一種鈾礦石中鈾的測量方法

2023-05-11 03:19:31 1

專利名稱：一種鈾礦石中鈾的測量方法
技術領域：
本發明屬於一種鈾礦石中鈾的測量方法，具體涉及一種鈾礦石中鈾的定量分析測
量方法。
背景技術：
鈾資源是軍民兩用的重要資源。「十五」和「十一五」以來，我國在尋找可地浸砂巖型鈾礦床過程中已經取得了重大進展。面對核電發展對鈾資源的迫切需求，鈾礦地質勘探工作任務仍然十分繁重，鈾礦鑽探工作量也大大增加。在鈾礦鑽探過程涉及大量測量工作， 包括現場編錄、現場測井和送實驗室樣品分析。在野外現場，主要是利用Y射線測井儀、編錄儀等測量鈾含量。這些方法是通過測量Y放射性來判斷鈾含量，如通過測量鈾的子體
等來獲取鈾的數據。但是，由於地質情況的複雜性，鈾與鐳等放射性元素經常處於不平衡狀態，因而Y測量法提供的結果需要進行複雜的技術校正(動態校正、靜態校正等)， 測量結果帶有很大的局限性。例如同樣的Y計數，偏鐳時報出的鈾含量偏高；而偏鈾時，報出的鈾含量偏低。因此，在野外現場測量的基礎上，需要把大部分樣品送回實驗室進行準確分析。由於運輸和實驗室分析的的因素，其分析結果往往不能及時指導現場鑽探，有時會延誤現場決策。因此，研究一種能在野外現場準確測量鈾礦中鈾測量方法和裝置顯得尤為重要。目前，野外現場分析方法主要基於兩類一類是物理方法如X射線螢光和Y譜法等。可攜式能量色散X射線螢光光譜儀雖然也是野外現場分析的主要儀器，但主要用於主量分析，對鈾的測定靈敏度很低、幹擾大。上面介紹的Y測量方法存在鈾鐳不平衡和死時間等問題，對鈾測量結果存在較大風險。另一類是化學方法，如雷射螢光法測鈾，該方法具有較高的靈敏度，曾有使用雷射螢光標準加入法在野外簡易實驗室進行土壤中鈾分量測量，但分析流程仍較複雜，對高含量鈾測量誤差較大，後來放棄了該方法在野外簡易實驗室使用。

發明內容
本發明的目的是提供一種適合室內和野外應用、快速、準確、操作簡單的鈾礦石中鈾的測量方法。本發明是這樣實現的，一種鈾礦石中鈾的測量方法，它包括以下步驟，1)對鈾礦石進行快速溶解；2)將溶解後的鈾礦石溶液直接分離純化；3)製備鈾礦石樣品源；4)測量樣品源的α計數率。所述的步驟1)包括， 將粉碎後的鈾礦石樣品放入溶樣灌中，添加硝酸，氫氟酸和雙氧水，在自動消化裝置中加熱溶解，溶解時間大於30分鐘，溫度控制在高於160°C。
所述的鈾礦石用量小於1. 5g，硝酸的密度為1. 4g/cm3，氫氟酸的濃度不低於40%， 雙氧水的濃度不低於30%，鈾礦石與硝酸用量的比例為小於1/3. 5(g/ml)，鈾礦石與氫氟酸用量的比例為1/0. 5 1/1 (g/ml)，鈾礦石與雙氧水用量的比例為1/0. 5 1/1 (g/ml)。所述的步驟2、包括，將溶液的硝酸的酸度控制在0. 5-2mol/L，添加氟化鈉溶液、 抗壞血酸和TOPO-環己烷溶液，其中氟化鈉的用量為100 200mg，抗壞血酸用量為50 lOOmg，有機相與水相的比值為大於1/10，TOPO-環己烷溶液的濃度大於3%。所述的步驟幻為取純化後的含鈾有機溶液1 anl，滴在加一層擦鏡紙的不鏽鋼樣品盤中，在低溫加熱板上將樣品烤乾。