Определение урана и тория в твердых материалах

7

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Утверждаю

Декан ФТФ

_________________ Бойко В.И.

"___"________________2009 г.

определение урана и тория

в твердых материалах

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по дисциплине "Аналитическая химия урана, плутония и тория" для студентов 073400 "Безопасность и нераспространение ядерных материалов"

по направлению 651000 "Ядерные физика и технологии"

Томск - 2009 г.

Содержание

• Введение
• Качественное определение урана и тория в твердых материалах
• I. Цель работы
• II. Теоретические основы
• III. Определение урана
• IV. Определение тория
• V. Техника безопасности при в ыполнении работ
• Литература

Введение

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам "Спецхимия" для студентов специальности 240601 (250900) "Химическая технология материалов современной энергетики" и "Химия редких, рассеянных, радиоактивных элементов" для студентов специальности 240603 (251700) "Химическая технология редких элементов и материалов на их основе" по направлению 240600 (655200)"Химическая технология материалов современной энергетики".

Тема: Качественное определение урана и тория в твердых материалах.

Томск, ТПУ, 2009 г. - 7 с.

Составители: Каляцкая Г. В.,

Маслов А.А.

Рецензент: д. х. н. Голосенко К.И.

к. х. н. доцент Жерин И.И.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы методическим семинаром кафедры ХТРЭ № _______ от "____"________________200 г.

Зав. кафедрой ХТРЭ ____________________ В.П. Дмитриенко

МК ФТФ ____________________ В.Д. Каратаев

Качественное определение урана и тория в твердых материалах

1. Освоить методику качественного определения урана и тория в рудах, концентратах.

2. Определить, присутствует или нет уран и торий в пробах руды.

II. Теоретические основы

Для качественного определения урана и тория применяют методы химического, радиометрического, спектрального, а для урана еще и люминесцентного анализа.

Химические методы основаны на различных реакциях взаимодействия урана и тория с неорганическими и органическими реагентами с образованием либо трудно-растворимых, либо окрашенных соединений. В аналитической практике для качественного обнаружения урана и тория предпочтение отдается методам с образованием окрашенных соединений. Так, например, ион уранила с неорганическим реагентом - ферроцианидом калия - образует осадок красно-бурого цвета:

,

а ион тория с органическим реагентом - натриевой солью-дифениламин-4-сульфокислоты - образует красно-фиолетовый осадок:

.

Определению мешают примеси, присутствующие в пробе анализируемого материала: железо, медь, никель, титан, молибден и др. Большинство мешающих элементов можно отделить в виде сульфидов, действуя на раствор сульфидом аммония. Уран предварительно должен быть переведен в растворимый комплекс карбонатом аммония, в противном случае уран в виде сульфида UO₂S окажется в осадке вместе с сульфидами примесей. Избыток сульфида аммония в фильтрате окисляют пероксидом водорода, затем раствор подкисляют для разложения растворимого трикарбонатного комплекса, добавляют винную кислоту для связывания в комплекс молибдена и выполняют реакцию с ферроционидом калия.

При определении тория с использованием дифениламин-4-сульфокислоты натриевой соли мешающими примесями являются скандий, титан, цирконий, молибден и др., а также соли железа, образующие с реактивом коричневую окраску. Для отделения тория от указанных элементов применяются в основном две реакции - осаждение в кислых средах фторида или оксалата тория. Осаждение тория в виде фторида дает более надежные результаты при отделении его от больших количеств железа, алюминия, циркония и урана. Наиболее полно фторид тория осаждается при введении фтористого аммония, особенно в присутствии минеральных кислот.

III. Определение урана

Реактивы:

соляная кислота, концентрированная;

азотная кислота, концентрированная;

аммиак, 25% - ный раствор;

(NH₄) ₂CO₃, в порошке;

(NH₄) ₂S, насыщенный раствор H₂S в 25% - ном растворе NH₄OH;

пероксид водорода, 30% - ный раствор;

винная кислота - (C₄H₄O₆), 50% - ный раствор;

серная кислота, концентрированная;

раствор K₄ [Fe (CN) ₆].

