PDF《中国海水提铀研究进展》

3000 t废水. 2015年, 国际原子能机构(IAEA)和经济 合作发展组织下属核能机构(OECD-NEA)公布, 全世 界已探明的铀矿资源总质量约为7.64*106 t, 这部分 铀资源经估算, 只够人类使用120年左右[1] . 再加上 未探明的约7.70*106 t铀矿资源, 以及可从其他含极 少量铀的磷矿、有色金属矿等矿石中提炼的约7.3*

106 ~8.4*106 t铀, 总铀资源仅够人类使用300年左右. 为保障核能的持续发展, 对非常规铀资源进行开发 具有重要的战略意义[2] . 全世界海水中含铀总量约45亿吨, 大约是陆地 岩石含铀总量的1000倍, 够人类使用7.2万年. 另有 学者报道海底岩石上还附着大量未溶于水的铀资源, 这部分铀资源是海水中铀资源的1000倍, 足够人类 使用数千万年. 每年河水汇集补充到海水中的金属 铀约27000 t, 海水流动性大, 浓度会很快达到平衡, Downloaded to IP: 192.168.0.24 On: 2019-06-12 04:11:41 http://engine.scichina.com/doi/10.1360/N972017-01122

2018 年2月第63 卷第5-6 期482 且没有地域限制, 属于共享资源. 如果能开发稳定、 高效、廉价并可重复利用的海水提铀方法, 那么海水 中的铀将成为一种 取之不尽 的能源, 足以保证人 类能源的可持续发展[3] . 同时, 海水铀的提取过程相 对于陆地开采对环境要友好很多, 能够在获取大量 铀资源的同时对环境几乎没有污染. 因此, 海水提 铀 被认为是最具挑战性, 也是 回报 最高的核燃料 资源研发项目, Nature在2016年将 海水提铀 评为 seven chemical separations to change the world 之一[4] . 我国在20世纪60年代就启动了海水提铀研究, 1970年华东师范大学

671 科研组首次从海水中提取 到30 g铀(华东师范大学校史沿革), 得到了高度的评 价, 但是由于种种原因出现了三十多年的空白期. 随 着近年来国家对未来能源发展的定位以及对海洋资 源开发利用的重点部署, 海水提铀的重要意义在国 内开始备受关注. 发展海水提铀对于保障我国核能 的可持续发展和推进我国海洋资源综合利用具有重 要而长远的战略意义. 尽管海水中含铀总量巨大, 但是从海水中提铀 依然面临着巨大的挑战. 主要有以下4点: (1) 铀主要 以三碳酸铀酰离子[UO2(CO3)3]4? 的稳定结构存在于 海水中, 但其浓度只有3.3 μg/L, 远低于海水中共存 的Na+ , Cl? , Mg2+ 及Ca2+ 等离子的浓度[5] (表1);

(2) 提 铀材料只有大面积接触海水, 才能有效提取铀酰离 子, 最重要的是提铀材料在海水特定的pH(8.0~8.3)、 离子强度下能稳定完成吸附工作;

(3) 材料还要能在 凝胶状氧化铁、有机物、生物淤积等污染条件下不被 破坏;

(4) 材料要在洗脱时性能变化较小, 从而可以 循环利用[6] . 海水提铀的方法多种多样, 例如: 吸附 法、溶剂萃取分离法、化学沉淀法、生物处理法、离 子交换法和超导磁分离法等, 综合提铀速率、材料稳 定性、铀酰离子选择性、经济因素和可行性等多方面 考虑, 吸附法最适于应用在海水提铀中, 而吸附法的 核心是选择和制备性能优良的吸附材料. 本文总结 了我国海水提铀不同类型吸附材料的研究进展以及 海试试验情况, 阐明了现阶段海水提铀研究的关键 问题, 并对我国海水提铀未来的发展进行了展望.

1 无机类吸附材料 无机类吸附材料的特点是制备简单、吸附速度 快、容易洗脱, 但易与其他盐离子形成络合离子、易 受外界因素影响, 而且回收较为困难. 国内近年研究 表1海水中部分金属离子浓度 Table