铀吸附树脂
A. 海中漂带为什么能吸附铀
在蔚蓝色的海水中漂浮着一条长长的环状带子，带子以每小时几米的速度缓慢地移动着。许多人对此迷惑不解，捕鱼显然不对，恶作剧，又何必劳师动众，那么海中漂带究竟为的是什么呢？这是科学家在进行海中吸附贵重金属铀的实验。这条长长的带子，不是一般的普通的纤维带子，而是把一种螯合型离子交换树脂编织到条状离子交换纤维带。这种特殊性带子在海上漂浮为的是吸附海水的铀。据科学统计，铀在海洋中的储量是陆地的1500倍，总蕴藏量约40亿吨。这40亿吨的铀在海水中的浓度只有十亿分之三。如何将铀从海水中捞出，的确十分困难。海水中提取铀，从目前科学水平来看，最佳的选择莫过于是离子交换法，亦称吸附法。这种方法首先采用吸附铀的材料从海水中把铀吸附住；然后用酸溶液或含有碳酸盐离子的溶液浸洗下吸附材料的铀，得到铀的浓缩液；最后采用化学方法将铀的浓缩液提炼成氧化铀。显而易见，从海水中“捞”铀，吸附剂是关键。现在已有的吸附剂，性能都不够理想。如有机树脂吸附剂选择性和强度都不好，在吸附铀的同时也吸附了大量的钠，并会在浸洗液中分解，而无机吸附剂中的最佳水合二氧化钛又不耐酸腐蚀。经过科学家的努力，研制出一种螯合型离子交换树脂的吸附剂，它有较好的选择性、耐腐蚀性和强度并且成本低。实验表明，这种吸附剂和海水接触2秒钟，就会吸附住海水中的14％的铀，持续10分钟就能附90％以上铀，可见吸附的速度是较快的，而且可以反复使用。科学家把这种吸附剂编织到条状离子交换纤维中，组成一个环状的运行装置，这个系统的2／3的带子浸泡在海水中，出水后的带子通过滑轮进入浸洗槽，洗下铀后又回到海水里再去吸铀。带子移动的速度只需要每小时几米，浸洗槽内铀的浓度就能达到0.5克／升。一条长400米，宽10米，厚1厘米的吸附带在流速为每小时4海里的海水中，一年产铀可达6吨。
B. 各类离子交换树脂的再生方法
再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐：
1、大孔吸附树脂简单再生的方法是用不同浓度的溶剂按极性从大到小剃度洗脱，再用2~3BV的稀酸、稀碱溶液浸泡洗脱，水洗至PH值中性即可使用。
2、钠型强酸性阳树脂可用10%NaCl 溶液再生，用药量为其交换容量的2倍 (用NaCl量为117g/ l 树脂)；氢型强酸性树脂用强酸再生，用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此，宜先通入1～2%的稀硫酸再生。
3、氯型强碱性树脂，主要以NaCl 溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的碱盐液再生，常规用量为每升树脂用150～200g NaCl ，及3～4g NaOH。OH型强碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生。
4、一些脱色树脂 (特别是弱碱性树脂) 宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸，使树脂 pH值下降至6左右，再用水正洗，反洗各一次。
5、阳树脂再生：
通盐酸：在环境温度下，将4%的树脂床体积4倍的HCL通过树脂床，通过时间约2小时。
慢洗：以相同流速和；流向，通2倍树脂体积的除盐水。
快洗：以运行流速和流向，通除盐水至PH=5-6.树脂床备用。
6、阴树脂再生：
通氢氧化钠：在环境温度下，将浓度为4%的树脂体积4倍量的NaOH通过树脂床，通过时间约为2小时。
慢洗：以相同流速和；流向，通2倍树脂体积的除盐水。
快洗：以运行流速和流向，通除盐水至PH=8，树脂床备用
具体操作可根据树脂使用情况酌情增加酸碱的浓度和再生时间。
(2)铀吸附树脂扩展阅读：
应用领域：
1）水处理
水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
2）食品工业
离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。
3）制药行业
制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。近年还在中药提成等方面有所研究。
4）合成化学和石油化学工业
