铀含量检测技术研究现状和发展趋势

2020-11-26魏亚妮王丽吉头杰张海明杨松涛

商品与质量 2020年9期

魏亚妮王丽吉头杰张海明杨松涛

中核四0四有限公司甘肃兰州 732850

铀化学工艺，通常包括铀转化、铀纯化等工艺流程。铀矿石、铀矿渣、重铀酸铵、铀氧化物、氟化铀酰等物料生产过程中涉及多种工艺料液。工艺料液铀含量的准确检测是十分重要的参数，对工艺流程的顺利运行以及物料衡算具有重要的意义．本文主要对国内外铀检测技术进行了调研总结。

1 高浓度铀国外研究现状及发展趋势

《ASTM C1204-钚存在下磷酸体系中Fe（Ⅱ）还原Cr（Ⅵ）氧化滴定法测定铀的标准实验方法》，此标准适用于未经辐照的铀-钚比大于等于2．5的铀-钚混合氧化物。滴定前用稀硫酸溶解样品，在含有氨基酸的浓磷酸溶液中，用过量的Fe（Ⅱ）将铀还原成U(Ⅳ)，以Mo（Ⅵ）为催化剂，用硝酸氧化过量的Fe（Ⅱ），加入V(Ⅳ)后，用Cr（Ⅵ）滴定U(Ⅳ)至电位终点。

《ISO 9989：1996（E）硫酸亚铁还原、重铬酸钾氧化滴定法测定二氧化铀粉末和芯块中的铀含量》，本标准规定了二氧化铀粉末和芯块中铀含量的测定方法。在浓磷酸溶液中，U（Ⅵ）被硫酸亚铁还原为U（Ⅳ）。在钼的存在下，过量的硫酸亚铁被硝酸氧化。以标准重铬酸钾溶液滴定铀，以电位指示终点。

20世纪80年代，H．Ottmar等研发了混合K-edge/K-XRF（HKED）分析系统，该系统在X射线的最大背向角上加一个锗探测器，在管电压为150kV，管电流为15mA，测量时间为1000s的操作条件下，对大量样品进行实验，应用结果表明，铀的精密度达到0．4%～0．7%，但采用该方法时虽然精密度和准确好，但测量时间约为2h，仅一个样品池就需要500元以上，且该样品池不能重复使用，而且仪器昂贵，要1400万以上，不适合普通实验室大量普及[1]。

2 高浓度铀国内研究现状及发展趋势

《GB11848．1铀矿石浓缩物中铀的测定硫酸亚铁还原-重铬酸钾滴定法》中规定了铀矿石浓缩物中铀的测定，样品采用硫酸、硝酸、高氯酸溶解后，分成小样进行滴定。《GB 11841二氧化铀粉末和芯块中铀的测定硫酸亚铁还原-重铬酸钾氧化滴定法》主要规定了核级二氧化铀粉末和芯块中铀的测定，《EF/T 786三碳酸铀酰及二氧化铀中铀的测定》主要针对铀矿冶系统三碳酸铀酰及二氧化铀中铀的测定，直接磷酸溶解进行滴定。

陈晨等用波长色散X荧光法测定含量低于450g/L的铀，将样品滴至圆形滤纸表面，烘干后用膜封装。采用波长色散X荧光仪测定薄膜源，该方法的精密度优于3%，回收率超过90%。但该方法需要薄膜封装，而在手套箱中难以实现薄膜源的密封性。且测量也需要较长的时间，无法实现快速分析。

中核四0四有限公司企业标准《后处理工艺料液铀、钚的测定 L边密度计法》L边密度计法是一种特殊形式的光度吸量法，一束准直的X射线经固定厚度的样品吸收后，测量铀钚元素L吸收边所在能量两侧的X射线强度，计算吸光度并以此得到样品中铀钚元素的浓度。标准适用于后处理工艺料液中铀测定，范围为2g/L ～ 200g/L[2]。

3 低浓度铀国外研究现状及发展趋势

俄罗斯科学家V．V．Berdikov等设计加工的石墨晶体预衍射-能量色散X射线荧光分析装置，采用布拉格定律，使能量在13keV～15keV的射线通过，而激发辐射的散射线和溶液样品本身的γ射线被阻止，从而大大提高了峰背比，降低了铀的探测下限。对于铀浓度在0．002g/L的样品，测量的精密度优于5%，但该方法无法直接测定浓度大于10g/L的样品。

《ASTM C1254-1999（2005年重新审批）X射线荧光法测定无机酸中铀含量的标准实验方法》，将铀含量为0．025-20g/L的标准溶液和适当的内标物质放置在X射线光谱仪的液体样品支架上，并将其暴露在能激发L-α发射线和适当内标线的X射线束中。使用合适的检测器测定产生的强度，根据特征峰的强度得出铀浓度。

4 低浓度铀国内研究现状及发展趋势

马场佑治等《用能量色散X射线荧光分析法测定分析溶液中的铀》在1g/L～10g/L范围的样品，X射线管的使用条件为加速电压40kV，电流2mA，测量时间为200秒，在此条件下，测量结果的精密度达到2%。但酸度、铁、铅、锆、铝等金属离子对测定结果影响较大。

中核四0四有限公司企标《工艺料液铀、镎、钚的测定石墨晶体预衍射X射线荧光法》可对铀含量在0．001g/L～1g/L范围的工艺料液进行无损测量，准确快速。方法原理为在X射线荧光仪的样品池和探测器之间加入一个石墨晶体衍射器，对进入探测器的射线进行选择，使符合布拉格方程的X荧光射线通过衍射进入探测器，通过探测器测定经石墨晶体衍射后的特征X射线荧光强度，从而计算待测元素浓度，据此可定量测定溶液中的放射性元素含量[3]。