一种绿色方法：利用新型超临界二氧化碳亲和萃取剂和可焚烧沉淀剂，在无矿物酸的条件下从固态原料中实现溶解-萃取及铀的纯化

《Journal of Molecular Liquids》：A green approach for mineral acid-free dissolution-extraction and uranium purification from crude solid matrices aided by novel supercritical CO 2-philic extractants and incinerable precipitants

　　

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  基于SC CO₂萃取和CHON基配体沉淀的两阶段方案，用于从粗基质转化为纯铀基质。
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  首次报道使用新型SC CO₂亲合一元溶剂（ES）。
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  基于TOPO-HPFOA的双用途介质，用于无矿物酸溶解和SC CO₂亲合铀复合物的形成。
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  对新型ES和U-ES系统的多技术分析。
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  高效分离和纯化铀中的杂质。

引言

随着对绿色能源需求的不断增长，核能将发挥重要作用[1]，[2]。本文研究的铀在核工业中至关重要，它被用作核反应堆中的燃料来发电。虽然传统的分离方法如矿物酸浸出、液-液萃取和离子交换分离仍然是行业的主流技术，但迫切需要探索和建立更简单、更环保的方法。

利用二氧化碳的超临界流体萃取是一种很有前景的替代方法[3]，[4]，[5]。在各种可用的流体中，二氧化碳因其温和的操作条件（温度和压力）、易获取性以及可调的密度而成为首选萃取剂。关于使用二氧化碳的超临界流体萃取的各个方面，包括金属离子螯合、当前应用和未来前景已经进行了综述[6]，[7]，[8]。

在铀矿石加工过程中会产生含有多种杂质的粗黄饼基质，例如二铀酸钠（SDU）、二铀酸镁（MDU）和热处理过氧化铀（HTUP）等[9]，[10]。此外，在核燃料循环的不同阶段还会遇到不同的铀氧化物。通常的铀萃取程序包括使用矿物酸辅助溶解，随后进行液-液萃取。然而，由于SC CO₂优异的传输特性，直接从固体基质中萃取金属离子也成为可能。

TOPO-HPFOA萃取剂TH1和TH2被用作无矿物酸溶解固体基质和形成SC CO₂亲合铀复合物的双用途介质。使用固体有机酸HPFOA作为共晶溶剂的氢键供体成分，完全消除了对矿物酸的需求，PFOA部分中和了铀酰-TOPO复合物，并由于存在多个C-F键而增强了铀酰复合物的SC CO₂亲合性[14]，[21]。这种方法旨在减少工艺步骤和腐蚀性化学物质的使用。压力-温度、萃取时间和其他工艺条件是实现最大铀萃取量的重要参数。最后，通过多种方法深入了解收集的提取物的性质，有助于理解新型共晶溶剂中铀的形态，并有助于设计适用于工业实际基质的高效萃取系统，例如铀氧化物和粗黄饼。沉淀是一种传统的分离和纯化方法。然而，我们也探索了从紧凑的SC CO₂提取物中沉淀的方法[15]。在本研究中，我们利用了基于CHON配体（羟基羧酸）的铀沉淀原理。

章节摘录

材料与化学试剂

萃取剂SC CO₂使用纯度为99.9%的二氧化碳气体制备。用于萃取的共溶剂甲醇（CH₃OH）为默克级别的（HPLC用途，纯度>99.7%）。作为萃取剂的共晶溶剂（ESs）使用了Aldrich级别的三辛基磷氧化物（TOPO，纯度99%）和十五氟壬酸（HPFOA，纯度96%）。用于铀沉淀的羟基吡啶羧酸为AR级别。研究的铀氧化物包括UO₂、UO₃和U₃O₈

萃取剂的制备与表征

为了在超临界流体萃取之前溶解尽可能多的基质，使用了新型的SC CO₂亲合萃取剂。ES由三辛基磷氧化物（TOPO）和十五氟壬酸（HPFOA）制成，分别作为氢键受体和氢键供体。

将这两种固体组分按不同比例混合以确保均匀性，并在恒温器中保持一定时间以获得澄清的液体溶液。

结论

新型SC CO₂亲合萃取剂TH1和TH2成功用于从铀氧化物和黄饼基质中萃取铀。萃取在50°C和200 atm的优化条件下进行，使用0.5 mL的TH1/TH2萃取剂，每种萃取剂分别以静态和动态模式运行60分钟。总体而言，对于所有基质，TH2的萃取效率优于TH1，其中铀氧化物的萃取效率顺序为

CRediT作者贡献声明

N. Nayak：撰写 – 审稿与编辑，数据整理。A.S. Kanekar：数据整理。A. Srivastava：撰写 – 审稿与编辑，数据整理。S. Shiny：数据整理。P. Agarkar：数据整理。S. Sharma：撰写 – 原稿撰写，可视化，验证，概念化。A. Rao：撰写 – 原稿撰写，可视化，验证，概念化。S. Dhara：数据整理。S. Jeyakumar：监督，资源协调。

[16]，[24]

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系。

N. Nayak|A.S. Kanekar|A. Srivastava|S. Shiny|P. Agarkar|S. Sharma|A. Rao|S. Dhara|S. Jeyakumar