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。
甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。
5）环境保护
离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
6）湿法冶金及其他
离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。
C. 树脂对 重金属的去除作用是离子交换和吸附作用两者的区别是什么
离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导应用
1）水处理
水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
2）食品工业
离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。
3）制药行业
制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。链霉素的开发成功即是突出的例子。近年还在中药提成等方面有所研究。
4）合成化学和石油化学工业
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。
甲基叔丁基醚（MTBE）的制备，就是用大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的四乙基铅。
5）环境保护
离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
6）湿法冶金及其他
离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。
其他补充：
离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质如泡沸石和用煤经过磺化制得的磺化煤都可用作离子交换剂。但是，随着现代有机合成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广泛应用。近年国内外生产的树脂品种达数百种，年产量数十万吨。
在工业应用中，离子交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子，可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低(虽然一次投入费用较大)。以离子交换树脂为基础的多种新技术，如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等，各具独特的功能，可以进行各种特殊的工作，是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。
离子交换树脂的应用，是近年国内外制糖工业的一个重点研究课题，是糖业现代化的重要标志。膜分离技术在糖业的应用也受到广泛的研究。
离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。
离子交换树脂不溶于水和一般溶剂。大多数制成颗粒状，也有一些制成纤维状或粉状。树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有较高的机械强度(坚牢性)，化学性质也很稳定，在正常情况下有较长的使用寿命。
离子交换树脂中含有一种(或几种)化学活性基团，它即是交换官能团，在水溶液中能离解出某些阳离子(如H+或Na+)或阴离子(如OH－或Cl－)，同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子。即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换，从而将溶液中的离子分离出来。
广泛的应用于水处理领域。
D. 离子交换树脂吸附分离
在0.25mol/LH2SO4并含有少量过氧化氢的介质中钒不被阳离子交换树脂吸附，可与钪、钇、版铀分离。
将含钒与铬的权0.08mol/LHCl-6(6+94)%H2O2通过氯型树脂，铬通过交换柱而钒吸附于柱上，从而得到分离。
