楊莉 葛進國 戴軍 張堯成 邱光懷

摘 要：采用自制伯氨樹脂為吸附劑，分別研究了超聲輔助下樹脂添加量、吸附時間對中性稀土礦渣中釷離子的吸附行為，并對伯氨樹脂吸附釷離子的吸附機理進行了探討。研究結果表明，采用硝酸溶液對中性礦渣具有較好的溶解性，硝酸濃度為12vol.%，礦渣添加量與硝酸容量最佳配比度為1g：27ml；20ml溶液中，吸附最佳條件為：樹脂添加量6g、吸附時間5min，吸附率達到了62.58%。

關鍵詞：超聲輔助；釷；吸附；伯氨樹脂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.038

釷為一種帶有剛灰色光澤的放射性元素，具有較為活潑的化學性質(zhì)，不僅可以作為增強相添加入合金中以提高合金強度，還可以利用其衰變所儲藏的能量用作核燃料 [1]。對稀土礦渣中釷元素的有效提純，不僅可以減少釷的污染，還可以使釷資源得到很好的利用[2]。

針對釷元素的分離富集法主要有固相萃取法、液液萃取法、離子交換法和液膜萃取法等[1， 3]。楊維凡等人采用液液萃取法從天然U中萃取Th，發(fā)現(xiàn)該方法能有效去除大部分的干擾元素，從而獲得了較高純度的釷；李玉萍等人[4]以P291為協(xié)同流動載體， （NH4）2CO3作內(nèi)相試劑的乳狀液膜體系，發(fā)現(xiàn)采用液膜萃取法可以很好的分離出富集水中的痕量釷。

本文采用超聲輔助法對南方離子型礦礦渣中Th的靜態(tài)吸附行為進行研究，降低稀土礦渣中放射性核素，滿足國家豁免標準的要求或達到清潔解控水平。

1 試驗材料及方法

本文選用南方離子型礦中的中性稀土礦渣為吸附對象，硝酸溶液為溶解液，自制伯氨樹脂為吸附劑；采用Optima8000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對吸附前后溶液中的釷含量進行測定。釷標準液（GBW（E）080174）濃度為100μg/ml，采用移液槍分別取出10μl及100μl于100ml超純蒸餾水中制備0.1μg/ml及1.0μg/ml的釷工作液。選擇硝酸為溶解液，首先將4g稀土礦渣添加入容量為108ml，濃度分別為0、3、6、9、12、15vol.%硝酸溶液中，得出最佳的硝酸濃度，再在此濃度下添加1、2、3、4、5、6g礦渣，從而得出最佳的硝酸濃度及礦渣與硝酸溶液的最佳配比度。釷吸附行為的研究主要包括以下幾個部分：（1）伯氨樹脂添加量對釷吸附行為的影響：在20ml的硝酸溶液中分別添加不同含量的伯氨樹脂，進行超聲波震蕩5分鐘后，測量吸附后溶液中釷的含量，伯氨樹脂添加量分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、6.0、9.0、12.0、15.0、18.0g；（2）吸附時間對釷吸附行為的影響：在第一步實驗的基礎上，向20ml的硝酸溶液中添加適量的伯氨樹脂，分別超聲震蕩2、5、8、11、14、17、20min。

2 試驗結果及分析

2.1 伯氨樹脂

自制伯氨樹脂為淡黃色顆粒狀，平均顆粒尺寸在0.9至1.0mm之間，采用流體靜力稱量法對其密度進行測量，測量結果為1.28g/cm3，伯氨樹脂共具有3個吸收峰，在1116.37cm-1處存在中強度的N-H彎曲振動吸收峰，在1624.04cm-1處和3427.07cm-1處存在高強度的N-H伸縮振動吸收峰，透過率均較高，分別為86.22%、87.99%及83.63%。

2.2 溶解液

在硝酸濃度為12vol.%，容量為108ml，當?shù)V渣添加量從1g增加至4g時，溶液逐漸由無色透明狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈S透明狀，無沉淀；進一步增加至5-6g，溶液變?yōu)辄S色透明狀，并帶有少量沉淀；礦渣的最佳添加量為4g。采用清水進行溶解時，溶液為乳白色并帶有大量沉淀；硝酸濃度從3vol.%增加至9vol.%時，溶液為淡黃渾濁狀，沉淀量逐漸減少；進一步增加至12-15vol.%，溶液由之前的淡黃渾濁狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈S透明狀，且礦渣全部溶解無沉淀現(xiàn)象；硝酸最佳濃度為12vol.%，礦渣添加量與硝酸容量最佳配比度為1g：27ml。

2.3 樹脂含量

在溶液中釷離子總量保持不變的情況下（溶液為20ml），隨著樹脂含量的增加（0-6g），樹脂對釷離子的吸附率顯著增大；而當樹脂含量再進一步增加至18g時發(fā)現(xiàn)，釷離子的吸附率上升趨勢比較平緩，從6g增加到18g時，其吸附率僅增加了5.69%。這主要是由于隨著礦渣溶液中的樹脂含量的增加，所提供的N-H彎曲振動吸收峰以及N-H伸縮振動吸收峰的吸附空位點也隨之增加，在體系中釷離子總濃度保持不變的情況下，樹脂對釷離子的吸附率必然隨之增加。溶液中的釷離子含量有限，所以隨著樹脂含量的增加，吸附率增加幅度幾乎保持不變。

2.4 吸附時間

在吸附時間為5min時，吸附率達到56.29%，之后幾乎不變。當吸附時間較短時候，樹脂N-H振動吸附位點較多，與溶液中的釷離子可快速且充分的吸收。進一步增加吸附時間時，發(fā)現(xiàn)樹脂的吸附率幾乎保持不變，約為57%。溶液對樹脂釷離子的解吸過程與樹脂對溶液中釷離子的吸附過程達到動態(tài)平衡，故而在時間為5min后，吸附率隨吸附時間的增加而幾乎維持平衡不變。

3 結論

（1）硝酸溶液對酸性渣的溶解性較差；對中性渣的溶解性較好，最佳溶液濃度為12vol.%，礦渣與溶液的最佳配比度為1g ：27ml。

（2）吸附率隨樹脂含量增加先快速增加后緩慢增加并趨于平緩，最佳樹脂添加量為6.0g。吸附率在吸附時間為2-5min時，增長速率較快；最佳吸附時間為5min。

參考文獻：

[1]張妮，劉慧君，孫允凱等.磺酰化β-環(huán)糊精包合N，N′-二苯硫脲對釷的吸附研究[J].南華大學學報（自然科學版），2015， 29（02）：118-123.

[2]李利，吳宇，唐硯.伯氨樹脂對稀土礦渣浸出液中釷的吸附研究[J].四川有色金屬，2006（04）：40-44.

[3]紀學珍，劉慧君，王麗麗等.β-環(huán)糊精鍵合硅膠材料對釷的吸附[J].核化學與放射化學，2012，34（01）：40-45.

[4]李玉萍，李莉芬，王獻科.液膜分離富集、測定水中痕量釷[J].工業(yè)水處理，2000，20（11）：28-30.

本項目受到江蘇省科技廳產(chǎn)學研聯(lián)合研究項目（BY2016050-03）資助。