مرحلهي آماده سازي نمونه، فرآيند استخراج ميباشد كه به منظور جدا كردن و پيشتغليظ مقادير كم گونه از بافت نمونه (جامد، مايع يا گاز) به كار ميرود. روش استخراجي آرماني روشي است كه سريع، ساده, تكرارپذير و ارزان بوده، بازيابي كمّي گونههاي مورد نظر را بدون از دست دادن يا تخريب آنها ممكن سازد. با حجم كم نمونه انجام پذيرد، از گزينندگي بالا برخوردار باشد، استفاده از حلال در آن به حداقل برسد و از قابليت اتوماسيون و استفاده بهصورت پيوسته با سيستمهاي تجزيهاي برخوردار باشد، و در نهايت نيازي به تغليظ و كاهش حجم فاز استخراجي نداشته باشد.
در فصل اول اين پاياننامه کلياتي راجع به اورانيم و کاربردهاي آن و ضرورت استفاده از روش استخراج نقطهي ابري براي پيشتغليظ آن پرداخته شده است.
در فصل دوم تئوري استخراج نقطه ابري به تفصيل آورده شده است و در ادامه مروري بر پژوهشات انجام شده در اين زمينه انجام صورت گرفته است.
در فصل سوم روش پژوهش و نحوهي انجام آزمايشها توضيح داده شده است. در اين فصل تأثير عوامل مختلف (pH محيط، غلظت ليگاند، غلظت سورفکتانت، تداخل يونهاي مزاحم، دما و زمان تعادل، زمان ماند در سانتريفوژ) بر راندمان استخراج اورانيم مورد بحث و بررسي قرار گرفته است.
در فصل چهارم نتايج آزمايشهاي استخراج نقطهي ابري و تأثير پارامترهاي مختلف بر آن بيان شده است.
فصل پنجم به جمعبندي و ارايهي پيشنهاداتي در رابطه با پژوهش و آينده آن اختصاص يافته است.
1-2- اورانيم و ترکيبات آن در چرخه سوخت هستهاي
1-2-1- مقدمه
اورانيم با علامت شيميايي U و عدد اتمي 92 يک عنصر فلزي پرتوزا1 است که جزء دستهي اکتينيدها بوده و از سنگينترين عناصر موجود در طبيعت است. اين عنصر متعلق به مواد پرتوزاي طبيعي است که به مقدار بسيار کم در سنگها، خاک، آب، گياهان و بدن انسان و حيوان وجود دارد. اورانيم خالص فلزي سنگين با چگالي بالا و به رنگ نقرهاي روشن است که ميتواند اشکال مختلف شيميايي داشته باشد، اما در طبيعت به شکل اکسيدهاي اورانيم که پايدارترين آنها تري اورانيم اکتا اکسيد (8O3U) است، يافت ميشود. اورانيم فعاليت پرتوزايي کمي داشته و در تابش زمينهي طبيعي نقش چنداني ندارد.
اورانيم در صنعت در سه فاز ظاهر ميشود:
– فاز آلفا (Orthohombic) که تا دماي 7/667 درجهي سانتيگراد پايدار است.
– فاز بتا (Tetragonal) که در گستره دمايي 7/667 تا 8/774 درجهي سانتيگراد پايدار است.
– فاز گاما (Body-Centered cubic) که از دماي 8/774 درجهي سانتيگراد تا نقطهي ذوب آن پايدار است. (اين رساناترين و چکش خوارترين شکل اورانيم ميباشد).
