文章-辐射接枝聚合物改性纤维的海水提铀试验.doc

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1、辐射改性聚合物纤维用于海水提铀的研究现状及展望吴国忠李景烨中国科学院上海应用物理研究所一、背景介绍根据我国政府公布的发展计划，到2020年为止核电总装机容量将达到8600万千瓦，相当于86座百万千瓦级的核电机组。到2040-2050年，我国的核电机组也许将接近200座。按照每座百万千瓦级的核电机组每年消耗铀235浓度为3.3~3.4%的燃料大约20吨计算（相当于100吨天然铀），我国未来核电对天然铀的需求将可能达到每年2万吨。由于2008年全世界消耗天然铀（U3O8）65000多吨，这相当于现在国际市场需求的三

2、分之一。随着中国和印度等国家大规模发展核电以及低碳经济对全球核电发展的刺激，全球市场对铀的需求将会持续扩大。尽管国际市场的铀价经历2008年的高峰后出现了下跌，目前在100-120美元/公斤，但国内外机构都认为普遍预测国际铀价将持续上涨。由于我国铀矿资源并不丰富，而且多是贫矿，我国未来的核电发展需求必须严重依赖国外铀矿石或铀燃料的进口。2009年9月7日法国新闻社（AFP）发表了题为“印度的铀外交将引发中国激烈竞争”的社论，随后日本媒体以及我国的环球时报也进行了转载。该社论认为中国和印度等能源需求大国目前都在大

3、力发展核电，对铀资源的需求日益迫切，为确保资源稳定供应，中国和印度将来甚至会上升到“铀外交”层次的竞争。为满足全球核能发展对铀的需求，许多公司正在加大铀矿勘探和开采力度，一些新的铀矿被发现。为确保我国铀资源的稳定供应，我国必须进口更多的铀矿石并在国内寻找新的铀矿。与陆地铀矿相比，海水中铀的总量高达45亿吨，但是海水中铀的铀浓度仅为3ppb(3mg/m3)，非常难以富集。一个235U原子核裂变释放出的能量为200MeV，按照1立方米海水中含有约3毫克铀计算（其中235U的丰度为0.72%），1升海水含有的235U

4、完全核裂变释放的能量与5.5毫升石油相当。如果考虑到238U也可以经过增殖后变成239Pu得到完全利用，1升海水则相当于0.76升汽油的能量。由于海底的淤泥会不断释放出铀酰离子进入海水，因此海水中的铀资源不会枯竭。如果能够实现商业化的海水提铀技术，全球核能发展所需的燃料可得到保障。因此开发具有商业化前景的海水提铀技术将是确保我国铀资源稳定供应的途径之一。目前尽管海水提铀成本较高，但如果掌握成熟的技术，至少在未来对平抑国际铀价的过渡投机将起到稳定作用。二、海水提铀研究的历史与现状尽管海水中铀的总量很大，但浓度很低

5、，绝大部分以铀酰离子(UO22+)的可溶性络合物形式存在，只有小于0.1%的铀与海水中的悬浮物结合。铀酰离子在海水中的络合形式非常复杂，不同海域、不同环境下UO22+的络合情况会有一定差异。根据模型计算表明，在未污染海水中(模型选择pH=8)UO2(CO3)34-、UO2(CO3)2(OH)3-和UO2(CO3)(OH)22-分别占总铀酰离子的88.3％、11%和0.5%。有关海水中铀络合物的类型和浓度比例也有其他各种报道，但大多数报道认为主要形式是三碳酸铀酰UO2(CO3)34-，其络合常数约为2×1018。

6、从海水中提取铀的方法主要有吸附法、共沉法、生物法、浮选法等。上述方法中吸附法是目前比较可行并且研究最成熟的方法。吸附法海水提铀所用的吸附剂可分为两类：1、无机吸附剂，一般为碱土金属与跃迁金属的化合物，如铅化合物、二氧化锰、水合氧化钛等；2、有机吸附剂，包括膦酸系列、氨基膦酸系列、肟胺基化合物系列等，其中以肟胺基化合物系列吸附性能最好。通常把可吸附铀的基团合成到高分子树脂或纤维上，以增加吸附剂与海水的接触面积、提高吸附速率、延长使用寿命、便于回收利用。国际上有关海水提铀的研究工作在二战后不久即已开始，最早是在英国

7、，此后日本、前苏联、美国、德国等都有开展。我国科学家很早就关注到了国际上的海水提铀研究，并开展了实验探索。早在1970年，山东海洋学院(现为“中国海洋大学”)与国家海洋局第一海洋研究所共20余人，在该学院化学系联合成立了海水提铀科研组。1970年10月1日，国家海洋局第三海洋研究所(厦门)海水提铀成功。上海市六七一办公室(建于1971年3月，从事海水提铀的科研任务；1978年更名“上海环境化学研究所”，现为“上海市环境科学研究院”)、华东师范大学化学系、上海师范大学化学系、复旦大学物理二系和南京大学化学系等众多

8、科研单位也都开展了海水提铀研究。上世纪70年代到80年代初是国内海水提铀研究最活跃的时期，这与国际上的总体趋势也是同步的，在这一时期内，我国的海水提铀吸附剂和吸附机理研究曾居于世界先进水平。由于80年代全球核电发展速度放缓，国际铀矿价格长时间持续下跌，因此海水提铀研究计划在很多国家被搁置。在过去的海水提铀研究中，需要使用动力将海水引入吸附槽或沉降槽，因此成本很高，完全无法和矿山开采成本