بهینه‌سازی پارامترهای فرآیندی درمرحله تهی‌سازی (استخراج برگشتی) اورانیوم و توریم: مطالعه تجربی در مقیاس ناپیوسته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

3 گروه فرآوری، پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران

چکیده

هدف: هدف این پژوهش، بررسی فرآیند استخراج برگشتی اورانیوم و توریم از فاز آلی حاوی تری‌بوتیل‌فسفات (TBP) بارگذاری‌شده و ارزیابی اثر پارامترهای فرآیندی بر افزایش درصد بازیابی و بهبود راندمان جداسازی درمقیاس آزمایشگاهی می‌باشد.
مواد و روش: فرآیند تهی‌سازی به ‌صورت تجربی انجام گردید و اثر pH محلول آبی، دما، زمان تماس، شدت اختلاط و نسبت حجمی فاز آلی به آبی (O/A) مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج: نتایج نشان داد با کاهش غلظت یون هیدروژن، راندمان استریپ اورانیوم به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد، در حالی‌که تغییر pH تأثیر محسوسی بر رفتار توریم ندارد. این تفاوت رفتاری به‌ صورت کیفی به وابستگی بیشتر تعادل استخراج و تهی‌سازی اورانیوم به شرایط فرآیندی، به‌ویژه pH و دما، نسبت داده می‌شود، در حالی‌که رفتار توریم عمدتاً تحت کنترل ماهیت شیمیایی گونه‌های نیتراتی آن بوده و حساسیت کمتری به تغییر پارامترهای فرآیندی نشان می‌دهد. ازاین‌رو، بازده توریم در محدوده‌ای نسبتاً ثابت باقی می‌ماند، در حالی‌که راندمان اورانیوم به‌طور محسوسی تحت تأثیر شرایط فرآنیدی تغییر می‌کند. افزایش دما تا 55 درجه سانتی‌گراد موجب بهبود راندمان استریپ اورانیوم گردید و در دماهای بالاتر تغییر قابل‌توجهی مشاهده نشد. بررسی اثر زمان تماس و شدت اختلاط نشان داد افزایش این پارامترها تأثیر چشمگیری بر راندمان نهایی نداشته و پس از مقدار مشخص، تغییر محسوسی در انتقال جرم مشاهده نمی‌شود. همچنین نسبت فازی 1:1 ضمن حفظ بازده مناسب، از نظر مصرف فاز آبی اقتصادی‌تر است.
نتیجه‌گیری: در شرایط بهینه شامل دمای 55 درجه سانتی‌گراد، زمان تماس 30 دقیقه، سرعت اختلاط 400 دور بر دقیقه و نسبت فازی 1:1، درصد تهی‌سازی اورانیوم و توریم به‌ترتیب 89.3 و 72.4 درصد به‌دست آمد که بیانگر کارایی مناسب فرآیند تحت این شرایط است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Revol, J.-P., Bourquin, M., Kadi, Y., Lillestol, E., de Mestral, J.-C., & Samec, K. (2016). Thorium energy for the world. Proceedings of the ThEC13 conference, CERN.
 
[2]  Sokolov, F., Fukuda, K., & Nawada, H. (2005). Thorium fuel cycle-Potential benefits and challenges. IAEA TECDOC, 1450.
 
[3] Habashi, F. (1993). A textbook of hydrometallurgy: Métallurgie extractive. Quebec, Enrc Canada.
 
 [4] Singh, H., & Gupta, C. (2000). Solvent extraction in production and processing of uranium and thorium. Mineral Processing and Extractive Metullargy Review, 21(1-5), 307-349. https://doi.org/10.1080/08827500008914172
 
[5] Sole, K. C., & Hiskey, J. B. (1995). Solvent extraction of copper by Cyanex 272, Cyanex 302 and Cyanex 301. Hydrometallurgy37(2), 129-147. https://doi.org/10.1016/0304-386X(94)00023-V
 
[6] Rydberg, J., Cox, M., Musikas, C., & Choppin, G. (2004). Solvent extraction and practice. In: MARCEL DEKKER Inc.
 
