【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铀提取系统及铀提取方法，属于金属资源开发利用领域。
技术介绍
1、核能因为具有高能量密度、低碳排放等优势，被广泛视为一种高效的清洁能源。铀作为代表性的一种核燃料，人们对其需求量不断增加，目前人们主要的铀资源供应来自于铀矿的开采，然而铀矿的开采过程中会产生大量具有污染性的含铀废水，如果不进行适当的处理，这些含铀废水有可能会污染邻近的河水、湖泊等水源，威胁到当地的生态环境。除此之外，由于长期大量地开采，陆地上铀矿储量的不足引起了人们的广泛担忧，以人们目前对铀需求量的增长速度，陆地上的铀矿极有可能在一个世纪内就消耗殆尽，因此人们急需开发新的铀资源，根据学者研究，海洋中含有丰富的铀资源，其储量可达45亿吨，这是陆地铀储量的数千倍，足以供给人类近万年的使用。由此可见，从水体中进行铀提取极具必要性，其一方面可以减轻由于核工业的前端原料供应所带来的环境污染问题，另一方面也能够缓解未来铀资源供应的难题。
2、为了提取水体中的铀资源，人们开发了包括直接吸附法、电化学法、还原吸附法等一系列方法。其中，直接吸附法利用的是官能团的选择性吸附能力，铀在水体中以铀酰离子(uo22+)的形式存在，研究表明，以偕胺肟基团为代表的含有丰富氮氧官能团的材料或含有金属-氧键的材料可以通过配位作用与铀酰离子发生特异性结合，从而从水体中捕获并分离铀，然而铀在水体中的浓度一般极低，例如在海水中仅为3ppb左右，相比之下，在海水中广泛存在的钠、镁、钾、钙等离子，它们的浓度为铀的105～106倍，杂质离子的竞争与吸附动力学的限制使得直接吸附法速率
3、电化学法通过引入外加电场，强制促进溶液中的铀酰离子向电极阴极移动，铀酰离子可以被电极上负载的吸附位点捕获并发生还原反应，将溶解态的铀酰离子(+6价)还原为不溶态的铀沉淀物(+4/+5价)从而从溶液中分离出来，通过对铀物种的还原转化促进了吸附平衡的移动，有效提升了低浓度下的吸附速率，如文献(nat.energy2017,2,17007)以该方法在实际海水中实现了四倍于吸附法的提铀效率。然而在电化学过程中，还原电位的施加和离子移动同时进行，这带来了严重的离子极化，从而阻碍铀酰离子向电极表面的迁移，且较高的反应电位(～﹣5v)也存在应用方面的限制。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有直接吸附法中吸附平衡导致的吸附速率慢的问题及电化学法中离子极化导致的含铀离子传质受限的问题提供了一种铀提取方法及铀提取系统，该方法或系统通过将向吸附剂施加还原电荷和吸附剂与含铀溶液中含铀化合物或含铀离子发生化学反应的两个步骤在时间和空间上解耦，避免了反应过程中离子极化的产生，大大降低了含铀溶液中其它离子的竞争，有利于促进溶解型的含铀化合物或含铀离子转换成不可溶的含铀产物，此外通过将吸附剂分散于含铀溶液中，可以增加接触面积，加快反应速率，解决了直接吸附法和电化学法中反应平衡、离子极化、传质受限等问题。
2、本专利技术所采取的技术方案为：一种铀提取方法，包括预还原吸附剂、提铀、分离和脱铀过程，在预还原吸附剂过程中，氧化态吸附剂转换为还原态吸附剂，吸附剂具有了还原性；在提铀过程中，将具有还原性的吸附剂置于含铀溶液中，吸附剂与含铀溶液中的可溶性铀(含铀化合物或含铀离子)发生氧化还原反应，吸附剂由还原态转换为氧化态，含铀化合物或含铀离子中的铀被还原转换为不可溶铀，进而从溶液中析出，并沉积在吸附剂上，在该过程中溶液中的可溶性铀逐渐减少，实现铀的提取；在分离过程中，将吸附有铀的吸附剂与含铀溶液分离；在脱铀过程中将吸附有铀的吸附剂置于脱铀溶液中，使铀从吸附剂上脱附，获得铀的富集。上述吸附剂为不溶于含铀溶液的物质，可以是固体也可以液体，若为固体，可以为颗粒、粉末，有利于增加接触面积，颗粒、粉末的存在形式可以是直接分散于含铀溶液中，也可以负载在载体上，如金属网或亲水网布、碳纸等，将粉末或颗粒分散负载于亲水基底有利于分离回收，并也可通过控制负载密度来调整比表面积；通过搅拌或水循环等方式使颗粒或粉末在含铀溶液中运动，以使吸附剂与含铀溶液充分反应，若为粉末，粒径优选0.1～10μm，有利于获取最大的接触效率，若为颗粒，粒径优选1mm以内。吸附剂与溶液的分离形式可以是物理分离、化学分离或电孚分离；脱铀可以是铀通过物理方法、化学方法从吸附剂上脱附。本专利技术采用化学反应的方法，使含铀溶液中的铀与吸附剂反应，基于反应动力学和离子浓度差异使溶液中的铀向吸附剂富集。
