عدد اکسايش اورانيم در آن (4+) است. اين ترکيب در دماهاي بالاتر از °C60 به خودي خود و به آرامي اکسيد شده به 8O3U تبديل ميگردد.
1-2-12-6- اورانيم تترا فلوريد (4UF)
يکي ديگر از ترکيبات مورد استفادهي اورانيم در چرخهي سوخت هستهاي اورانيم تترا فلوريد است که از اثر مستقيم گاز HF بر پودر اورانيم دي اکسيد طي يک فرآيند فلوردارشدن به دست ميآيد. معمولاً اين ترکيب يک محصول مياني در تبديل اورانيم اکسيد (2UO و 8O3U) به اورانيم هگزا فلوريد (ويا بلعکس) يا اورانيم فلزي است. اين ماده از طريق واکنش اورانيم هگزا فلوريد با گاز هيدروژن در رآکتورهايي از نوع لولهاي عمودي تهيه و يا از واکنش بين اورانيم دي اکسيد با هگزا فلوريد هيدروژن حاصل ميشود.
اين ترکيب بهصورت جامد بلوري سبز رنگ است که در دماي °C960 ذوب ميشود وداراي فشار بخار قابل ملاحظهاي است. ميزان انحلال اين ماده در آب بسيار اندک است، ميزان پايداري آن کمتر از اورانيم اکسيد بوده و هنگام واکنش با آب هيدروفلؤريک اسيد توليد ميکند. اورانيم تترا فلوريد با اکسيژن هوا در دماهاي بالاتر از °C800 به شدت واکنش ميدهد.
(1-1) (s)2F2UO + (g)6UF ?2O + (s)4UF2
در صورت وجود بخار آب در سيستم نوع و محصولات واکنش به صورت زير تغيير خواهد کرد.
(1-2) 8O3 U+HF 12?(g) O2H6 + (s)4UF3
در نبود اکسيژن، واکنش اورانيم تترا فلوريد با بخار آب به صورت زير خواهد بود.
(1-3) HF4 + 2UO ? O2H2 + 4UF
اورانيم تترا فلوريد در دماي محيط به کندي با رطوبت هوا واکنش داده، اورانيم دي اکسيد و فلوريد هيدروژن توليد مي کند، که به شدت خورنده است. لازم به يادآوري است که اورانيل فلوريد (2F2UO) نيز در دماهاي کمتر از °C300 پايدار ميباشد ولي در دماهاي بالاتر از آن شروع به تجزيه شدن به 8O3U ميکند. سرعت اين واکنش زياد نيست. مگر اينکه دما به بيشتر از °C750 برسد که در اين صورت واکنش پيروليز به صورت زير خواهد بود.
3UO2F2 ? UF6 + (2/3) U3O 8+ (1/3) O2 (1-4)
1-2-12-7- اورانيم هگزا فلوريد (6UF)
اين ماده يک گاز فرآيندي است که در آن ميتوان غلظت ايزوتوپ قابل شکافت اورانيم (U235) را افزايش داد. از اين ماده به دو دليل در فرآيند غني سازي استفاده ميشود: اولاً اين ماده به سهولت ميتواند براي فرآوري شدن به شکل گاز، براي خوراک دهي و همچنين استخراج محصول به شکل مايع و در نهايت براي نگهداري در انبار به شکل جامد درآيد (هر يک از اين حالتهاي فازي در دما و فشار نسبتاً پايين قابل دستيابي است)، ثانياً با توجه به اينکه فلور داراي تنها يک ايزوتوپ طبيعي است، تمامي ظرفيت جدا کنندهي ايزوتوپي در دستگاه جداسازي، براي غني سازي ايزوتوپهاي سبکتر اورانيم به کار گرفته ميشود. ساختار بلوري آن به صورت هشت وجهي 6 مختصه است.
اين ترکيب به حالت جامد، تقريباً سفيد متمايل به خاکستري روشن و جامد بلوري متراکم ميباشد، شکل ظاهري جامد آن به تهيهي آن از طريق انجماد از فاز مايع و يا از طريق تبريد از يک فاز گاز بستگي دارد. در اولين مورد (انجماد از فاز مايع) ذرات جامد به صورت ذرات نامنظم و تا اندازهاي شبيه سنگ نمک در آمده و در مورد دوم (تبريد از فاز گازي)، جامد تودهاي بي شکل است. اورانيم هگزا فلوريد مايع نيز مانند اورانيم هگزا فلوريد گازي بي رنگ بوده و حتي با وجود سنگين بودن، داراي گران روي پايين است. بنابراين به راحتي جاري شده و سطح ظرف را خيس ميکند. حالت فازي مايع در فشار جو پايدار نميباشد. اورانيم هگزا فلوريد با هواي خشک، کربن دي اکسيد ، نيتروژن و اکسيژن واکنش نميدهد. هر کدام از اين گازها در اورانيم هگزا فلوريد قابل حل بوده ولي ميزان انحلال آنها در حالت جامد کمتر است. هنگامي که سطح 6UF جامد بدون حفاظ ميباشد، هگزا فلوريد بهصورت گاز در آمده و به سرعت با بخار آب واکنش ميدهد. به همين دليل اورانيم هگزا فلوريد هميشه در ظروف و تجهيزات فرآيندي کاملاً محکم و بدون نشت نگه داري ميشود. در صورت آزاد شدن اين ترکيب در جو، ابري سفيد و مرئي تشکيل ميشود که ناشي از گرماي آزاد شده توسط واکنش است. اورانيم هگزا فلوريد با بيشتر فلزات واکنش ميدهد. در تأسيسات مربوطه از فلزاتي مانند نيکل، ورقههاي نيکل، استيل، مونل، مس و برخي از آلياژهاي آلومينيم براي به کارگيري و ساخت تجهيزات فرآيندي استفاده ميشود. فولاد نرم توسط 6UF خورده ميشود، بنابراين نميتواند در برابر حملات بعدي از خوردگي ممانعت به عمل آورد. اورانيم هگزا فلوريد با هيدروکربنها نيز به سرعت واکنش ميدهد. اگر اورانيم هگزا فلوريد به صورت گاز باشد در اثر اين واکنش تفالهي سياه ترکيبات کربن – اورانيم تشکيل ميشود. در حالت مايع، واکنش با سرعت بيشتري انجام رسيده و باعث انفجار در سيلندرها ميشود. بايد ملاحظات و حفاظهاي زيادي جهت جلوگيري از ورود هيدروکربنهاي نفتي به سيلندرها يا تجهيزات نفتي در نظر گرفته شود.

