Hóa học phóng xạ

MỤC LỤC
I.PHƯƠNG PHÁP ION HÓA 2
1.Cơ sở của phương pháp 2
2.Khái niệm chung về nhựa trao đổi ion 2
3.Các loại ionnit quan trọng trong hóa học phóng xạ 3
4.Cân bằng trao đổi ion 4
II.MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION TRONG HÓA HỌC PHÓNG XẠ 5
1.Thu uran từ dung dịch bùn hòa tách bằng trao đổi ion 5
2.Điều chế neptuni 10
3.Điều chế Radi 11
TÀI LIỆU THAM KHẢO 13
1
I. PHƯƠNG PHÁP ION HÓA
1. Cơ sở của phương pháp
Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha
lỏng và ion trong pha rắn .Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hóa học
đổi chỗ (phản ứng thế ) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là
nhựa trao đổi). Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha
lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chổ các ion có trên khung mang
của nhựa trao đổi. Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại
ion khác nhau.
Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa chuyển
động, vận hành và tái sinh liên tục; và trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên,
vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ
biến.
2. Khái niệm chung về nhựa trao đổi ion
Nhựa trao đổi ion là chất rắn, hầu như không tan trong nước, trong axit,
trong kiềm, trong dung dịch muối và trong dung môi hữu cơ. Khi ngâm trong
nước, nhựa trương nở và tăng thể tích lên tới 2 lần. Nhựa trao đổi ion có thể là vật
liệu tự nhiên hay là vật liệu tổng hợp, có khả năng trao đổi ion và có thể thu được
các cation và anion khác nhau từ dung dịch. Nhựa ở dạng hạt, thường có kích

thước từ 0,5 đến 4 mm. Nhựa trao đổi ion có những đặc tính như: có tính chọn lọc
cao, có khả năng điều chỉnh tính chọn lọc khi sự thay đổi các điều kiện hấp thu
như: pH, thế ôxy hoá khử, sự tạo thành phức chất, và có thể thực hiện quá trình
liên tục và tự động hoá.
Tùy thuộc vào bản chất nhóm ion động (có thể phân ly ra ion) người ta chia
làm 3 loại:
- Cationit: đó là những axit hoặc muối của chúng có nhóm ion linh động phân
ly ra ion H
+
hoặc cation kin loại K
+
. Các nhóm ion động thường là: nhóm sunpho
SO
3
H, cacboxyl COOH, và fenolhydroxyl OH hoặc các muối của những nhóm
này. Các nhóm ion linh động được đính vào gốc cao phân tử R
-
. Do đó kí hiệu R-
SO
3
H, R-COOH, hoặc có thể viết tắt là R-H. Khi đó người ta gọi các cationit ở
dạng H hay ở dạng axit. Còn nếu ở dạng muối, ví dụ R-Na gọi là cationit ở dạng
natri.
- Anionit: là những bazơ hoặc muối có nhóm ion linh động phân ly ra các ion
OH
-
hoặc các anion An
i-
. Các nhóm ion động thường là các nhóm amin: bậc 1:
2

-NH
2
, bậc 2: =NH, bậc 3: ≡N hoặc những gốc amini bậc 4: ≡N
+
Ký hiệu các
anionit ngắn gọn là ROH hoặc Ran. Nếu anionit ở dạng đầu gọi là anionit ở dạng
hydroxit. Còn anionit ở dạng sau, như R-SO
4
, R-Cl gọi là anionit dạng sunfat hay
dạng clo.
- Amfolit hay nhựa ionit lưỡng tính: chứa nhóm ion động phân ly ra cation
hoặc anion tùy thuộc vào độ pH của môi trường. Loại này trong hóa phóng xạ ít
ứng dụng.
3. Các loại ionnit quan trọng trong hóa học phóng xạ
- Cationit KY-2
n
CH CH
2
SO
3
-
H
+
(K
+
)
CH CH
2
CH CH
2