3、作为一种优选方式，本专利技术中可溶性铀为铀酰离子，本专利技术中吸附剂将溶液中的铀酰离子还原为不溶性铀化合物，自身被氧化，被还原的铀化合物不溶于水，形成沉淀附着在吸附剂上。作为一种优选方式，本专利技术中的吸附剂需要具有吸附铀酰离子的活性位点，该特点有利于吸附溶液中的铀酰离子，增加两者反应速率，且在低离子浓度下依然具有高的反应活性；再优选吸附剂具有氧化还原可逆性，增加材料的循环使用，减少成本；吸附剂对铀酰离子具有催化还原能力，使铀酰离子转换为不溶性铀化合物，促进铀酰离子吸附平衡的正向移动，适应低浓度下铀的提取；作为一种更加具体的实现形式，吸附剂为钠电池或锂电池的电极材料，再优选为钠电池或锂电池的正极材料，如磷酸钒锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸铁钠中的其一或其中两者或其中三者的结合，当为磷酸铁锂时，可以是lixfepo4或/和lixfepo4/c(碳包覆的磷酸铁锂)，其中0＜x≤1；当为磷酸锰铁锂时，可以是lixmnyfe1-ypo4或/和lixmnyfe1-ypo4/c(碳包覆的磷酸锰铁锂)，其中0＜x≤1，0＜y＜1；当为磷酸钒锂时，可以是lixv2(po4)3或/和lixv2(po4)3/c(碳包覆的lixv2(po4)3)，其中1＜x≤3；当为磷酸铁钠时，可以是naxfepo4、naxfepo4/c(碳包覆的naxfepo4)、nayfep2o7、nayfep2o7/c(碳包覆的nayfep2o7)、nazfe3(po4)2(p2o7)、nazfe3(po4)2(p2o7)/c(碳包覆的nazfe3(po4)2(p2o7))中的一种或几种。上述物质易得、氧化还原可逆性、具有吸附活性位点的特点。
4、若采用氧化还原方式，将铀酰离子转换为不溶性铀化合物沉积在吸附剂上，作为一种优选方式，脱铀过程中将不溶性铀化合物与脱铀溶液反应，再次溶解，脱铀后吸附剂可通过结构复原使其再次具有提铀的性能。作为一种优选，选择碳酸盐或碳酸氢盐溶液作为脱铀溶液，利用碳酸根与铀酰离子发生配位后重新溶出的效果进行脱铀，在脱铀溶液中还需要加入氧化物质将吸附剂表面被还原至不溶态的铀沉淀重新氧化成铀酰离子，氧化物质优选过氧化氢或过硫酸盐。脱铀溶液中碳酸根和碳酸氢根的浓度之和优选0.01～2mol/l，若浓度低于0.01mol/l，会影响溶解的速率与效果，若浓度高于2mol/l，会对吸附剂产生不利影响；氧化物质的浓度优选0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铀提取方法，其特征在于：包括
2.根据权利要求1所述的铀提取方法，其特征在于：所述预还原吸附剂过程是在预还原溶液中进行的，所述预还原溶液将所述吸附剂由氧化态还原为还原态；所述吸附剂为氧化还原可逆的物质，所述吸附剂在提铀过程中由还原态转换为氧化态，脱铀完成后将氧化态的吸附剂再次置于预还原溶液中得到还原态吸附剂。
3.根据权利要求1或2所述的铀提取方法，其特征在于：所述吸附剂满足以下其一或多者的结合：
4.根据权利要求1或2所述的铀提取方法，其特征在于：所述含铀溶液中铀元素以铀酰离子的形式存在，所述吸附剂满足以下其一或多者的结合：
5.根据权利要求1所述的铀提取方法，其特征在于：在所述脱铀过程中，脱铀溶液与吸附剂上的铀反应，使铀转换为可溶解型铀，溶于所述脱铀溶液中。
6.根据权利要求1所述的铀提取方法，其特征在于：所述含铀溶液中铀以铀酰离子形式存在，铀提取方法为：
7.根据权利要求6所述的铀提取方法，其特征在于：所述脱铀溶液满足以下其一或多者的结合：
8.根据权利要求6所述的铀提取方法，其特征
9.根据权利要求6所述的铀提取方法，其特征在于：以磷酸铁锂作为吸附剂，铀提取方法包括以下步骤
10.一种铀提取系统，其特征在于：包括
11.根据权利要求10所述的铀提取系统，其特征在于：采用权利要求2～8所述的铀提取方法提取铀。
...【技术特征摘要】
1.一种铀提取方法，其特征在于：包括
2.根据权利要求1所述的铀提取方法，其特征在于：所述预还原吸附剂过程是在预还原溶液中进行的，所述预还原溶液将所述吸附剂由氧化态还原为还原态；所述吸附剂为氧化还原可逆的物质，所述吸附剂在提铀过程中由还原态转换为氧化态，脱铀完成后将氧化态的吸附剂再次置于预还原溶液中得到还原态吸附剂。
3.根据权利要求1或2所述的铀提取方法，其特征在于：所述吸附剂满足以下其一或多者的结合：
4.根据权利要求1或2所述的铀提取方法，其特征在于：所述含铀溶液中铀元素以铀酰离子的形式存在，所述吸附剂满足以下其一或多者的结合：
5.根据权利要求1所述的铀提取方法，其特征在于：在所述脱铀过程中...
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