所述的步驟4)測量樣品源的α計數率，用鈾標準溶液製備一系列標準源，其制樣過程如步驟1)至步驟3所述，並測量標準源的α計數率，用標準源含量做橫坐標，淨計數率做縱坐標做工作曲線，根據工作曲線和樣品源的α淨計數率，得出樣品源的鈾含量。本發明的優點是，本發明利用鈾的核性質與化學性質相結合，研究出了 TOPO萃取-α測量法測鈾的新方法，密閉酸溶快速溶樣法。溶樣後不經分離直接萃取，操作簡單、 快速、鈾的萃取率達97%以上，純化效果很好，萃取後有機相不含其它α核素。直接用有機相制樣，有機相很容易乾燥，制樣簡單、快速。根據樣品源的α淨計數率來計算鈾含量。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進行詳細描述一種鈾礦石中鈾的測量方法，它包括如下幾個步驟1)對鈾礦石進行快速溶解；將鈾礦石放入自動消化裝置中，硝酸的用量細1，氫氟酸的用量取0.5ml，雙氧水的用量為0. 5ml，溶解30分鐘後，取出，冷卻，等待鈾的分離純化；其中鈾礦石用量小於1.5g，鈾礦石與硝酸用量的比例為小於l/3.5(g/ml)，鈾礦石與氫氟酸用量的比例為 1/0. 5 1/1 (g/ml)，鈾礦石與雙氧水用量的比例為1/0. 5 1/1 (g/ml)，溶解時間大於30 分鐘，溫度控制在高於160°C，本實施例中選擇180°C。其中自動消化裝置，產地上海，型號X-15型。鈾的快速溶解密閉酸溶法快速溶出鈾礦石中的鈾。在實驗室內，比較常用的鈾礦溶解方法有三酸溶礦法、銨鹽溶礦法等，但這些方法都是在開放體系進行，需要在有良好通風的條件下進行。在野外條件下，為了保護環境和工作人員的身體健康，本發明採用密閉酸溶快速溶樣法。溶樣條件的選擇溶礦設備採用了自動消化裝置對樣品進行加熱，該裝置不見明火，野外使用較為安全，上有凹槽可供放置溶樣罐，加熱效率高。溶樣罐採用了半透明的可加蓋的柱狀聚全氟乙丙烯罐，外徑30mm，體積40ml，最高可耐溫度200°C，樣品部分可放入自動消化裝置的凹槽內，該裝置一是溶樣效率高，另外由於溶樣灌材質半透明，方便萃取純化後觀察取樣。溶樣溫度的選擇，溫度在160°C以上時，樣品中的鈾能完全溶出，故溶礦時採用180°C。試劑選擇，採用硝酸、氫氟酸和雙氧水組成的試劑對鈾礦石進行溶解， 硝酸的用量從3. 5ml 8ml均可，氫氟酸的用量大於1. 5ml即會影響鈾的萃取純化，一般取 0. 5ml，雙氧水的用量為0. 5ml 1. 0ml，一般取0. 5ml。稱樣量的選擇，試驗了稱取0. 5g 2. Og樣品，用該方法溶解，結果證明稱樣量在1. 5g以下的樣品能被完全溶解。因此在稱樣時，根據樣品含量的高低稱取0. 1 1. 5g的鈾礦石進行實驗。密閉酸溶法快速溶出鈾礦石中的鈾的溶礦流程鈾礦石經過粉碎後，稱取Ig左右的樣品於聚全氟乙丙烯圓柱形溶樣罐中，用少許水潤溼，加細1硝酸、0. 5ml氫氟酸、0. 5ml雙氧水，加蓋密閉，在180°C下用自動消化裝置溶30分鐘，取出，冷卻，等待鈾的分離純化。2)鈾的分離純化將溶解後的鈾礦石樣品直接分離純化，在溶樣罐中加入20ml水、5ml2%的氟化鈉溶液、50mg抗壞血酸，搖勻，加細13. 6% TOPO-環己烷溶液，以180次/分的頻率傾斜震蕩2 分鐘，靜置；硝酸的酸度控制在0. 