Là cationit có tính axit mạnh. Hình dáng bên ngoài dạng hình cầu, màu vàng
nhạt, đường kính trung bình hạt 0,6mm. Bền hóa học với axit, kiềm và các chất
oxy hóa. Bền nhiệt đến 130 ÷160
0
C.
- Cationit Ky – 1 (hay espatit – 1)
O
H
+
CH
2
CH
2
O
H
+
CH
2
SO
3
-
H
+
Hình dáng bên ngoài là những hạt tròn không đều với kích thước 0,3 ÷ 2mm.
Bền hóa học trong các môi trường axit và kiềm yếu. Không bền dưới tác dụng của
các chất oxy hóa và kiềm đặc.
- Anionit AB – 17
CH CH
2
CH

2
N
+
Cl
-
H
3
C
H
3
C CH
3
n
CH CH
2
CH CH
2
3
Là các hình cầu vàng và trong vắt với các đường kính 0,4 ÷ 1,2mm. Bền
vững dưới tác dụng của kiềm, axit, các chất oxy hóa.
- Anionit EDE-IOP
N
+
CH
2
CH
OH
CH
2
N

CH
2
CH
2
NH
CH
2
CH
2
N
CH
2
CH
2
NH
CH
2
CH
2
N CH
2
CH CH
2
Cl
-
OH
Có màu nâu nhạt, trong vắt, các hạt không tròn đều kích thước 0,4 ÷ 0,7 mm.
Bền vững với axit và kiềm, trong đó kể cả dung dịh 1M HNO
3
.

4. Cân bằng trao đổi ion
a) Hằng số trao đổi
Quá trình trao đổi ion là một cân bằng động nên cũng tuân theo định luật tác
dụng khối lượng. Chẳng hạn phản ứng:
RH NaCl RNa HCl
RH Na Cl RNa H Cl
+ − + −
+ +
+ + + +
€
€
Hằng số cân bằng là:
(RNa)(H )
K
(RH)(Na )
+
+
=
(1)
Dấu (…) là hoạt độ của các chất.
K – gọi là hằng số cân bằng hay hằng số trao đổi ion (giữa Na
+
và H
+
)
b) Hệ số phân bố α
Hệ số phân bố α biểu thị định lượng cho sự phân bố ion giữa dung dịch và
nhựa bằng tỷ số nồng độ ion trong pha ionit và trong dung dịch, tính bằng mili
đương lượng gam trên 1 gam ionit hoặc dung dịch.
Như phương trình (1) có thể rút ra công thức tính hệ số phân bố của ion trao

đổi Na
+
như sau:
α – hệ số phân bố mili đương lượng gam/ 1 gam ionit hoặc dung dịch:
4
Na
K[RH][H ]
+
+ −
α =
Từ đó: hệ số phân bố ion Na
+
tỉ lệ nghịch với nồng độ ion H
+
trong dung
dịch.
c) Hệ số phân chia β
Khi trao đổi giữa 3 ion và nhiều hơn khi xảy ra sự phân chia các ion được
trao đổi nằm trong dung dịch đầu (nếu hằng số trao đổi ion và hệ số phân bố của
các ion khác nhau). Mức độ phân chia được đặc trưng bằng hệ số phân chia:
1
1,2
2
α
β =
α
Chỉ số 1, 2 là biểu diễn cho đại lượng của 2 ion phân chia tương đương.
d) Một vài quy luật về sự hấp phụ bằng nhựa ionit
Khả năng hấp phụ trao đổi của ion tùy thuộc vào tính chất của:
• Ion được trao đổi (hóa trị và bán kính ở trạng thái hydrat hóa);

