洋。從1960年起，日本加快研究從海水中提取鈾的方法。1971年，日本試驗成功了一種新的吸附劑。除了氫氧化鈦之外，這種吸附劑還包括有活性碳。這種新型吸附劑1克可以得到1毫克鈾，因而用它從海水中提取鈾遠比從一般礦石提取鈾的成本要低得多。為此，日本已於1986年4月在香川縣建成了年產10千克鈾的海水提取廠。同時已制定了進一步建造工業規模的海水提鈾工廠的計畫，預計到2000年前年產鈾達1000噸。
美國近年海水提鈾取得重大進展，橡樹嶺國家重點實驗室研製的可重複使用的高容量吸附劑，希爾公司發明了一種高比表面積聚乙烯纖維，二者相結合，創造出一個能從水中快速、選擇性地吸附微量貴重金屬的吸附材料，被稱為HiCap，其性能超過當前最好的吸附材料。
國內發展現狀
我國對海水提鈾的研究工作始於20世紀60年代，到80年代初海水提鈾技術已有了一定的基礎和水平，但由於一些原因中斷。近年來，海水提鈾的研究有了進一步的進展，其中國家海洋局第三研究所研製的鈦型吸附劑，吸附量可達650μgU/g，華東師範大學海洋資源研究室研製的海水提鈾設備方法已達到世界先進水平，但迄今我國尚未建立海水提鈾工廠。
背景資料
核電站的運營時間達到60年或者更長時間，需要投入巨大資金建造。在建造核電站前，能源公司必須確保他們能夠在未來幾十年內獲得價格合理的鈾。陸地鈾資源是否充足具有不確定性，這種不確定性一直影響著核能產業的決策。
海水中鈾的蘊藏量約45億噸，是陸地上已探明的鈾礦儲量的2000倍，但是濃度極低。所以海水提鈾成本比陸地貧鈾礦提煉成本高6倍。此外，從海水中提取鈾同樣在環保方面具有優勢。傳統的鈾礦開採產生具有污染的廢水，對礦工的健康構成威脅，同時也對環境產生不利影響。
截止到2012年8月，科學家在海水提鈾方面不斷取得進步，正快速朝著將海洋變成鈾庫的道路前進，從海水中提取鈾距離具有經濟可行性更近一步。鈾提取技術的進步能夠將成本降低近一半，即提取1磅（約合0.45公斤）鈾的成本從大約560美元降至300美元。這種鈾獲取方式能夠確保核能發電的未來。
提取工藝法
主要方法
目前海水提鈾的主要方法有：
（1）吸附法：為了回收鈾，科研工作者們嘗試了很多方法，吸附法是目前最有效的方法之一；
將吸附劑裝入有網眼的尼龍袋中，用船拖著在海水中飄遊，或將吸附劑裝入吸附柱中，把海水泵入吸附柱，通過吸附劑和海水接觸而吸附鈾。如用水合氧化鈦吸附劑，每克吸附鈾量為幾十至200μg。用鹼性溶液(碳酸銨或碳酸鈉溶液)淋洗吸附有鈾的水合氧化鈦，得到含鈾約9mgU/L(註：U/L是：單位/公升)的淋洗液。
流程圖
流程圖經過一次吸附和淋洗，鈾濃度由海水中的3.3產μgU/L(註：U/L是：單位/公升)提高至淋洗液中的9mgU/L(註：U/L是：單位/公升)，提高了近3000倍。但此時的鈾濃度還很低，需作進一步富集。可用陰離子交換樹脂進行第二次吸附，再用中性鹽溶液將離子交換樹脂上的鈾淋洗出來。第二次淋洗液的鈾濃度達3.5gU/L(註：U/L是：單位/公升)左右，可用常規方法從這種淋洗液中沉澱鈾製取鈾鹽產品。
（2）石灰法：這種方法用廉價的石灰與海水的鎂發生反應來提取鈾；
（3）生物處理法：由於有些微生物天然存在含鈾的礦物或基質中，可以利用這些微生物使海水中的鈾轉化為不溶與水的形式；
（4）浮選法：從溶液中回收溶解態物質的浮選法有離子浮選和載體浮選；
（5）超導磁分離法：利用超導磁的超導磁場（3.5~6T）以及分選腔中磁介質的高梯度，產生巨大的磁場來分選極弱的材料；
（6）綜合利用法：海水綜合利用和海水提鈾想結合，在獲取化學資源與淡水的同時獲取鈾。
上述方法中吸附法是目前研究最熱門的方法。目前其他方法都存在著溶劑、沉澱物、表面活性劑和海洋生物的完全吸收等問題尚未解決，故不能用來大範圍的海水提鈾。吸附法海水提鈾由吸附、脫附、濃縮、分離等工序組成，其最重要的是要有高性能的吸附劑和高效的提取工藝。
吸附劑
要具有吸附容量大、吸附速度快、選擇性好、化學穩定、機械強度好、易於淋洗再生、不污染海洋等性質，且價格低廉。
最初主要研究無機吸附劑如水合氧化鈦等。為獲得具有一定機械強度的水合氧化鈦，曾研製出鈦膠一聚丙烯醯胺凝膠吸附劑、用聚乙烯醇粘合鈦一碳的複合劑等。後來發現水合氧化鈦吸附劑系列的機械強度都不理想，故轉到主要研究有機吸附劑。研究結果表明，合成纖維工業生產中一種產品聚丙烯腈的直接衍生物——聚丙烯醯胺喔星(polyacrylamidoxine)在鈾的吸附容量、吸附選擇性和機械強度等性質都優於水合氧化鈦。
海水提鈾的吸附劑選擇的要求：
（1）吸附劑的平衡吸附量要儘可能的大；
（2）吸附劑的吸附速度儘可能快；
（3）吸附劑對鈾醯離子的選擇性要高；
（4）能容易快速脫附；
（5）和海水接觸效率高，能充分利用自然能；
（6）在海洋環境中耐腐蝕性強，使用壽命長；
（7）可大量生產，製備簡單、易回收且廉價；
（8）吸附劑對化學、機械作用力、微生物穩定；
（9）廉價海水處理裝置的設計；
（10）大量海水進入方式的設計等
吸附裝置和工程
吸附裝置應能與大量海水相接觸且節能價廉。世界各國根據各自的海岸條件，研究利用天然洋流、潮汐流、波動能及泵驅動等方式，使吸附裝置與大量海水接觸。日本試驗用機械泵把海水輸送到吸附柱中，貧化海水排入大海並被洋流帶走。由於這種方法需要輸送大量海水，因而耗能大。德國因海岸沒有暖洋流，主要研究開發在海水中移動操作的如系在船上的浮動吸附裝置，以達到與洋流驅動相類似的結果。瑞典研究一種儲槽利用波浪，使槽中水面比海水面海水面高，再利用水位差使海水通過吸附床。中國、美國、前蘇聯等也都進行著類似的工程研究。
現有的海水提鈾裝置
現有的海水提鈾裝置一般有：
（1）水泵方式：用裝在低于海面吸附床上的水泵引導海水。其特點是吸、脫附裝置簡單、效率高；
（2）海浪方式：這種裝置可設在自然海流中或潮流中；
（3）潮汐方式：在海邊築兩道堤壩，利用潮水漲落差，使跟換的海水進入吸附床；
（4）波力方式：吸附隨波浪晃動來更換海水吸附鈾，或將湧來的波浪引入吸附床來吸附鈾；
（5）膜方式：把海水提鈾和現有的膜技術相結合起來。
提鈾裝置海水提鈾存在問題
海水中的鈾濃度很低（3~4ppb），且有共存離子的競爭。因此，海水提鈾是難度大、周期長、綜合性強、涉及面廣的探索性研究課題。研究海水提鈾不僅可為開發新的鈾資源提供理論依據和技術基礎，而且也可豐富海洋化學、界面化學、低濃物理化學以及海洋化工和環境科學的內容，同時對原子能工業和其他工業的三廢處置也將提供技術參考資料。
海水提鈾新工藝猜想
海水提鈾是一個值得研究與探索的問題，對其研究有深遠的意義。研發新的方法，要敢於創新，思維不能被傳統所禁錮。
海水提鈾，與鈾礦廢水的處理有類似之處，二者的鈾離子濃度都非常的低，因此在研究上可相互借鑑。但鈾的存在形式又不盡相同，因此二者還是有區別的，廢水處理方式不完全用於海水提鈾。
目前鈾廢水處理方面，生物處理已經有了良好的效果，其經濟效果也極其可觀，已有對鈾離子吞噬能力強的生物。因此，可以尋找對海水中的鈾離子吸附能力強的生物，對其進行選擇與培育。但前人的研究成果也不能忽視。吸附法的研究已經有了一定的進展，如果將吸附材料與生物吞噬相結合，也許會取得意想不到的效果。