5-2mol/L，添加氟化鈉溶液和還原劑，其中氟化鈉的用量為100 200mg，還原劑在本例中選擇抗壞血酸，其用量為50 lOOmg，有機相與水相的比值大於1/10，TOPO-環己烷溶液的濃度大於3%。樣品溶解後不經分離直接進行萃取的鈾的分離純化技術，萃取劑選用了對鈾萃取有特效的三辛基氧膦(TOPO)；萃取劑濃度的選擇，大於3%的TOPO-環己烷，在0. 5 2mol/ L的硝酸介質中對一定量鈾的萃取率較為穩定，均在97%以上，因此萃取劑的濃度選定為 3.6% ；酸度的選擇，在其他條件一定的情況下，在0. 5 2mol/L的硝酸介質中，鈾的萃取率均可達到要求，但樣品溶解後，為了減少稀釋體積，根據溶樣罐的大小，我們採用在2mol/ L硝酸介質中萃取鈾；萃取時間為1 2分鐘；萃取容量及萃取劑體積的選擇，細13. 6%的 TOPO能使IOmg鈾的萃取率達到97%以上，增加萃取劑的體積，鈾的萃取容量也隨之增大， 但考慮到制樣的靈敏度，我們選擇用細1萃取劑來萃取，對更高含量的樣品，通過減少稱樣量來達到鈾的完全萃取；為了掩蔽釷的幹擾，加入5ml2%的氟化鈉，經過鈾的分離純化，有機相中具有α衰變的核素只有鈾。鈾的分離純化流程為在溶樣罐中加入20ml水、5ml2% 的氟化鈉、50mg抗壞血酸，搖勻，加細13. 6% TOPO-環己烷溶液，以180次/分的頻率傾斜震蕩2分鐘，靜置，供制樣。3)樣品源的製備取純化後的含鈾有機溶液1 ani，滴在加一層擦鏡紙的不鏽鋼樣品盤中，在低溫加熱板上將樣品烤乾，備測；通過比較直接用有機相制樣和鈾溶液反萃後用水溶液制樣兩種方法，有機相制樣簡單、快捷，但測量時計數效率低，先反萃再制樣，計數效率較高，但步驟繁碎，不適合野外使用，而且，用有機相直接制樣也能滿足樣品測量的要求。故選擇了直接用有機相制樣，由於鈾是α衰變，測量α粒子要求樣品源表面平整，均勻性好，因此，我們選擇了在不鏽鋼樣品盤上加一層擦鏡紙，再滴加有機相樣品，這樣制的源表明平滑均勻。具體製備流程是取純化後的含鈾有機溶液1 ani，滴在加一層擦鏡紙的不鏽鋼樣品盤中，在低溫加熱板上將樣品烤乾，備測。4)樣品的測量測量步驟3)得到的樣品源的α計數率，用鈾標準溶液製備一系列標準源，其制樣過程與樣品制樣流程相同，標準源的含量範圍在此例子中選擇0微克，10微克，50微克，100微克，200微克，400微克，800微克， 1200微克，2000微克，並測量標準源的α計數率，用標準源含量做橫坐標，淨計數率為坐標做工作曲線，相關係數大於0.999;在本例中可選擇用PC-I型可攜式α測量儀測量其計數率，樣品測量時，將制好的樣品源放入測量盤中，根據含量高低，選擇一定的測量時間，使測量誤差達到測量要求，測量樣品源的計數率和工作曲線，PC-I型可攜式α測量儀能直接給出樣品含量。本發明所提供的方法其檢出限為2. 55μ g/g鈾，測定範圍> 8. 0μ g/g，鈾測量相對標準偏差，在鈾含量為100 μ g/g時相對標準偏差小於15%。實施例首先稱取0. 1 Ig樣品於全氟乙丙烯圓柱形溶樣罐中，加少許水潤溼，加濃硝酸、0. 5ml氫氟酸、0. 5ml雙氧水，加蓋密封，放置於自動消化裝置中，升溫至180°C，溶30 分鐘，取出樣品罐，冷卻至室溫，打開蓋子，加20ml去離子水，5ml2%的氟化鈉，50mg抗壞血酸，搖勻，加入細13. 