• Các ionit tham gia vào sự trao đổi ion (cấu trúc, độ trương, khả năng
hydrat hóa của nhóm ion hoạt động và mức độ phân ly của chúng).
Nghiên cứu động học quá trình trao đổi ion nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra
rằng: vận tốc trao đổi ion được xác định bằng sự khuếch tán. Ở trong những dung
dịch có nồng đọ của chấy điện ly lớn thì sự khuếch tán trong sẽ đóng vai trò chính.
Trong những dung dịch loãng vai trò chính là khuếch tán ngoài. Còn những dung
dịch nồng độ trung gian thì khuếch tán hỗn hợp đóng vai trò chính.
Vận tốc trao đổi ion phụ thuộc vào kích thước của các hạt ionit, vào điện tích
và thể tích của các ion. Ngoài các yếu tố trên thì ái lực của ion đối với nhựa cũng
là yếu tố cần thiết phải tính đến. Đối với một số ionit có tính chất gần nhau, người
ta đã thiết lập được hấp thụ gọi là dãy liotrop và thấy rằng: độ hấp phụ giảm đi khi
tăng bấn kính của các ion đã bị hidrat hóa và độ hấp phụ bị giảm đi khi hóa trị của
ion giảm xuống.
II. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
TRONG HÓA HỌC PHÓNG XẠ
1. Thu uran từ dung dịch bùn hòa tách bằng trao đổi ion
Dung dịch chứa uran sau khi phân chia rắn- lỏng bùn hoà tách thường là
dung dịch axit hoặc cácbonat có nồng độ uran thấp ( 0,5 – 2 g/l) cùng nhiều tạp
chất khác. Đối với dung dịch hoà tách loại quặng giàu thì có nồng độ uran cao hơn
5
có thể kết tủa từ dung dịch này để thu sản phẩm uran kỹ thuật. Thông thường phải
qua công đoạn làm tăng nồng độ uran và loại bỏ các tạp chất khác bằng phương
pháp trao đổi ion hoặc phương pháp chiết. Phương pháp trao đổi ion được dùng để
thu urani từ dung dịch hoà tách quặng ở quy mô công nghiệp bắt đầu từ năm 1952.
Phương pháp trao đổi ion đã được sử dụng sớm từ những năm 1952 ở Nam Phi
ban đầu là trong thiết bị có những lớp nhựa cố định. Sau đó công nghệ trao đổi ion
uran ngày càng phát triển và đổi mới. Trao đổi ion là kỹ thuật khá thích hợp để
làm tăng nồng độ và làm sạch uran từ các dung dịch hoà tách các loại quặng nghèo
bằng axit sunfuric có nồng độ ban đầu < 0,6 g/ U
3

O
8
.
Phương pháp trao đổi ion dựa trên cơ sở khả năng hấp thu chọn lọc các ion
phức uran dạng sunfat và cả cacbonat bởi các nhựa trao đổi ion. Khi tiếp xúc với
dung dịch chứa urani các nhựa trao đổi ion sẽ hấp thu các ion phức urani từ dung
dịch bằng cách trao đổi ion với ion cùng dấu có trong thành phần nhựa.
Khi hoà tách bằng tác nhân axit, thu được dung dịch hoà tách uran chứa các
ion sunfat uranyl chủ yếu là bisunfat [UO
2
(SO
4
)
2
]
2-
và trisunfat [UO
2
(SO
4
)
3
]
4-
. Tuỳ
thuộc vào pH, nồng độ SO
4
2-
, UO
2

2+
mà tồn tại từng loại có ưu thế hơn. Như vậy
urani trong dung dịch axit về nguyên tắc có thể được hấp thu như là cation hoặc
anion. Tuy nhiên thực tế cho thấy trong dung dịch hoà tách axit urani tồn tại chủ
yếu ở dạng phức anion, trong đó đại bộ phận là ở dạng anion [UO
2
(SO
4
)
3
]
4-
.
Tác nhân hoà tách cacbonat sẽ tạo ra các anion cácbonat uranyl: bicacbonat
UO
2
(CO
3
)
2
2-
và tricacbonat UO
2
(CO
3
)
3
4-
. Cả hai phức cacbonat và sunfat được hấp
thụ mạnh bởi nhựa bazơ yếu và bazơ mạnh .