1-2-2- تاريخچه
در نگاهي اجمالي به تاريخچهي کشف و بهکارگيري اورانيم، در سال 1789 ميلادي مارتين هانريش کلاپروث2 شيميدان آلماني موفق به کشف اورانيم در نمونههاي کاني پچبلاند3 گرديد. نامگذاري اين عنصر به کشف سيارهي اورانوس برميگردد که هشت سال پيش از آن توسط ستاره شناسان کشف شده بود. صرف نظر از ارزش شيميايي، در طول قرن هجدهم از اورانيم فقط در رنگ آميزي شيشه و سراميک استفاده ميشد. اولين بار در سال 1841 ميلادي اوگن ملشيور پليگوت4 اورانيم را به صورت فلزي جدا کرد. بالاخره در اواخر قرن هجدهم سال 1896 فيزيکدان فرانسوي هنري بکرل5 حين کار
با اورانيم موفق به کشف پرتوزايي آن شد. خاصيت پرتوزايي اورانيم تا سال 1898 مورد توجه خاصي قرار نگرفت و امکان بالقوهي به کارگيري آن به عنوان منبع انرژي تا اواخر قرن بيستم تشخيص داده نشد. در سال 1898 ميلادي تلاشهاي فراوان ماري کوري6 و همسرش پير کوري7 منجر به کشف عنصر راديم شد که عنصري پرتوزا بوده و از دختر هستههاي اورانيم است.
نياز وتقاضاي روز افزون براي دستيابي به اورانيم در قرن نوزدهم منجر به افزايش سريع فعاليتهاي اکتشاف، معدنکاري و استخراج اورانيم در اوايل قرن بيستم شد. بعد از کوري دانشمندان زيادي در سرتاسر جهان به مطالعه و پژوهش دربارهي اورانيم پرداختند و در صدد کشف ناشناختههاي اين عنصر برآمدند. از عمده نتايج اين پژوهشها ميتوان به ثبت فرآيند شکافت هستهاي توسط اتوهان8 در سال 1939 در آلمان اشاره کرد که امروزه از اين پديده در رآکتورهاي هستهاي براي توليد انرژي استفاده ميگردد. از ديدگاه راهبردي و اقتصاد انرژي، اورانيم يکي از مهمترين عناصر زمين به شمار ميرود. امروزه به دليل در حال کار بودن رآکتورهاي هستهاي متعدد براي توليد برق در سرتاسر جهان، همچنين بهکارگيري بيش از 220 رآکتور هستهاي کوچک براي تأمين نيروي پيشران در زير درياييها و شناورهايي که نياز به کار بلند مدت بدون سوخت گيري دارند، اهميت اين عنصر بيش از پيش شناخته شده است.
1-2-3- خواص فيزيکي اورانيم
اورانيم عنصري سنگين با چگالي بالا، براق، قابل انبساط و چکشخوار ميباشد و در هوا به سرعت تيره شده و در مدت زمان کوتاهي يک لايهاي از اکسيد سياه، بر روي سطح آن تشکيل ميشود. اورانيم به طور طبيعي فلزي سخت، سنگين، نقره‌اي رنگ و پرتوزا است. اين فلز کمي نرمتر از فولاد بوده و تقريباً قابل انعطاف ميباشد. اين فلز، رساناي جريان الکتريسيته و تا اندازهاي پارامغناطيس9 ميباشد. اورانيم يکي از چگالترين فلزات پرتوزا است که در طبيعت يافت ميشود.
چگالي اورانيم فلزي 3 gr/cm 9/18 است. نقطهي ذوب فلز اورانيم (F1/2070) ?C35/1132و نقطهي جوش آن (F6904) ?C38185 است. چگالي آن %?? بيشتر از سرب و اندکي کمتر از طلا است. اورانيم يک عنصر نادر در طبيعت نيست و ميزان فراواني آن در حدود 3-ppm 4 (که در حدود يک دهم وفور مس است) ميباشد. اين عنصر از نظر فراواني در ميان عناصر طبيعي در پوستهي زمين در ردهي ?? قراردارد و فراواني آن از نقره، جيوه، کادميم يا بيسموت بيشتر است.
1-2-4- خواص شيميايي اورانيم
اورانيم در محلولهاي آبي ممکن است بهصورت يونهاي 3+U، 4+U، +2UVO، 2+2UVIO موجود باشد. يون 3+U، ناپايدار است و ميتواند به عنوان يک عامل کاهنده موجب کاهش مولکولهاي آب و توليد گاز هيدروژن گردد.