6%的TOPO-環己烷溶液，以180次/分的頻率傾斜震蕩2分鐘，靜置 30分鐘後，取上層有機相2ml於Φ50πιπι上面加有一層擦鏡紙的不鏽鋼樣品盤中，用紅外燈或低溫加熱板加熱，使有機相中環己烷揮發，留下樣品薄膜，測量其α計數率，用PC-I型可攜式α測量儀測量，即可給出樣品中鈾的含量。表1是在實驗室內各種標準物質利用TOPO 萃取α測量法對鈾的檢測結果。表1各種標準物質中鈾的檢測結果
權利要求
1.一種鈾礦石中鈾的測量方法，其特徵在於它包括以下步驟，1)對鈾礦石樣品進行快速溶解；2)將溶解後的鈾礦石樣品溶液直接分離純化；3)製備鈾礦石樣品源；4)測量樣品源的α計數率。
2.如權利要求1所述的一種鈾礦石中鈾的測量方法，其特徵在於所述的步驟1)包括，將鈾礦石放入溶樣灌中，添加硝酸，氫氟酸和雙氧水，加蓋密閉，用自動消化裝置加熱， 溶解時間大於30分鐘，溫度控制在160°C 190°C。
3.如權利要求1或者2所述的一種鈾礦石中鈾的測量方法，其特徵在於步驟1)中所述的鈾礦石用量小於1.5g，鈾礦石與硝酸用量的比例為小於l/3.5(g/ml)，鈾礦石與氫氟酸用量的比例為1/0. 5 1/1 (g/ml)，鈾礦石與雙氧水用量的比例為l/0.5 l/l(g/ml)。
4.如權利要求1所述的一種鈾礦石中鈾的測量方法，其特徵在於所述的步驟2)包括，將溶液的硝酸的酸度控制在0. 5-2mol/L，添加氟化鈉溶液和抗壞血酸和TOPO-環己烷溶液，其中氟化鈉的用量為100 200mg，抗壞血酸用量為50 lOOmg，有機相與水相比值為大於1/10，TOPO-環己烷溶液的濃度大於3%。
5.如權利要求1所述的一種鈾礦石中鈾的測量方法，其特徵在於所述的步驟3)為取純化後的含鈾有機溶液ι ani，滴在加一層擦鏡紙的不鏽鋼樣品盤中，在低溫加熱板上將樣品烤乾。
6.如權利要求1所述的一種鈾礦石中鈾的定量分析方法，其特徵在於所述的步驟4) 測量樣品源的α計數率，用鈾標準溶液製備一系列標準源，其制樣過程如步驟1)至步驟3 所述，並測量標準源的α計數率，用標準源的鈾含量做橫坐標，淨計數率為坐標做工作曲線，根據工作曲線通過樣品源的α淨計數率得出樣品源的鈾含量。
全文摘要
本發明屬於一種鈾礦石中鈾的測量方法，具體涉及一種鈾礦石中鈾的定量分析測量方法。它包括以下步驟，1)對鈾礦石進行快速溶解；2)將溶解後的鈾礦石溶液直接分離純化；3)製備鈾礦石樣品源；4)測量樣品源的α計數率。本發明利用鈾的核性質與化學性質相結合，研究出了TOPO萃取-α測量法測鈾的新方法，密閉酸溶快速溶樣法。溶樣後不經分離直接萃取，操作簡單、快速、鈾的萃取率達97％以上，純化效果很好，萃取後有機相不含其它α核素。直接用有機相制樣，有機相很容易乾燥，制樣簡單、快速。根據樣品源的α淨計數率來計算鈾含量。
文檔編號G01T1/167GK102455429SQ20101052278
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者劉立坤, 武朝暉, 湯三星, 王玉學, 郭冬發, 黃秋紅 申請人:核工業北京地質研究院