Nguyên lý chung của phương pháp là phản ứng trao đổi ion sau :
UO
2
(SO
4
)
3
4-
+ 2R
2
SO
4
→ R
4
[UO
2
(SO
4
)
3
] + 2 SO
4
2-

Trong đó R là ký hiệu gốc hữu cơ của nhựa trao đổi ion. Các ion trao đổi có
thể là NO
-
3
; Cl
-

; SO
2-
4
; hoặc OH
-
.
Các loại nhựa trao đổi ion được phổ biến trên thị trường dưới các nhãn như
sau: Amberlite IRA-400; DeAcidite FF-530; DOWEX 1; IONAC và ZEOCARB.
Các loại nhựa này bền vững trong môi trường axit và môi trường kiềm, sự phân
huỷ nhiệt đối với nhựa chỉ xảy ra khi nhiệt độ trên 70
0
C.
Trong dung dịch sunfat ion uranylsunfat được trao đổi bởi nhựa amin bậc 4 ở
dạng Cl
-
theo phản ứng sau:
UO
2
(SO
4
)
3
4-
+ 4R
4
NCl → (R
4
N)UO
2
(SO

4
)
3
+ 4Cl
-
dung dịch nhựa nhựa dung dịch
6
Yêu cầu đối với nhựa trao đổi ion dùng trong công nghệ urani:
- Có độ bền hoá học cao đối với dung dịch axit, dung dịch kiềm và các muối
khác;
- Có độ hấp thu chọn lọc cao đối với urani;
- Có dung lượng trao đổi ion cao;
- Có độ bền cơ học cao trong điều kiện tác động mài mòn của dòng chảy.
Phương pháp trao đổi ion được sử dụng nhiều trong trong các nhà máy sản
xuất uran theo phương pháp axit. Trao đổi ion cacbonat chỉ được áp dụng để thu
uran từ dung dịch hoà tách cacbonat-bicacbonat loãng trong hoà tách tại chỗ.
* Quy trình trao đổi ion
Thông thường các dung dịch hoà tách thu được từ quá trình hoà tách axit
được trao đổi ion bằng anionit bazơ mạnh gồm hai công đoạn hấp thu và rửa giải.
Mục đích của công đoạn hấp thu là dùng nhựa trao đổi ion để hấp thu và tách
hết urani ra khỏi dung dịch hoà tách. Sau khi đi qua các cột trao đổi ion dung dịch
hoà tách đã bị lấy hết urani và có thể thải đi.
Dung dịch hoà tách thường có pH trong khoảng 1-1,6. Do vậy phải chọn pH
thích hợp cho quá trình trao đổi ion để giảm bớt sự hấp thu cạnh tranh.
Hiệu quả hấp thu urani được xác định bởi mức độ thu urani (%) , độ sạch và
độ tăng nồng độ ( độ làm giàu) của dung dịch. đây là những mục đích chính của
công đoạn hấp thu. Những đòi hỏi cơ bản của quá trình là đạt được hấp dung lớn
nhất của nhựa và đảm bảo tính chọn lọc khi hấp thu cũng như khi rửa giải.
Những yếu tố ảnh hưởng đến hấp dung của nhựa: hấp dung của một loại nhợa
xác định sẽ thay đổi tuỳ thuộc vào thành phần dung dịch đầu vào và một số yếu tố

như sau: Ảnh hưởng của pH: hấp dung urani sẽ tăng khi tăng pH ( giảm tính axit),
ảnh hưởng của nồng độ urani, ảnh hưởng của ion sunfat và một vài ion khác.
Khi thiết kế kỹ thuật trao đổi ion để thu hồi urani từ dung dịch cần phải chú ý
đến các yếu tố sau:
- Lựa chọn loại nhựa trao đổi ion thích hợp với đối tượng dung dịch cần xử
lý.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố hoá lý khác nhau lên quá trình hấp
thu và rửa giải ( nhiệt độ, độ pH của dung dịch, nồng độ các tạp chất)
- Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình hấp thu và
rửa giải như thời gian lưu hay tốc độ dòng.
7
Công đoạn rửa giải: Mục đích của công đoạn này là chuyển urani từ nhựa vào
dung dịch thích hợp nhưng có nồng độ urani cao hơn.
Thực tế người ta thường lợi dụng những tương tác làm cản trở sự hấp thu của
uran trong việc việc rửa giải nó. Do vậy để giải hấp uran người ta thường dùng các
axit HNO
3
, HCl, H
2
SO
4
đậm đặc hay dung dịch muối clorua, nitrat làm tác nhân
rửa giải, trong công nghiệp hay sử dụng tác nhân rửa giải là NaCl, NH
4
NO
3
, ví dụ
dung dịch NaCl 1 M được axit hoá bằng H
2
SO