Ход работы:

Навеску руды, содержащей (40 - 50) мг U₃O₈, помещают в фарфоровый тигель, смачивают двумя - тремя каплями концентрированной HCl и добавляют 1 каплю концентрированной HNO₃. Тигель ставят на электроплитку, и содержимое выпаривают досуха. Затем в тигель добавляют (7 - 10) капель воды, (1 - 2) капли 25% -ного раствора аммиака (до щелочной реакции), небольшое количество сухого карбоната аммония и одну каплю сульфида аммония.

Содержимое тигля тщательно перемешивают, нагревают в течение трех минут и отфильтровывают на центрифуге. Фильтрат сливают в фарфоровую чашечку, добавляют 3 капли пероксида водорода и выпаривают почти досуха, затем в чашечку добавляют 1 каплю воды, 1 каплю серной кислоты, 3 капли винной кислоты и тщательно перемешивают. К полученному в чашечке раствору добавляют (1 - 2) капли раствора K₄ [Fe (CN) ₆]. Появление красно-бурого осадка свидетельствует о наличии урана в навеске руды.

В отчете о выполнении качественного определения урана представить все реакции по ходу работы, в которых участвует уран.

IV. Определение тория

Реактивы:

серная кислота, концентрированная;

соляная кислота, концентрированная;

аммония фторид, кристаллический;

едкий натр, 40% - ный раствор;

уксусная кислота, насыщенный раствор;

натриевая соль ализаринсульфокислоты (C₁₂H₁₀O₃NSNa), раствор.

Ход работы:

Навеску руды в количестве (20 - 40) мг помещают в тигель, добавляют 6 капель концентрированной серной кислоты, нагревают до удаления последней, снова добавляют и снова нагревают. Нагревание ведется до тех пор, пока проба руды в тигле не останется в виде густой массы, смоченной серной кислотой. Тигель охлаждают, массу выщелачивают водой, взятой в количестве (20 - 30) капель (1 - 1,5 мл) и переносят с осадком в фарфоровую чашечку. Туда же добавляют одну каплю концентрированной соляной кислоты, нагревают до кипения и охлаждают. Охлажденный раствор с осадком отфильтровывают в центрифуге. Осадок промывают 10 каплями воды и снова отфильтровывают на центрифуге. Фильтраты объединяют, добавляют несколько крупинок фторида аммония и тщательно перемешивают. Образующийся осадок фторида тория отделяют от маточника на центрифуге, промывают (10 - 20) каплями воды, вновь фильтруют на центрифуге. Маточник сливают, осадок обрабатывают 40% -ной щелочью, и при перемешивании стеклянной палочкой переносят в фарфоровую чашечку. Чашечку помещают на электроплитку и нагревают (2 - 3) минуты. Затем осадок фильтруют на центрифуге, фильтрат сливают, осадок промывают (10 - 20) каплями воды и отфильтровывают на центрифуге. После удаления фильтрата осадок переносят в фарфоровую чашечку и обрабатывают тремя каплями соляной кислоты и выпаривают досуха. После охлаждения осадок в чашечке смачивают тремя каплями воды, одной каплей насыщенного раствора уксусной кислоты (СН₃СООН), к раствору добавляют две капли раствора натриевой соли ализаринсульфокислоты. Появление осадка фиолетово-красной окраски указывает на присутствие тория.

В отчете по данной работе необходимо написать все реакции, в которых участвует торий, и дать заключение о наличии тория в исследуемой пробе.

V. Техника безопасности при в ыполнении работ

Работать только в халате и на отведенном для этой работы месте.

Строго выполнять требования инструкции по работе с радиоактивными веществами и с агрессивными химическими веществами.

Отработанные радиоактивные растворы сливать только в специально предназначенные емкости.

Для отбора всех видов растворов (радиоактивные, кислоты, щелочи и др.) с помощью пипетки необходимо использовать резиновую грушу.

С концентрированными кислотами и щелочами работать только в вытяжном шкафу.

Пользоваться электроплиткой только с закрытой спиралью.

Литература

1. В.К. Марков, А.В. Виноградов и др. Уран, методы его определения. Атомиздат. - М., 1964 г.

2. Г.Е. Каплан, Т.А. Успенская и др. Торий, его сырьевые ресурсы, химия и технология. Издательство Госкомитета по использованию атомной энергии. - М., 1960 г.