用硫酸根型树脂采用选择性洗脱可将铬(Ⅲ)、钒(Ⅴ)、钼(Ⅵ)、钨(Ⅵ)分离，先用0.05mol/LH2SO4-0.1%H2O2洗脱铬(Ⅲ)，再用0.5mol/LH2SO4-0.1%H2O2或1mol/L(NH4)2SO4-0.025mol/LH2SO4洗脱钒(Ⅴ)，而钼(Ⅵ)和钨(Ⅵ)仍留在吸附柱上。
E. 如何提纯浓缩铀－235
提纯浓缩铀－235含量的技术比较复杂, 现时用来提纯铀－235的主要方法有气体扩散法离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等，其中以气体扩散法最成熟。 气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法。该工艺依靠不同质量的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。在每一个气体扩散级，当高压六氟化铀气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时，其铀-235轻分子气体比铀-238分子的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级，而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。在每一级中，铀-235/铀-238浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。 气体离心法——在这类工艺中，六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。 气体动力学分离法——所谓贝克尔技术是将六氟化铀气体与氢或氦的混合气体经过压缩高速通过一个喷嘴，然后穿过一个曲面，这样便形成了可以从铀-238中分离铀-235同位素的离心力。气体动力学分离法为实现浓缩比度所需的级联虽然比气体扩散法要少，但该法仍需要大量电能，因此一般被认为在经济上不具竞争力。在一个与贝克尔法明显不同的气体动力学工艺中，六氟化铀与氢的混合气体在一个固定壁离心机中的涡流板上进行离心旋转。浓缩流和贫化流分别从布置上有些类似于转筒式离心机的管式离心机的两端流出。南非一个能力为25万分离功单位的铀-235最高丰度为5％的工业规模的气体动力学分离厂已运行了近10年，但也由于耗电过大，而在1995年关闭。 激光浓缩法——激光浓缩技术包括3级工艺：激发、电离和分离。有2种技术能够实现这种浓缩，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是将金属铀蒸发，然后以一定的波长应用激光束将铀-235原子激发到一个特定的激发态或电离态，但不能激发或电离铀-238原子。然后，电场对通向收集板的铀-235原子进行扫描。分子激光法也是依靠铀同位素在吸收光谱上存在的差异，并首先用红外线激光照射六氟化铀气体分子。铀-235原子吸收这种光谱，从而导致原子能态的提高。然后再利用紫外线激光器分解这些分子，并分离出铀-235。该法似乎有可能生产出非常纯的铀-235和铀-238，但总体生产率和复合率仍有待证明。在此应当指出的是，分子激光法只能用于浓缩六氟化铀，但不适于“净化”高燃耗金属钚，而既能浓缩金属铀也能浓缩金属钚的原子激光法原则上也能“净化”高燃耗金属钚。因此，分子激光法比原子激光法在防扩散方面会更有利一些。 同位素电磁分离法——同位素电磁分离浓缩工艺是基于带电原子在磁场作圆周运动时其质量不同的离子由于旋转半径不同而被分离的方法。通过形成低能离子的强电流束并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现同位素电磁分离。轻同位素由于其圆周运动的半径与重同位素不同而被分离出来。这是在20世纪40年代初期使用的一项老技术。正如伊拉克在20世纪80年代曾尝试的那样，该技术与当代电子学结合能够用于生产武器级材料。 化学分离法——这种浓缩形式开拓了这样的工艺，即这些同位素离子由于其质量不同，它们将以不同的速率穿过化学“膜”。有2种方法可以实现这种分离：一是由法国开发的溶剂萃取法，二是日本采用的离子交换法。法国的工艺是将萃取塔中2种不互溶的液体混和，由此产生类似于摇晃1瓶油水混合液的结果。日本的离子交换工艺则需要使用一种水溶液和一种精细粉状树脂来实现树脂对溶液的缓慢过滤。 等离子体分离法——在该法中，利用离子回旋共振原理有选择性地激发铀-235和铀-238离子中等离子体铀-235同位素的能量。当等离子体通过一个由密式分隔的平行板组成的收集器时，具有大轨道的铀-235离子会更多地沉积在平行板上，而其余的铀-235等离子体贫化离子则积聚在收集器的端板上。已知拥有实际的等离子体实验计划的国家只有美国和法国。美国已于1982年放弃了这项开发计划。法国虽然在1990年前后停止了有关项目，但它目前仍将该项目用于稳定同位素分离