4
0,2 N. Dung dịch thu được sau khi
rửa giải có nồng độ uran cao hơn nhiều so với dung dịch đầu và sạch các tạp chất
có thể đem đi kết tủa thu sản phẩm urani kỹ thuật.
* Thiết bị trao đổi ion
Các hệ thống trao đổi ion trong công nghiệp: trong công nghiệp urani đã sử
dụng rộng rãi cả thiết bị trao đổi ion gián đoạn và liên tục.
Quá trình trao đổi ion gián đoạn đã được áp dụng ở nhiều nhà máy sản xuất
urani trên thế giới. Tuy vậy, thực tế cho thấy khi sản xuất ở quy mô nhỏ và vừa
với lượng dung dịch xử lý không lớn lắm thì hệ trao đổi ion gián đoạn có nhiều ưu
điểm do khả năng linh hoạt trong xử lý các loại dung dịch có thành phần thay đổi
với chi phí thấp. Còn khi phải xử lý một khối lượng dung dịch lớn, đặc biệt khi
nồng độ urani trong dung dịch thấp, hệ thiết bị trao đổi ion gián đoạn không mang
lại được hiệu quả kinh tế. Khi đó hệ thiết bị trao đổi ion liên tục có nhiều ưu điểm
và thích hợp hơn.
- Hệ trao đổi ion có lớp nhựa cố định: Loại này được sử dụng từ những năm
1950 ở Nam phi, hệ thống thường gồm 3 cột, 2 cột dùng để hấp thu và 1 cột rửa
giải. Công ty urani Rossing ( Namibia) có hệ thống trao đổi ion với công suất xử
lý 3600 m
3
dung dịch/giờ.
- Hệ trao đổi ion có lớp nhựa chuyển động: Cơ sở của nó xuất phát từ hệ trao
đổi ion có lớp nhựa cố định. Hệ gồm 3 cột hấp thu có tốc độ dòng cao, 3 cột dùng
để rửa giải, 1 cột dùng để rửa nhựa và thùng chứa chuyển tiếp từ phần hấp thu
sang rửa giải.
- Thiết bị trao đổi ion liên tục:
Nguyên lý hoạt động của hệ thiết bị trao đổi ion liên tục: dung dịch urani
được đưa vào cột hấp thu từ đỉnh và chảy xuống dưới tiếp xúc với nhựa trao đổi
ion ở bên trong cột. Quá trình trao đổi ion xảy ra và urani được hẩp thu vào nhựa.
Sau khi đã xử lý được một lượng dung dịch nhất định, một phần nhựa đã bão hoà