يون اورانيل ميتواند با بسياري از آنيونها تشکيل کمپلکس دهد. در غلظتهاي بالاي يونهاي -F، 2-4 SOو 2-3CO کمپلکسهاي يون اورانيل نسبت به کمپلکس يون اورانيل نيترات، استخراج پذيري کمتري با حلالهاي آلي دارند. کمپلکسهاي آنيوني قوي اورانيل سولفات و اورانيل کربنات به خوبي توسط رزينهاي تبادلگر آنيوني جذب ميشوند که از اين فرآيند معمولاً براي بازيافت و خالصسازي اورانيم از محلولهاي حاصل از فروشويي سنگ معدن اورانيم استفاده ميشود. کمپلکس آنيوني اورانيل کربنات در محلولهاي آبي سديم کربنات و آمونيم کربنات به خوبي حل ميشود. از اين ويژگي براي جداسازي اورانيم از عناصري مانند راديم، آهن و يا سرب که تشکيل رسوبهاي غير قابل انحلال با يون کربنات ميدهند استفاده ميشود. اورانيل يک ويژگي غير معمول دارد و آن انحلالپذيري بالاي آن در بسياري از حلالهاي آلي است. تنها تعداد کمي از اکتنيدها داراي اين ويژگي ميباشند. اگر حلال آلي مورد نظر در آب غير قابل انحلال باشد ميتوان از آن در فرآيند استخراج با حلال براي استخراج و خالصسازي اورانيم از محلولهاي آبي حاصل از فروشويي سنگ معدن اورانيم و يا محلول نيتريک اسيد حاوي سوخت هستهاي تابش ديده استفاده کرد.
1-2-5- خواص هستهاي اورانيم
ايزوتوپ U235 با فراواني حدود %72/0 با نوترونهاي گرمايي، شکافته ميشود (شکل1-1). به همين دليل از اين عنصر به عنوان سوخت رآکتورهاي هستهاي استفاده ميشود. احتمال شکافت که سطح مقطع مؤثرشکافت ناميده ميشود با نماد ? نشان داده ميشود (واحد آن بارن معادل 24-10 سانتيمتر مربع است). سطح مقطع مؤثرشکافت با انرژي نوترونها تغيير ميکند و با آن نسبت عکس دارد. ايزوتوپ U238 با فراواني حدود %2/99 فقط با نوترونهاي تند شکافته ميشود و جزء مواد شکافتپذير محسوب نميشود.
1-2-6- تنوع ايزوتوپي اورانيم تنوع ايزوتوپي اورانيم نسبتاً زياد است. اما تعداد کمي از آنها در طبيعت يافت ميشود که به ايزوتوپهاي طبيعي اورانيم مشهورند (U238، U235 و U234) و بقيه بهصورت مصنوعي و در آزمايشگاه تهيه ميشوند. فراواني ايزوتوپي ايزوتوپهاي اورانيم طبيعي براي سه ايزوتوپ طبيعي ياد شده به ترتيب 2/99، 72/0 و %0055/0 است. اين تنوع ايزوتوپي در اکسيد اورانيم طبيعي، که در طبيعت يافت ميشود، مشاهده ميشود.

شكل 1-1- شكافت هستهاي اورانيم.
1-2-7- پراکندگي کانيهاي اورانيم
اورانيم يکي از فراوانترين عناصري است که با مقدار متوسط سه گرم درتن با ظرفيت (4+) در سنگهاي آتشفشاني و غيره درپوستهي زمين يافت ميشود. غلظت اورانيم در پوستهي کره زمين به طور متوسط ppm3 است. مقدار کلي اورانيم محلول در آب دريا با غلظت همگن 3mg/m3 در اقيانوسهاي جهان 5/4 ميليارد تن تخمين زده شده است.