F. 材料吸附铀后 离心对吸附量有影响吗
COD就是化学需氧量，用重铬酸钾来衡量。活性炭吸附作用比较强，可以去除水中的大量颗粒，会降低COD的值。
G. 如何在海中寻铀
铀作为一种放射性化学元素在国防、工业、科研中，有着极其重要的地位。由于其核裂解时能释放巨大的能量，从而成为核武器的主要原料。随着人们对于铀的认识由过去的单一性向多元化转变，从而更加重视起了对铀的开发和利用。
目前，全世界拥有核武器的国家很少，而核工业国家却不断地发展，核能也由单纯的军事型转变为民用型，核电站就是这种转化的典型代表。目前世界上各国的核电站原料能源大都采用铀。因而人们从以往的淘金热，变成了淘铀热。
据科学家分析，全球陆地上的铀矿总和约可产铀２５０万吨，也就是说，如果全世界都采用铀为原料制造核武器、核电站以及航天、航海中应用核燃料的话，那么用不了多长时间，大陆上的铀矿就会被开采一空，而为之所建立的一切设施将变成一堆废钢铁。当然，这种想法确实有点悲观。
专家又宣称：铀在海水中的总量超过陆地总量的１５００多倍。这无疑为有核武器、核工业的国家注人了一针强心剂，于是人们便开始了海中寻铀的艰难工作。
在人们头脑一阵发热之后才慢慢地发现，这是一场多么艰难的工作呀！铀在海水中的浓度仅为十亿分之三，也就是说，１０００吨海水中仅含有３克铀，铀存在于海水中的三碳酸盐复合物中。人们在处理了大量海水之后才发现，从海水中提取的铀所能释放的能量，仅仅相当于或略高于将其从海水提取过程中所消耗的能量，这未免有些得不偿失了。于是科学家们又开始探讨新的方法，以减少耗能而获取更多的铀。
美国科学家们用有机树脂分离海水中的铀与几其他金属，在实验室研究中获得了成功，但是由于有机树脂的吸附率较低而大量生产成本较高，很难在实际工业中应用。后来，又经过长期的探索，终于发现了一种较为理想的新的铀吸附剂——水合二氧化钛，并且就此而研制出了一套以二氧化钛为基础的海水采铀的技术。
在这众多的研究大军中，我国科学家们为此做出了重大贡献。他们研究发现，氧化铝、氢、氢氧化铁和氧化锌的吸铀能力最强，并且已在实验中得到证实，如果在实际工业中能够得以应用的话，那么提取铀的成本将大大下降，这无疑为海水提铀工业做出了巨大的贡献。
另外，国外一些研究机构，也发现了较为经济方便的抽铀方法，他们研制开发了一种负离子交换剂，其吸附铀的效果也十分显著，在实验室中的表现上乘，但是在利用潮流的海水实验中，却令人失望。如想突破这个大关，尚需要另外研制一个与之完全不同的抽铀工艺流程。
总之，海水提铀的设想是伟大的，而完成这个设想是极为困难的。目前世界上有数以千计的科学家和研究小组，仍在不懈地努力。我们深信会有一天，海水提铀不再是一个神话，但现在我们只能将其列为一个尚未解开的谜。
H. 海水提铀技术是怎样提取的
海水提铀是从海水中提取原子能工业铀原料的技术。海水中铀的蕴藏量约45亿吨，是陆地上已探明的铀矿储量的2000倍，但是浓度极低。所以海水提铀成本比陆地贫铀矿提炼成本高6倍。从20世纪60年代开始，日本、美国、法国等国家从事海水提铀的研究和试验，一般采用三种方法：
（1）吸附法：使用水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铅矿石和离子交换树脂等吸附剂吸附海水中微量的铀；
（2）生物富集法：使用专门培养的海藻富集海水中微量的铀。据试验，某些海藻铀的富集能力很大，其铀含量甚至超过低品位铀矿的含铀量；
（3）起泡分离法：在海水中加入一定量的铀捕集剂?如氢氧化铁等，然后通气鼓泡，分离海水中的铀）。
日本是世界上第一个开发海水铀源的国家。日本是一个贫铀国，铀埋藏量仅有8 000吨，因此日本把目光瞄向海洋。从1960年起，日本加快研究从海水中提取铀的方法。1971年，日本试验成功了一种新的吸附剂。除了氢氧化钛之外，这种吸附剂还包括有活性碳。日本已于1986年4月在香川县建成了年产10千克铀的海水提取厂。日本还制定了进一步建造工业规模的海水提铀工厂的计划，到2000年前年产铀达1 000吨。
I. 海水提铀的提取工艺法
将吸附剂装入有网眼的尼龙袋中，用船拖着在海水中飘游，或将吸附剂装入吸附柱中，把海水泵入吸附柱，通过吸附剂和海水接触而吸附铀。如用水合氧化钛吸附剂，每克吸附铀量为几十至200μg。用碱性溶液(碳酸铵或碳酸钠溶液)淋洗吸附有铀的水合氧化钛，得到含铀约9mgU/L(注：U/L是：单位/公升)的淋洗液。
经过一次吸附和淋洗，铀浓度由海水中的3.3产μgU/L(注：U/L是：单位/公升)提高至淋洗液中的9mgU/L(注：U/L是：单位/公升)，提高了近3000倍。但此时的铀浓度还很低，需作进一步富集。可用阴离子交换树脂进行第二次吸附，再用中性盐溶液将离子交换树脂上的铀淋洗出来。第二次淋洗液的铀浓度达3.5gU/L(注：U/L是：单位/公升)左右，可用常规方法从这种淋洗液中沉淀铀制取铀盐产品。 1、吸附法，使用水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铅矿石和离子交换树脂等吸附剂吸附海水中微量的铀；
2、生物富集法，使用专门培养的海藻富集海水中微量的铀。据试验，某些海藻铀的富集能力很大，其铀含量甚至超过低品位铀矿的含铀量；
3、起泡分离法，在海水中加入一定量的铀捕集剂，如氢氧化铁等，然后通气鼓泡，分离海水中的铀。 要具有吸附容量大、吸附速度快、选择性好、化学稳定、机械强度好、易于淋洗再生、不污染海洋等性质，且价格低廉。
最初主要研究无机吸附剂如水合氧化钛等。为获得具有一定机械强度的水合氧化钛，曾研制出钛胶一聚丙烯酰胺凝胶吸附剂、用聚乙烯醇粘合钛一碳的复合剂等。后来发现水合氧化钛吸附剂系列的机械强度都不理想，故转到主要研究有机吸附剂。研究结果表明，合成纤维工业生产中一种产品聚丙烯腈的直接衍生物——聚丙烯酰胺喔星(polyacrylamidoxine)在铀的吸附容量、吸附选择性和机械强度等性质都优于水合氧化钛。 吸附装置应能与大量海水相接触且节能价廉。世界各国根据各自的海岸条件，研究利用天然洋流、潮汐流、波动能及泵驱动等方式，使吸附装置与大量海水接触。日本试验用机械泵把海水输送到吸附柱中，贫化海水排入大海并被洋流带走。由于这种方法需要输送大量海水，因而耗能大。德国因海岸没有暖洋流，主要研究开发在海水中移动操作的如系在船上的浮动吸附装置，以达到与洋流驱动相类似的结果。瑞典研究一种储槽利用波浪，使槽中水面比海水面海水面高，再利用水位差使海水通过吸附床。中国、美国、前苏联等也都进行着类似的工程研究。
J. 在海水中要怎样提取铀
世界上研究和开发海水提铀技术最早的国家是英国，第二次世界大战结束后不久，英国就从事这项工作，先后提出了用离子交换树脂及吸附法从海水中提铀方案，这些都是在实验室内进行的研究。日本在1984年建成了年产10kg铀的海水提铀模拟厂，这是世界上第1个海水提铀工厂。目前，美国、德国、法国等20多个国家，都相继进行海水提铀研究开发工作，提取方法主要有起泡分离法、生物富集法、吸附法。
起泡分离法是将起泡剂加入海水中，再用动力鼓气使海水起泡，起泡的物质与铀发生化学作用，海水中的铀就聚集在气泡上，于是把铀从海水中提取出来了。这种方法铀的提取率达80%～90%，是近几年新发展的方法，目前只限于实验室内使用，而在工程上很难实现。
生物富集法是把经过筛选和专门培养的海藻放在海水中进行富集铀的方法。在海洋中有些藻类富集铀的能力很强，集铀的浓度比海水高1万倍，其含量达150mg/L，接近或超过陆上低品位铀矿的含铀量。日本研究出一种小球藻，其自然繁殖快、富集铀量大、提取成本低，很有发展前途，在工程上是可以实现的。目前，德国也正在筹建中试生产工厂。
吸附法是最有希望的一种方法，吸铀量较高。迄今，已研制出百种吸附剂，经常采用的有水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铝矿石、离子交换树脂等，其中水合氧化钛复合吸附剂是当前国际上海水提铀研究开发中最主要的一种，它每克可吸收500～600μg铀，甚至高达1000μg以上。海水如何通过吸附床，是海水提铀实现工业化生产的关键。