urani ở đỉnh cột được lấy ra bằng cách bơm một lượng tương đương nhựa mới vào
bên dưới cột và đồng thời mở van tháo nhựa ở đỉnh cột ra.
8
Như vậy, trong công đoạn hấp thu, dung dịch đi từ đỉnh cột nhựa xuống còn
nhựa trao đổi ion đi từ dưới lên. Quá trình tiếp xúc pha và trao đổi ion xảy ra theo
nguyên lý ngược chiều, trong đó nhựa mới vào cột được tiếp xúc với dung dịch
nghèo nhất - đảm bảo tách được hết urani trong dung dịch trước khi thải đi, đồng
thời trước khi ra khỏi cột nhựa được tiếp xúc với dung dịch có nồng độ urani cao
tạo điều kiện đạt hấp dung cân bằng cao. Công đoạn rửa giải cũng hoạt động
tương tự như công đoạn hấp thu.
Hệ thiết bị hoạt động theo phương pháp này từ năm 1978 đã được sử dung
rộng rãi và có sự phát triển mạnh mẽ, chủ yếu gồm 3 dạng sau:
+ Tháp trao đổi ion liên tục kiểu tầng sôi là loại tháp tiếp xúc có đường kính
tới 4m, tốc độ dòng tới 12 – 48 m/h. Loại này có thể xử lý dung dịch chưa trong
hẳn, chứa tới 2 % rắn.
+ Loại tháp Himsley được phát triển ở Canađa, Mỹ, Nam phi là loại mới nhất
trong các loại tháp tầng sôi.
+ Hệ thống tầng sôi có nhiều thùng. Việc tiếp xúc ngược dòng nhựa và dung
dịch được thực hiện trong một dãy các thùng hấp thu riêng biệt ( thường là 5
thùng). Theo chu kỳ nhựa bão hoà trong thùng được chuyển sang thùng chứa
nhựa, sau đó chuyển sang cột rửa giải. Loại này cho phép xử lý dung dịch chứa tới
vài phần trăm rắn. Thiết bị kiểu này được sử dụng ở Rossing ( Namibia).
+ Hệ thống tháp trao đổi ion kiểu xung: ở Wyoming ( Mỹ) năm 1976 đã lắp
các cột có đường kính 2,4 m để thu urani từ dung dịch hoà tách đống có nồng độ
6-8 ppm U
3
O
8
.
Phương pháp trao đổi ion thu urani từ dung dịch như nêu ở trên có nhiều ưu

điểm, tuy nhiên nó cũng có những hạn chế nhất định. Để có được dung dịch trong
trước khi trao đổi ion phải tiến hành công đoạn phân chia rắn-lỏng bùn hoà tách.
Thông thường công đoạn này đòi hỏi thiết bị và chi phí vận hành tốn kém. Hơn
nữa ở sông đoạn này còn có sự mất mát urani đi vào nước thải và công đoạn này
khó thực hiện đối với một số loại quặng chứa nhiều sét khó lọc. Chính vì vậy các
nhà công nghệ đã đưa ra giải pháp tiến hành thu urani trực tiếp từ bùn hoà tách sau
khi đã tách sơ bộ một phần hạt rắn dễ tách.
Trao đổi ion trong bùn ( R.I.P) là phương pháp này cho phép tiến hành trao
đổi ion hấp thu uran từ bùn hoà tách không qua công đoạn lọc mà chỉ loại bỏ một
phần chất rắn bằng lưới. Sau khi hấp thu, lọc tách riêng nhựa ionít ra khỏi bùn
bằng lưới kim loại.
9
Khi bùn quặng tiếp xúc với nhựa cũng như khi dung dịch tiếp xúc với nhựa
xảy ra sự hấp thu urani tan trong đó. Nhiều quy luật hấp thu urani trong bùn quặng
cũng tương tự như quy luật hấp thu urani trong dung dịch. Hiệu quả của quá trình
thu urani sẽ cao hơn khi đạt được điều kiện: nồng độ urani trong bùn lớn, lượng
axit hoặc kiềm dư nhỏ nhất, hàm lượng các muối thấp nhất. Khi cho nhựa trao đổi
ion vào bùn đã hoà tách nó còn có thể làm tăng hiệu suất hoà tách urani thêm.
Nhưng khó khăn cơ bản là vấn đề thiết bị trao đổi ion.
Những thông số cơ bản của quá trình trao đổi ion trong bùn quặng là: lượng
nhựa trao đổi ion được nạp trong mỗi lần, sự mất mát nhựa trên một tấn quặng, thể
tích thiết bị trên một đơn vị công suất, lượng dung dịch rửa giải, hấp dung của
nhựa. Như vậy một phần lớn các chỉ tiêu này phụ thuộc vào lượng bùn của một tấn
quặng hoà tách.
Quá trình phát triển kỹ thuật này cũng thể hiện sự quan tâm nghiên cứu của
các nhà công nghệ. Ban đầu trao đổi ion trong bùn được thực hiện trong những
thiết bị khuấy trộn cơ học, sau đó tách nhựa đã bão hoà urani ra khỏi bùn quặng và
rửa giải để thu urani. Tuy nhiên theo cách này thì năng suất thiết bị rất thấp, tiến
hành gián đoạn và nhất là bị mất mát nhựa trao đổi ion do cọ xát giữa nhựa và
bùn.

Giai đoạn tiếp theo là trao đổi ion được thực hiện trong các thiết bị loại giỏ:
nhựa trao đổi ion được chứa trong các giỏ dạng lưới, giỏ chuyển động rung trong
bùn quặng. Quá trình hấp thu xảy ra tương đối nhanh và phần lớn urani được hấp
thu trong khoảng 10 phút tiếp xúc. Loại nhựa được sử dụng là nhựa anionit bazơ
mạnh với kích thước hạt + 25 mesh chiếm 65-95%. Loại thiết bị này được sử dụng
ở Liên xô cũ vào cuối những năm 1950.
Loại thiết bị trao đổi ion trong bùn đã được hoàn thiện là thiết bị kiểu tầng
sôi. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị là bùn được đưa vào từ đáy thiết bị qua bộ
phận rãnh chia với vận tốc đảm bảo cho lớp nhựa ở trạng thái lơ lửng. Để hấp thu
tốt thường sử dụng từ 5-8 thiết bị nối tiếp nhau. Loại thiết bị này cho kết quả
tương đối tốt khi xử lý bùn có tỷ lệ rắn – lỏng từ 1/8 đến 1/20.
2. Điều chế neptuni
Neptuni (IV) và plutoni (III) trong dung dịch axit clohydric cũng có thể tách khỏi
nhau bằng sắc ký trên nhựa trao đổi anion, vì plutoni (III) không bị hấp phụ trên
nhựa trao đổi anion. Sự khử plutoni về hoá trị (III) có thể tiến hành trong dung
dịch axit clohydric hoặc trực tiếp trên cột nhờ ion I
-
. Neptuni được rửa khỏi cột
bằng axit clohydric.
10
Sắc ký trên nhựa trao đổi anion cũng cho phép tách neptuni (IV) khỏi thori
và urani, vì thori không bị hấp phụ trên nhựa trao đổi anion, còn urani chỉ bị hấp
phụ khi axit clohydric rất đậm đặc.
Khi urani đã bị chiếu xạ trong lò được hoà tan trong axit nitric, các ion của
U(VI), Np (VI), Np (IV) và Pu (IV) đi vào dung dịch. Cho dung dịch này đi qua
cột trao đổi cation, trên cột Np (VI) bị khử thành Np (V), ion này (NpO
2
-
) được
rửa ra khỏi cột bằng axit nitric cùng với nhiều sản phẩm phân hạch khác (Ru, Te,

I…). Các ion UO
2
2+
và Pu
4+
liên kết chặt chẽ hơn với nhựa trao đổi cation.
3. Điều chế Radi
Khi phân hủy quặng urani bằng axit sunphuric H
2
SO
4
thì các sunphat urani,
sắt, nhôm và các kim loại khác sẽ hòa tan và chuyển vào dung dịch. Còn sunphat
Ra, Ba, Ca, Pb sẽ nằm trong cặn. Như vậy là bắt đầu quá trình đã xảy ra sự phân
chia thành nhánh urani và nhánh radi. Bã rắn chứa radi được rửa bằng dung dịch
natri clorua nóng để hoà tan chì. Để chuyển các sunphat thành các muối cacbonat,
cặn được đem rửa kỹ khỏi các ion bằng cách đun kéo dài thời gian với sođa
Na
2
CO
3
và NaOH (15 mol xôđa cho 1 mol BaSO
4
). Kiềm cần để chuyển Si thành
muối silicat natri Na
2
SiO
3
dễ tan. Khi đó protactini và tantal đi vào dung dịch ở
dạng Na