فصل 2
استخراج نقطهي ابري و پيشتغليظ

2-1- مقدمه
روش استخراج با حلالهاي آلي، يک فرآيند شيميايي است که در آن فلزات موجود در فاز آبي براي تشکيل کمپلکس آلي- فلزي با يک مادهي آلي واکنش ميدهد. لذا، اجزاي فلز، فاز آبي را ترک کرده و وارد فاز آلي ميشوند. فلز در فاز آلي با اتمهاي کربن به صورت ترکيبات آلي پيوند ندارد ولي با اکسيژن، ازت، گوگرد و هيدروژن از طريق يک پيوند کوئوردينانسي ارتباط دارد.
در دهههاي اخير روشهاي استخراج و پيشتغليظ براي اندازهگيري مقادير بسيار کم ترکيبات در محلولهاي آبي مورد توجه قرار گرفته است. براي اندازهگيري مقادير کم آلايندهها در آب، خاک و ديگر نمونههاي زيستي روشهاي تجزيهاي با حساسيت بالا، گزينندگي و جداسازي مطلوب مورد نياز هستند.
روشهاي متعارف استفاده شده براي استخراج و تغليظ يونها در نمونههاي آبي، شامل استخراج مايع- مايع (LLE)15 [4-2] و استخراج فاز جامد(SPE)16 ميباشد [7-5]. روشهاي استخراج حلالي17 بازيافت کمي دارند و از مقدار زيادي حلال استفاده ميکنند. بنابراين تمايل زيادي براي جايگزين کردن روشهاي استخراج حلالي به منظور کم کردن دستکاري نمونه و هدر رفت آناليت و جلوگيري از استفاده از حلالهاي سمي وجود دارد.
مشکلي که در LLE و SPE وجود دارد، طولاني شدن زمان استخراج و بالا بودن عمليات دستي ميباشد. ديگر روشهاي توسعه يافته، موجب کاهش استفاده از حلالهاي آلي و در نهايت حذف آن شدهاند. ميکرو استخراج با فاز جامد (SPME)18 [10-8] روشي براي استخراج ترکيبات آلي از نمونههاي زيستي ميباشد. SPME بر اساس توزيع تعادلي آناليت بين فاز ساکن پليمري و ماتريس نمونه ميباشد. در اين روش زماني بيشتر از يک ساعت براي جذب نمونه، مورد نياز است. استخراج و تغليظ مبتني بر استفاده از استخراج نقطهي ابري19 (CPE) [13-11] روشي مناسب براي اين منظور است. در اين روش محلول آبي بعضي از سورفکتانتهاي مورد استفاده قرار گرفته است. از نقطه نظر تجزيهاي يکي از مهمترين خواص سورفکتانتها، ظرفيت بالاي آنها براي حل کردن گونههاي مختلف ميباشد که اجازه ميدهد مادهاي با
حلاليت ناچيز و نامحلول در آب، به راحتي در آب حل شود. حجم کمي از سورفکتانت غليظ اين امکان را ميدهد که آناليت در يک مرحله تغليظ و سپس در مرحله بعد توسط دستگاه اندازهگيري شود. اين شيوه نه تنها غير سمي و ارزان است بلکه از ايمني بالايي نيز برخوردار است. در جدول 2-1 تعدادي از روشها همراه با مختصري از مزايا و معايب آنها فهرست شده است.
جدول2-1- مقايسهي تعدادي از روشهاي تجزيهاي[14].
روش
LLE
SPE
SPME
CPE
توضيح مختصر
آناليت بين دو حلال غير قابل امتزاج تقسيم ميشود
آناليت بر روي مادهي جاذب جامد باقي ميماند.
آناليت بر روي فاز ساکن پليمري که ضخامت آن در حدود ميکرومتر ميباشد قرار ميگيرد.
آناليت بين دو فاز ايزوتروپ (فاز غني از سورفکتانت و فاز آبي) تقسيم ميشود.
زمان استخراج
24 ساعت
20-30 دقيقه
60 دقيقه
20 دقيقه
حلال مورد استفاده
حلال آلي
حلال آلي
__
محلول سورفکتانت
قيمت
ارزان
به نسبت ارزان
به نسبت ارزان
ارزان
چگونه استفاده توسط اپراتور
راحت
به نسبت راحت
به نسبت راحت
راحت
معايب
به حلال زيادي نياز دارد و نمونه بعد از استخراج بايد تغليظ گردد.
زمان ماندگاري کم ترکيبات قطبي و گزينندگي محدود
انتخاب فاز ساکن مناسب و بهينه سازي روش
بهينه سازي شرايط عملکرد

2-2- استخراج نقطهي ابري
در استخراج نقطهي ابري، از مواد فعال سطحي20 (سورفکتانتها) استفاده ميشود که دوگانه دوست21 هستند. يک مادهي سورفکتانت داراي ساختارR-X است که R در آن زنجير هيدروکربني با تعداد 8 تا 18 اتم کربن و X يون قطبي و آبدوست ميباشد.
مولکولهاي سورفکتانت ميتوانند در محلول آب تجمع يابند و ميسلها را ايجاد کنند. کمترين غلظت سورفکتانت مورد نياز براي توليد ميسل، غلظت بحراني ميسلي(CMC)22ناميده ميشود.
هنگاميکه محلولي شامل غلظت بحراني از سورفکتانت غير يوني، حرارت داده ميشود، در يک محدوده دمايي خاص شروع به کدر شدن ميکند که به آن دماي نقطهي ابري ميگويند. در حقيقت محلول به دو فاز تبديل ميشود. يک فاز غني از سورفکتات که حجم کمي دارد و فاز آبي که غلظت سورفکتانت در آن نزديک غلظت بحراني ميسلي ميباشد. اين پديده ناشي از افزايش در اندازهي ميسلها و آبزدايي از لايههاي بيروني ميسلي با افزايش دما ميباشد. اين پديده برگشت پذير بوده و با کاهش دما، دوباره محلول تکفاز اوليه به وجود ميآيد.
دماي نقطهي ابري به ساختار سورفکتانت و غلظت آن بستگي دارد، براي يک رشتهي همرده از يک سورفکتانت غيريوني مانند پلي اکسي اتيلن، دماي نقطه ابري با کاهش در طول زنجير هيدروکربني افزايش مييابد. اين دما در حضور نمکها، قلياها، اسيدها، پليمرها، اوره و مواد فعال سطحي ديگر سورفکتانتها تغيير ميکند.
قدرت يوني نيز ميتواند دماي نقطهي ابري شدن را تغيير داده و باعث سهولت جداسازي فازها با تغيير چگالي محلول گردد. استفاده از نقطهي ابري براي استخراج و تغليظ مواد آلي و يونهاي موجود در آب، پيش از آناليز نهايي توسط دستگاهي ميباشد. اين روش به نسبت ساده ميباشد. به اين ترتيب که مقدار کمي از سورفکتانت غليظ به محلول آبي اضافه شده و در صورت نياز يک عامل کيليت ساز مشخص شده بوسيلهي نوع سورفکتانت و نمونهي اندازهگيري شده به آن اضافه ميشود. اين محلول تا دمايي بالاتر از نقطهي ابري(CPT) 23 حرارت داده ميشود تا جدايش فازها رخ دهد. در مرحلهي بعد به منظور ويسکوز شدن فاز سورفکتانت و سهولت جداسازي فاز آبي پس از رسوبگيري در سانتريفيوژ، از مخلوط آب و يخ استفاده ميشود.
2-2-1- مروري بر تاريخچهي روش استخراج نقطهي ابري
واتانابه و همکارانش روش استخراج نقطهي ابري را نخستين بار براي استخراج يونهاي فلزي با استفاده از سورفكتانت غيريوني به کار بردند [15]. محلولهاي آبي شماري از سورفكتانتهاي غيريوني و يوني در غلظتهاي بالاتر از غلظت بحراني ميسل به صورت تكفاز24 ميباشند. در روش استخراج نقطهي ابري يا استخراج به واسطهي ميسل 25(MME) با

تغيير نسبي برخي از پارامترهاي ترموديناميكي و شيميايي محلول نظير دما، فشار يا با افزودن الكتروليت، محلول كدر شده و بهصورت دو فاز متمايز در

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید