شکل۴-۹ تغییرات راندمان استخراج اورانیم با دمای تعادلی ۵۹
شکل۴-۱۰ راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از زمان انکوباسیون ۵۹
شکل۴-۱۱ راندمان استخراج اورانیم بر حسب زمان ماند در سانتریفوژ ۵۹
شکل۴-۱۲ تغییرات لگاریتم ضریب پیشتغلیظ با عکس دما ۶۰
شکل۴-۱۳ راندمان استخراج اورانیم به صورت تابعی از غلظت اولیهی اورانیم ۶۱
فصل ۱
کلیات
 
۱-۱- بیان مسئله
آب در صنعت، کشاورزی و محیط زیست نقش مهمی را بازی میکند. اکثر مردم جهان از کمبود یا آلودگی آب رنج میبرند[۱].
آلودگی سامانههای آبی به مواد آلی، فلزات سنگین و مواد پرتوزا یکی از مهمترین مشکلات جوامع صنعتی یا نیمه صنعتی است. برای رفع این مشکل در طول سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای معرفی و توسعهی روشهایی برای حذف آلودگیها از منابع آبی انجام شده است. اما آلودگی آب مشکلی است که با پیشرفت فعالیتهای صنعتی و همچنین کشاورزی رو به گسترش و فزونی است. بسیاری از آلایندهها حتی در غلظتهای بسیار پایین اثرات زیانباری برروی سلامتی انسان و محیط زیست دارند .
در دهههای اخیر، توسعهی روشهای استخراج و یا جداسازی مواد آلایندهی آلی که به میزان بسیار کمی در منابع زیست محیطی حضور دارند مورد توجه خاص قرار گرفته است. مسایل و معضلات فراوانی که حضور یونهای فلزی در نمونهها به همراه دارد،بر ضرورت تشخیص واندازهگیری آنها در مقادیر کم میافزاید. از آنجاییکه در بسیاری از موارد مقدار این یونهای فلزی کمتر از حد تشخیص دستگاههای تجزیهای است و به دلیل پیچیده بودن بافت نمونه و حضور گونههای مزاحم به ویژه در نمونههای زیستی و زیست محیطی، اندازهگیری مستقیم یونهای فلزی میّسر نیست. لذا انجام عملیات آماده سازی نمونه از جمله عملیات استخراج و پیش تغلیظ به منظور تغییر بافت نمونه و افزایش غلظت گونهی مورد نظر به نحوی که قابل تشخیص و اندازه گیری با دستگا ههای تجزیهای باشد ضروری است.
طی سالهای اخیر تلاشهای زیادی در جهت ابداع روشهای نوین برای اندازهگیری مقادیر اندک گونهها در نمونههای مختلف انجام پذیرفته و در این زمینه پیشرفتهای چشمگیری حاصل شده است. آماده سازی نمونه که شامل تبدیل بافت نمونهی حقیقی به بافتی است که برای تجزیه با تکنیک جداسازی و یا روشهای دیگر مناسب باشد، عموماً وقتگیرترین مرحلهی آنالیز محسوب میشود. آماده سازی نمونه میتواند منشأ عمدهی پایین بودن دقت وصحت روش باشد. بهطور کل آمادهسازی نمونه به منظور تحقق اهداف زیر صورت میگیرد:
۱- حذف مزاحمهای بالقوه از نمونه با هدف افزایش گزینندگی روش،
۲- پیشتغلیظ گونهی مورد نظر ، افزایش حساسیت روش و در صورت لزوم تبدیل گونه به شکلی که برای جداسازی یا شناسایی مناسبتر باشد.
۳- مهیا نمودن روشی تکرار پذیر و قوی که مستقل از تغییرات در بافت نمونه باشد.
اساسیترین مرحلهی آماده سازی نمونه، فرآیند استخراج میباشد که به منظور جدا کردن و پیشتغلیظ مقادیر کم گونه از بافت نمونه (جامد، مایع یا گاز) به کار میرود. روش استخراجی آرمانی روشی است که سریع، ساده, تکرارپذیر و ارزان بوده، بازیابی کمّی گونههای مورد نظر را بدون از دست دادن یا تخریب آنها ممکن سازد. با حجم کم نمونه انجام پذیرد، از گزینندگی بالا برخوردار باشد، استفاده از حلال در آن به حداقل برسد و از قابلیت اتوماسیون و استفاده بهصورت پیوسته با سیستمهای تجزیهای برخوردار باشد، و در نهایت نیازی به تغلیظ و کاهش حجم فاز استخراجی نداشته باشد.
در فصل اول این پایاننامه کلیاتی راجع به اورانیم و کاربردهای آن و ضرورت استفاده از روش استخراج نقطهی ابری برای پیشتغلیظ آن پرداخته شده است.
در فصل دوم تئوری استخراج نقطه ابری به تفصیل آورده شده است و در ادامه مروری بر پژوهشات انجام شده در این زمینه انجام صورت گرفته است.
در فصل سوم روش پژوهش و نحوهی انجام آزمایشها توضیح داده شده است. در این فصل تأثیر عوامل مختلف (pH محیط، غلظت لیگاند، غلظت سورفکتانت، تداخل یونهای مزاحم، دما و زمان تعادل، زمان ماند در سانتریفوژ) بر راندمان استخراج اورانیم مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
در فصل چهارم نتایج آزمایشهای استخراج نقطهی ابری و تأثیر پارامترهای مختلف بر آن بیان شده است.
فصل پنجم به جمعبندی و ارایهی پیشنهاداتی در رابطه با پژوهش و آینده آن اختصاص یافته است.