[7] Singh, S. K., Dhami, P., Tripathi, S., & Dakshinamoorthy, A. (2009). Studies on the recovery of uranium from phosphoric acid medium using synergistic mixture of (2-Ethyl hexyl) Phosphonic acid, mono (2-ethyl hexyl) ester (PC88A)andTri-n-butylphos (TBP). Hydrometallurgy, 95(1-2), 170-174. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2008.04.006
 
[8] Giridhar, P., Venkatesan, K., Subramaniam, S., Srinivasan, T., & Rao, P. V. (2008). Extraction of uranium (VI) by 1.1 M tri-n-butylphosphate/ionic liquid and the feasibility of recovery by direct electrodeposition from organic phase. Journal of Alloys and compounds, 448(1-2), 104-108. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.03.115
 
[9] Awwad, N. S. (2004). Equilibrium and kinetic studies on the extraction and stripping of uranium (VI) from nitric acid medium into tri-phenylphosphine oxide using a single drop column technique. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 43(12), 1503-1509. https://doi.org/10.1016/j.cep.2004.02.005
 
[10]  Singh, H., Mishra, S., & Vijayalakshmi, R. (2004). Uranium recovery from phosphoric acid by solvent extraction using a synergistic mixture of di-nonyl phenyl phosphoric acid and tri-n-butyl phosphate. Hydrometallurgy, 73(1-2), 63-70. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2003.08.006
 
[11] Shadrin, A., Kamachev, V., Murzin, A., & Shafikov, D. (2007). Extraction of nitric acid and uranyl nitrate by TBP in HFC-134a. The Journal of supercritical fluids, 42(3), 347-350. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2007.05.005
 
[12] Stas, J., Khuder, A., & Karjou, J. (2008). Direct determination of uranium and co-extracted elements in the organic phases (D2EHPA/TOPO, TBP, TDA) in kerosene by TXRF technique. Applied Radiation and Isotopes, 66(4), 450-456. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2007.10.012
 
[13] Benedict, M., Pigford, T. H., & Levi, H. W. (1981). edition 2. Nuclear chemical engineering.
 
[14] Alibrahim, M., & Shlewit, H. (2007). Solvent extraction of uranium (VI) by tributyl phosphate/dodecane from nitric acid medium. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 51(2), 57-60. https://doi.org/10.3311/pp.ch.2007-2.09
 
[15] Tanabe, T., & Kondo, Y. (1976). Solvent extraction of thorium nitrate and nitric acid by tributyl phosphate. Transactions of the Japan Institute of Metals, 17(7), 426-434. https://doi.org/10.2320/matertrans1960.17.426
 
[16] Schulz, W. W., Bender, K. P., Burger, L. L., & Navratil, J. D. (1989). Science and technology of tributyl phosphate.
 
[17] Khanramaki, F., Keshtkar, A., & Sohbatzadeh, H. (2025). Separation of thorium from a multi-component aqueous solution by liquid-liquid extraction method: investigation and comparison of different solvents. Journal of Nuclear Science, Engineering and Technology (JONSAT), 46(1), 77-84. https://doi.org/10.24200/nst.2024.1646
 
[18] Ali, A. (2017). Coextraction and successive selective stripping of cerium (IV) and thorium from monazite leach solutions with tributyl phosphate (TBP). Radiochemistry, 59(6), 579-586. https://doi.org/10.1134/S10663622170600054
 
[19] Rahmati, A., Ghaemi, A., & Samadfam, M. (2011). Uranium recovery from solid waste of a uranium conversion facility’s fluorination reactor by using solvent extraction method. J Sep Transp Phenom (J School Eng), 1, 97-107.
 
[20] Torkaman, R., Moosavian, M., Safdari, J., & Torab-Mostaedi, M. (2013). Synergistic extraction of gadolinium from nitrate media by mixtures of bis (2, 4, 4-trimethylpentyl) dithiophosphinic acid and di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid. Annals of Nuclear Energy, 62, 284-290. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2013.06.028
 
[21] Zahakifar, F., Khanramaki, F., Nejad, D. G., Ghazanfari, V., & Yadollahi, A. (2025). The solvent extraction and stripping process using Alamine 336 with a case study of uranium. Scientific Reports, 15(1), 11749. https://doi.org/10.1038/s41598-025-96421-9
 
[22] Khanramaki, F., Shirani, A., Safdari, J., & Torkaman, R. (2018). Investigation of liquid extraction and thermodynamic studies on uranium from sulfate solution by Alamine 336 as an extractant. International Journal of Environmental Science And Technology, 15(7), 1467-1476.