اين عنصر تقريباً در هر منطقه، سنگ، خاک، بستر رودخانهها و اقيانوسها با غلظتهاي متفاوت و هميشه در ترکيب با اکسيژن (8O3U) در طبيعت وجود دارد. اورانيم حتي به ميزان بسيار کمي نيز در نسوج و بافتهاي موجودات زنده يافت ميشود.معادن اورانيم پرعيار فقط در برخي نواحي که از سنگهاي سخت10 و يا ماسه تشکيل شدهاند، يافت ميشود. به طور کلي غلظت اورانيم بر اساس محل تشکيل و نحوهي پيدايش آن متفاوت است. اين موضوع در جدول 1-1 نشان داده شده است:
جدول 1-1- غلظت اورانيم در برخي سنگها، پوستهي زمين و آب درياها
نوع سنگ معدن
غلظت اورانيم (ppm)
سنگ معدن پر عيار
200000
سنگ معدن کم عيار
1000
سنگ معدنهاي رسوبي
4000
سنگ معدن گرانيت
2000
آب درياها
4/1
مقدار ميانگين در پوستهي زمين
0003/0

1-2-7-1-غلظت اورانيم در هوا
ميانگين غلظت اورانيم در هواي آزاد در ترکيه در سالهاي1979 تا 1981 .02/0 نانو گرم بر متر مکعب و در نيويورک در سالهاي1985 و 1986، برابر 076/0 نانو گرم بر متر مکعب اندازهگيري شده است. با فرض آنکه هر فرد روزانه 20 متر مکعب هوا استنشاق کند و غلظت اورانيم در هوا 05/0 نانو گرم بر متر مکعب باشد، هر فرد روزانه حدود 1 نانوگرم اورانيم از طريق هوا جذب ميکند. کشيدن دو پاکت سيگار در روز سبب ورود حدود 50 نانوگرم اورانيم به بدن ميشود.
1-2-7-2- مقدار اورانيم در مواد غذايي
بيشترين مقدار اورانيم در صدف و کمترين مقدار آن در سبزيهاي تازه، حبوبات و ماهي اندازهگيري شده است. جذب روزانهي اورانيم از طريق مواد غذايي 2-3 ميکروگرم در ايلات متحده و 5/1 ميکروگرم در ژاپن اعلام شده است. ميزان پرتوزايي طبيعي (U238) در مواد غذايي، روزانه در کشورهاي اروپايي 12 تا 45 ميلي بکرل، در ژاپن 11 تا 60 ميلي بکرل و در ايالات متحده 15 تا 17 ميلي بکرل اندازهگيري شده است. چنگ و همکاران (1993) ميانگين غلظت اورانيم در 9 نوع نوشيدني را 89/0 ميکروگرم بر ليتر (26/0 تا 65/1 ميکروگرم بر ليتر) تعيين کردهاند.
در مطالعهي ميزان نشست اورانيم از 33 نوع شيشهي بي رنگ و دو نوع سراميک رنگي بيشترين مقدار نشست اورانيم را از ظروف شيشهاي و سراميکي به ترتيب 3 و 300 ميکروگرم بر ليتر گزارش شده است.
1-2-8- راههاي ورود اورانيم به محيط
اورانيم به شيوههاي گوناگون که مهمترين آنها استخراج و نشت از معادن، پسماند هستهاي، سوختهاي حاوي آن و
سرانجام کودهاي فسفاتهي اورانيم دار است به محيط راه مييابد.
1-2-9- سميت اورانيم
مخاطرات اورانيم از دو جنبهي راديولوژيكي و شيميايي مورد بررسي قرار ميگيرند. در ملاحظاتي كه براي ارزيابي ريسك اورانيم در نظر گرفته ميشود، هر دو جنبه بايد مد نظر قرار گيرد. پژوهش در مورد اثرات حاد و مزمن قرارگيري در معرض اورانيم د

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید