Разделение урана и тория с помощью тонкослойных неорганических сорбентов

Общие положения

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 4п+2, a U-235 — в семействе 4п+3. Один из самых долгоживущих природных изотопов Th-232 возглавляет семейство 4п+0. Другие природные изотопы тория (Th-234, Th-230) находятся в составе семейства урана — радия (4п+2). Больше естественных изотопов урана и тория не существует. Кларки урана и тория поданным А. П. Виноградова равны соответственно 2,5−10^⁴% и 1,3−10^-3% [1].

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:

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 Ри-239.

Известны также другие искусственные изотопы урана и тория: от U-230 до U-240 и от Th-226 до Th-231. В подавляющем большийстве это аи |3-излучатели (при этом не следует забывать о сопровождающем у-излучении).

К урану, который используется в ядерно-энергетических процессах, предъявляются жесткие требования в отношении химической чистоты. Задача осложняется тем, что технология урана практически всегда была связана с переработкой полиметаллических руд: богатые урановые месторождения в настоящее время большая редкость. Более того, можно утверждать, что со временем человечество обратится к еще более бедным месторождениям; не исключено, что источником получения урана в будущем может стать Мировой океан, в котором содержится 10¹⁰ т урана (15−10^_2% от находящегося в разведанной геосфере).

Таким образом, значение задачи извлечения урана из сложных по составу сред, в частности из растворов различного происхождения, будет со временем только возрастать. И в целом будет возрастать роль гидрометаллургических операций разделения, выделения, концентрирования и более специальных — обогащения и аффинажа (если техническая революция и развитие энергетической базы не выведут вперед электрохимию расплавов и методы газовой химии, основанные на использовании различной летучести соединений). Эти операции неизбежно станут ключевыми в любых экологизированных гидрометаллургических технологиях будущего, которые будут связаны, конечно, не только с ураном, но и с большинством элементов периодической системы.

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.

Для выполнения лабораторной работы необходимо достаточное знакомство с химическими свойствами соединений урана и тория, а также знание основных закономерностей и терминологии межфазного распределения.