3
Ta(Pa)O
4
, còn Ba và Ra chuyển sang dạng muối cacbonat và ở lại pha
rắn cùng với axit silicxic.
Cacbonat nhận được đem lọc bỏ nước và kết tủa đem hòa tan trong HCl đặc.
Tách Pb, Po và Bi bằng cách kết tủa chúng bằng H
2
S ở dạng sunfua. Thực tế là
trong dung dịch chỉ tồn tại mỗi Ra và Ba dưới dạng BaCl
2
và RaCl
2
.
Việc tách Ra và Ba là nhiệm vụ rất phức tạp. Có thể tiến hành phân chia Ra
khỏi Ba trên các cột trao đổi ion. Dung dịch chứa hỗn hợp Ra và Ba có 0,2N theo
HCl hay HNO
3
cho đi qua vài lần qua kationit dạng NH
4
(amoni). Rửa giải Ra
bằng dung dịch 1 6N HCl; 3,5N NH
4
Cl (hay là 0,3 ,05N dung dịch nitrat amoni
ở pH= 5 8).
4. Điều chế Plutoni
Pu (IV) và Pu (VI) tạo thành các phức với HCl đặc, còn với nitric đặc chỉ có
Pu (VI). Những phức này dễ bị các anionit hấp phụ.
Pu bị các kationit hấp phụ từ dung dịch axit loãng ở tất cả các trạng thái oxy
hóa.

11
Rửa giải Pu khỏi kationit bằng axit chanh, axit oxalic, EDTA hoặc DCl rất
đặc, chúng tạo phức với Pu.
5. Phát nhận hóa học các nguyên tố nặng mới
Để phát hiện và thừa nhận một nguyên tố nặng mới thường dùng phương
pháp trao đổi ion.
•Thoạt tiên rửa các nguyên tố nặng từ sản phẩm bắn phá bằng một lượng nhỏ
axit;
•Những giọt dung dịch thu được cho qua ống đựng nhựa ionit;
•Theo qui tắc, các actinit nhẹ sẽ bị nhựa hấp phụ mạnh hơn và ở lại phần trên
cột, còn các nguyên tố nặng hơn hấp phụ ở phần dưới;
•Khi rửa các nguyên tố ra khỏi cột có thể thu từng phân đoạn, đem phân tích,
nghiên cứu hóa tính và tính phóng xạ.
Phát nhận hóa học các nguyên tố nặng mới là một vấn đề khoa học lớn vì
không những đối tượng nghiên cứu chỉ có vài chục nguyên tử mà còn có chu kỳ
bán hủy rất bé – vài giây hoặc vài phần giây. Do đó phải tùy từng trường hợp để
có các phương pháp thích hợp.
Chẳng hạn khi bắn phá Pu bằng hạt nhân Ne (neon) các nhà khoa học Liên
Xô thu được nguyên tố 104, nguyên tử lượng 260 đặt tên Kurtratovi (T = 0,3
giây), nhưng chỉ 2 năm sau mới được thừa nhận khi đã tìm ra phương pháp phát
nhận hóa học sau:
Ku khác với những actinit trước nó ở chỗ, nó không thuộc nhóm 3 mà thuộc
vào nhóm 4 của hệ thống tuần hoàn, nghĩa là tương tự như HF;
Như vậy Ku phải có các clorua dễ bay hơi. Người ta cho các nguyên tử thu
được của nó rơi vào một luồng tác nhân clo hóa, chúng chuyển thành hơi clorua,
thấm qua màng xốp đi vào một buồng, ở buồng này sẽ xảy ra sự phân chia tự phát
của Ku, mà người ta có thể ghi lại bằng máy đo phóng xạ.
12
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình hóa học phóng xạ. Nguyễn Thị Diệu Vân – Đại học Bách khoa

Hà Nội.
2. Giáo trình công nghệ nhiên liệu hạt nhân. Cao Đình Thanh – Viện năng
lượng nguyên tử Việt Nam
3. Cơ sở Hóa học phóng xạ. Đỗ Quý Sơn, Huỳnh Văn Trung – NXB “Khoa
học kỹ thuật”, Hà Nội năm 2008.
13