۱-۲- اورانیم و ترکیبات آن در چرخه سوخت هستهای
۱-۲-۱- مقدمه
اورانیم با علامت شیمیایی U و عدد اتمی ۹۲ یک عنصر فلزی پرتوزا[۱] است که جزء دستهی اکتینیدها بوده و از سنگینترین عناصر موجود در طبیعت است. این عنصر متعلق به مواد پرتوزای طبیعی است که به مقدار بسیار کم در سنگها، خاک، آب، گیاهان و بدن انسان و حیوان وجود دارد. اورانیم خالص فلزی سنگین با چگالی بالا و به رنگ نقرهای روشن است که میتواند اشکال مختلف شیمیایی داشته باشد، اما در طبیعت به شکل اکسیدهای اورانیم که پایدارترین آنها تری اورانیم اکتا اکسید (۸O3U) است، یافت میشود. اورانیم فعالیت پرتوزایی کمی داشته و در تابش زمینهی طبیعی نقش چندانی ندارد.
اورانیم در صنعت در سه فاز ظاهر میشود:
– فاز آلفا (Orthohombic) که تا دمای ۷/۶۶۷ درجهی سانتیگراد پایدار است.
– فاز بتا (Tetragonal) که در گستره دمایی ۷/۶۶۷ تا ۸/۷۷۴ درجهی سانتیگراد پایدار است.
– فاز گاما (Body-Centered cubic) که از دمای ۸/۷۷۴ درجهی سانتیگراد تا نقطهی ذوب آن پایدار است. (این رساناترین و چکش خوارترین شکل اورانیم میباشد).
۱-۲-۲- تاریخچه
در نگاهی اجمالی به تاریخچهی کشف و بهکارگیری اورانیم، در سال ۱۷۸۹ میلادی مارتین هانریش کلاپروث[۲] شیمیدان آلمانی موفق به کشف اورانیم در نمونههای کانی پچبلاند[۳] گردید. نامگذاری این عنصر به کشف سیارهی اورانوس برمیگردد که هشت سال پیش از آن توسط ستاره شناسان کشف شده بود. صرف نظر از ارزش شیمیایی، در طول قرن هجدهم از اورانیم فقط در رنگ آمیزی شیشه و سرامیک استفاده میشد. اولین بار در سال ۱۸۴۱ میلادی اوگن ملشیور پلیگوت[۴] اورانیم را به صورت فلزی جدا کرد. بالاخره در اواخر قرن هجدهم سال ۱۸۹۶ فیزیکدان فرانسوی هنری بکرل[۵] حین کار
با اورانیم موفق به کشف پرتوزایی آن شد. خاصیت پرتوزایی اورانیم تا سال ۱۸۹۸ مورد توجه خاصی قرار نگرفت و امکان بالقوهی به کارگیری آن به عنوان منبع انرژی تا اواخر قرن بیستم تشخیص داده نشد. در سال ۱۸۹۸ میلادی تلاشهای فراوان ماری کوری[۶] و همسرش پیر کوری[۷] منجر به کشف عنصر رادیم شد که عنصری پرتوزا بوده و از دختر هستههای اورانیم است.
نیاز وتقاضای روز افزون برای دستیابی به اورانیم در قرن نوزدهم منجر به افزایش سریع فعالیتهای اکتشاف، معدنکاری و استخراج اورانیم در اوایل قرن بیستم شد. بعد از کوری دانشمندان زیادی در سرتاسر جهان به مطالعه و پژوهش دربارهی اورانیم پرداختند و در صدد کشف ناشناختههای این عنصر برآمدند. از عمده نتایج این پژوهشها میتوان به ثبت فرآیند شکافت هستهای توسط اتوهان[۸] در سال ۱۹۳۹ در آلمان اشاره کرد که امروزه از این پدیده در رآکتورهای هستهای برای تولید انرژی استفاده میگردد. از دیدگاه راهبردی و اقتصاد انرژی، اورانیم یکی از مهمترین عناصر زمین به شمار میرود. امروزه به دلیل در حال کار بودن رآکتورهای هستهای متعدد برای تولید برق در سرتاسر جهان، همچنین بهکارگیری بیش از ۲۲۰ رآکتور هستهای کوچک برای تأمین نیروی پیشران در زیر دریاییها و شناورهایی که نیاز به کار بلند مدت بدون سوخت گیری دارند، اهمیت این عنصر بیش از پیش شناخته شده است.
۱-۲-۳- خواص فیزیکی اورانیم
اورانیم عنصری سنگین با چگالی بالا، براق، قابل انبساط و چکشخوار میباشد و در هوا به سرعت تیره شده و در مدت زمان کوتاهی یک لایهای از اکسید سیاه، بر روی سطح آن تشکیل میشود. اورانیم به طور طبیعی فلزی سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا است. این فلز کمی نرمتر از فولاد بوده و تقریباً قابل انعطاف میباشد. این فلز، رسانای جریان الکتریسیته و تا اندازهای پارامغناطیس[۹] میباشد. اورانیم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت میشود.
چگالی اورانیم فلزی ۳ gr/cm 9/18 است. نقطهی ذوب فلز اورانیم (F1/2070) ˚C35/1132و نقطهی جوش آن (F6904) ˚C38185 است. چگالی آن %۶۵ بیشتر از سرب و اندکی کمتر از طلا است. اورانیم یک عنصر نادر در طبیعت نیست و میزان فراوانی آن در حدود ۳-ppm 4 (که در حدود یک دهم وفور مس است) میباشد. این عنصر از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی در پوستهی زمین در ردهی ۴۸ قراردارد و فراوانی آن از نقره، جیوه، کادمیم یا بیسموت بیشتر است.
۱-۲-۴- خواص شیمیایی اورانیم

دانلود کامل پایان نامه در سایت pifo.ir موجود است.
Tags: