铀水冶工艺-4.1离子交换树脂及离子交换反应
离子交换树脂实验报告
离子交换树脂实验报告离子交换树脂实验报告离子交换树脂是一种常见的化学材料，广泛应用于水处理、制药、食品加工等领域。
本次实验旨在探究离子交换树脂的性质和应用，通过实验结果的分析和讨论，深入理解离子交换树脂在实际应用中的作用和优势。
实验一：离子交换树脂的制备方法首先，我们需要了解离子交换树脂的制备方法。
离子交换树脂的制备主要分为两个步骤：基质的制备和功能团的引入。
基质的制备通常采用聚合物材料，如聚苯乙烯或聚丙烯。
而功能团的引入则是通过化学反应将具有特定离子交换性质的基团引入到基质中。
实验二：离子交换树脂的离子交换性能测试为了测试离子交换树脂的离子交换性能，我们选择了常见的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行实验。
首先，我们将阳离子交换树脂置于一定体积的钠盐溶液中，观察树脂对钠离子的吸附情况。
实验结果显示，阳离子交换树脂能够有效吸附钠离子，使溶液中的钠离子浓度显著降低。
接下来，我们将阴离子交换树脂置于一定体积的氯化钠溶液中，观察树脂对氯离子的吸附情况。
实验结果显示，阴离子交换树脂能够有效吸附氯离子，使溶液中的氯离子浓度显著降低。
通过这两个实验，我们可以看出离子交换树脂对离子的选择性吸附具有很好的效果。
这也是离子交换树脂在水处理和离子分离中得到广泛应用的原因之一。
实验三：离子交换树脂的应用案例离子交换树脂在实际应用中有着广泛的应用案例。
其中，水处理是最常见的应用之一。
通过使用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，可以有效去除水中的阳离子和阴离子，改善水质。
此外，离子交换树脂还可以用于制药工业中的药物纯化、食品加工中的成分分离等领域。
实验四：离子交换树脂的再生与回收利用离子交换树脂在使用一段时间后，会因为吸附饱和而失去吸附能力。
因此，离子交换树脂的再生和回收利用成为一个重要的问题。
目前，常见的再生方法包括酸再生和碱再生。
通过将吸附在树脂上的离子用酸或碱溶液进行洗脱，可以使离子交换树脂恢复到初始的吸附能力。
这种再生方法不仅可以延长离子交换树脂的使用寿命，还可以减少对环境的污染。
浅析离子交换设备在铀矿提取中的应用
67科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 工 程 技 术铀矿的加工工艺是采用湿法冶金的方式从铀矿石中提取出铀,之后经过纯化而制备出符合满足各种应用需求的铀产品。
当前我国铀水冶厂及铀矿山废水处理厂所采用的离子交换设备一般包括这样几种:水力悬浮床、空气搅拌床、密实固定床、塔式流化床以及密实移动床五种,下面将对其中的几个进行重点介绍。
1 水利悬浮床离子交换设备1.1设备介绍水力悬浮床通常被称为悬浮床。
从广义上来讲,它是流化床的一种,而按照结构型式来讲,悬浮床属于槽式设备。
悬浮床离子交换设备一般主要用于少数早期的铀矿水冶厂中,主要用于稀矿浆的处理。
该设备的操作方式为周期循环式,属于间歇式操作的一种。
一般采用多台串联式吸附,而所串联的设备台数一般是由饱和体积和穿透体积的比值来确定的。
离子交换设备的吸附原理是:设备利用高于起始流化速度的上升矿浆流来将树脂悬浮于设备的中上部当中,即在树脂处于松散、悬浮的状态时,流体与矿浆的充分接触。
而矿浆的淋洗过程反映的则是将负载树脂冲洗脱泥之后,这时树脂是处于密实床的状态之下进行。
1.2运行参数(表1)1.3存在的主要问题和相应的改进情况(1)槽底的进、排矿浆管时常会发生堵塞,导致提取设备没有正常运转。
(2)上部的排浆筛网容易出现堵塞,导致浆液冒槽,使得树脂和铀发生损失,这个问题目前还没有一个完满的解决方案。
(3)槽底的石英层容易出现乱层,导致进矿浆时的布料出现不均匀现象,排矿浆时容易出现树脂泄漏。
我们可以采用加大石英砂的粒度、适当调整石英层的排列等措施,虽然收到了一定的效果,但是还没有得到完全的解决。
2 空气搅拌床离子交换设备2.1设备介绍空气搅拌床,通常又被称作帕丘卡,它也是一种槽式设备。
该种设备运用于我国早、中期建成的各种铀水冶厂中,且主要用于固体质量分数较高的铀矿浆当中。
按操作制度又可以分为周期循环式操作和连续逆流式操作。
离子交换工艺简介
离子交换工艺简介离子交换工艺简介离子交换工艺除盐化学交换，需要酸碱再生，其再生频率大，酸碱用量大，对周围的水和大气环境均有较大程度的影响。
下面店铺为大家整理了关于离子交换工艺的文章，一起来看看吧!1离子交换的基本原理水处理中主要采用离子交换树脂和磺化煤用于离子交换。
其中离子交换树脂应用广泛，种类多，而磺化煤为兼有强酸型和弱酸型交换基团的阳离子交换剂。
离子交换树脂按结构特征，分为：凝胶型、大孔型和等孔型;按树脂母体种类，分为：苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等;按其交换基团性质，分为：强酸型、弱酸型、强碱型和弱碱型。
⑴离子交换树脂的构造是由空间网状结构骨架(即母体)与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。
活性基团遇水电离，分成两部分：固定部分，仍与骨架牢固结合，不能自由移动，构成所谓固定离子，活动部分，能在一定范围内自由移动，并与其周围溶液中的其他同性离子进行交换反应，称为可交换离子。
⑵基本性能①外观呈透明或半透明球形，颜色有乳白色、淡黄色、黄色、褐色、棕褐色等，②交联度指交联剂占树脂原料总重量的百分数。
对树脂的许多性能例如交换容量、含水率、溶胀性、机械强度等有决定性影响，一般水处理中树脂的交联度为7%～10%.③含水率指每克湿树脂所含水分的百分率，一般为50%，交联度越大，孔隙越小，含水率越少。
④溶胀性指干树脂用水浸泡而体积变大的现象。
一般来说，交联度越小，活性基团越容易电离，可交换离子的水合离子半径越大，则溶胀度越大;树脂周围溶液电解质浓度越高，树脂溶胀率就越小。
在生产中应尽量保证离子交换器有长的工作周期，减少再生次数，以延长树脂的使用寿命。
⑤密度分为干真密度、湿真密度和湿视密度⑥交换容量是树脂最重要的性能，是设计离子交换过程装置时所必须的数据，定量地表示树脂交换能力的大小。
分为全交换容量和工作交换容量。
⑦有效ph范围由于树脂的交换基团分为强酸强碱和弱酸弱碱，所以水的ph值对其电离会产生影响，影响其工作交换容量。
离子交换树脂工艺流程
离子交换树脂工艺流程
《离子交换树脂工艺流程》
离子交换树脂是一种用于水处理和化工工艺中的重要材料，它能够有效地去除水中的离子、金属离子和有机物质。
离子交换树脂工艺流程是指利用离子交换树脂去除水中杂质的一系列步骤，下面就是离子交换树脂的工艺流程。
第一步是预处理。
在使用离子交换树脂之前，通常需要将水进行预处理，包括除杂、过滤等。
这一步骤的目的是为了防止树脂堵塞或损坏，保证水质稳定。
第二步是树脂填充。
将预处理后的水通过管道引入离子交换树脂柱或瓶中，填充好树脂。
填充好的树脂形成了一个可供水流通的通道。
第三步是离子交换。
水流通过填充好的离子交换树脂，树脂中的功能基团与水中的杂质进行离子交换，将水中的杂质去除。
第四步是洗涤。
在离子交换完毕后，需要用一定量的水对树脂进行洗涤，将吸附在树脂上的杂质冲洗出来，以恢复树脂的吸附性能。
第五步是再生。
随着树脂使用时间的增长，树脂会逐渐失效，需要进行再生。
再生通常通过用浓盐酸或氢氧化钠溶液对树脂进行反应，将树脂中的吸附物去除，使树脂恢复活性。
通过以上几个步骤的循环，离子交换树脂就可以持续地去除水中的杂质，保证水质的稳定和纯净。
这就是离子交换树脂工艺流程的基本步骤。
离子交换法提铀
离子交换法提铀离子交换法提铀(extraction of uranium bv ion exchange)用离子交换树脂从铀浸出液中富集、提纯铀和制取纯铀化合物的过程。
这是一种既常用于铀富集，也常用于铀提纯的方法。
其工艺过程主要包括铀的吸附、铀的淋洗、离子交换树脂的再生等。
20世纪50年代南非的铀厂，加拿大80％的铀厂，美国和澳大利亚50％左右的铀厂都采用离子交换法提取铀。
到20世纪90年代韧，采用离子变换法的工厂约占所有铀提取厂的1／2(包括占1／4的淋萃法)。
中国于20世纪50年代、60年代相继建成矿浆吸附法和青液吸附法的铀提取厂。
离子变换树脂铀工业常用的离于交换树脂是强碱性阴离子交换树脂，其骨架由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成，球体是多孔或大孔的、凝胶的，带有季铵基活性功能基([R4N]+X–)。
这类离子交换树脂的性质稳定，机械强度高，对铀的选择性和吸附性能都好，每克干离子交换树脂的总吸附容量为3.5～4.5毫克当量。
此离子交换树脂的氯型结构式为这是一种空间网状结构，离子交换树脂功能基中的可交换离子，均匀地分布在网状空间的内部。
国际上常用的离子交换树脂有安伯莱特(A mberlite)IRA–400、IRA–425，道埃克斯(Dowex)21K，神胶808和AB –17等。
中国产的型号为201×7。
铀吸附在硫酸浸出液中，铀常以[UO2]2+、UO2SO4、[UO2(SO4)2]2–和[UO(SO4)3]4–四种形态存在。
此外，浸出液中还有大量Fe3+、Al3+、C2a2+、Mg2+等杂质阳离子。
阳离子交换树脂虽能吸附[UO2]2+，但吸附选择性差，在吸附[UO2]2+的同时还吸附大量杂质阳离子，从而降低了铀的吸附容量，故难以采用。
强碱性阴离子交换树脂吸附[UO2(SO4)2]2–和[UO2(SO)3]4–配阴离子的效果较好。
4在碳酸盐浸出液中，六价铀的存在形态为三碳酸铀酰配阴离子([UO(CO3)3]4–)。
离子交换树脂课件
离子交换树脂的再生
离子交换树脂在使用一定时间后，其交换容量会逐渐降低， 需要进行再生以恢复其交换能力。
再生过程通常包括用酸、碱或盐溶液对树脂进行浸泡、洗涤 和再生剂的再生等步骤，以去除树脂中的杂质和失效的交换 离子，恢复其交换能力。
离子交换树脂的应用
03
水处理
01
去离子水制备
离子交换树脂可用于去除水中溶解的离子，制备高纯度 的去离子水，满足工业和实验室的用水需求。
03
随着环境保护意识的提高和工业生产的不断升级，离子 交换树脂的需求量将会持续增长，其在工业生产和人类 生活中的地位将更加重要。
离子交换树脂的发展趋势
随着科技的不断发展，离子交换树脂的制备技术和性能将得到进一步提升，以满足 更广泛的应用需求。
新型离子交换树脂的开发和应用将更加注重环保和可持续发展，减少对环境的负面 影响。
食品工业
离子交换树脂在食品工业 中可用于脱盐、脱色、除 味等方面，提高食品质量 和安全性。
医药领域
离子交换树脂在医药领域 中可用于药物分离、纯化 及制备等方面，具有高效、 环保的优势。
离子交换树脂的回收与再利用
再生技术
研究和发展高效的再生技术，使离子交换树 脂能够多次重复使用，降低使用成本。
废弃树脂的处理
制备
制备离子交换树脂的关键是选择合适的单体、引发剂、交联 剂等，以及控制聚合反应的条件，以保证树脂的结构和性能 符合要求。
离子交换树脂原理
02
离子交换过程
离子交换过程是可逆的，通过离子交 换反应，溶液中的阳离子或阴离子与 离子交换树脂中的可交换离子进行交 换，从而实现离子的分离和纯化。
离子交换过程通常在特定的pH值和温 度条件下进行，以获得最佳的交换效果。
离子交换工艺流程
离子交换工艺流程
《离子交换工艺流程》
离子交换工艺是一种常见的水处理技术，它通过将水中的离子与交换树脂中的离子进行置换，从而达到去除水中杂质和提纯水质的目的。
离子交换工艺广泛应用于水处理、电子工业、化工等领域。
离子交换工艺流程通常包括以下几个步骤：
1. 前处理：在开始离子交换之前，首先需要对原水进行前处理。
前处理主要包括过滤和软化，通过去除悬浮物和有机物，减少水中的污染物对交换树脂的影响。
2. 离子交换柱的装填：将合适的交换树脂填充到离子交换柱中。
交换树脂可以选择阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，根据水质的不同来选择合适的树脂种类。
3. 离子交换过程：将原水通过离子交换柱，离子交换树脂和水中的离子进行置换。
阳离子交换树脂主要去除水中的钙、镁等金属离子，而阴离子交换树脂主要去除水中的硫酸根、氯离子等阴离子。
4. 冲洗：在离子交换过程中，交换树脂会逐渐被污染物吸附，导致交换能力下降。
因此需要定期对交换树脂进行冲洗和再生处理，恢复其交换能力。
5. 后处理：离子交换过程完成后，需要对处理后的水质进行监测，确保水质符合要求。
必要时可以进行后处理，如pH调节、加药等操作。
离子交换工艺流程对水质的提升起到了重要的作用，它可以去除水中的杂质和离子，提高水质，满足不同行业的生产和生活用水需求。
在实际应用中，需要根据不同的水质和处理要求来选择合适的离子交换工艺流程，以确保处理效果和经济效益。
提纯铀化学方程式
提纯铀化学方程式
提纯铀
1. 什么是提纯铀
提纯铀是指将含有杂质的铀材料经过一系列化学反应和物理操作，将杂质去除，获得纯度较高的铀金属或其化合物的过程。
2. 提纯铀的相关方程式
重水法
重水法是一种常用的提纯铀的方法。
下面是该方法中的相关方程式：
•过滤反应方程式：
2H2S + O2 -> 2H2O + 2S
•氢化铀反应方程式：
UF4 + 2D2O -> UO2 + 4DHF
•还原反应方程式：
UO2 + 2DHF -> UF4 + 2D2O
溅射离子束法
溅射离子束法是另一种常用的提纯铀的方法。
下面是该方法中的相关方程式：
•溅射反应方程式：
U + He+ -> U+ + He
3. 提纯铀的例子
离子交换法
离子交换法是提纯铀的常用方法之一。
在该方法中，通过离子交换树脂，可以将含有杂质的铀溶液中的杂质离子与树脂上的某种离子交换，实现提纯的目的。
溅射离子束法
溅射离子束法是一种使用高能离子束轰击含有铀杂质的样品，将杂质离子从样品表面移除的方法。
这可以用于提纯铀和去除表面上的杂质。
结论
提纯铀是通过一系列化学反应和物理操作，将含有杂质的铀材料去除杂质，获得纯度较高的铀金属或其化合物的过程。
重水法和溅射离子束法是常用的提纯铀的方法。
离子交换法和溅射离子束法也是提纯铀的例子。
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离子交换法提铀离子交换法提铀(extraction of uranium bv ion exchange)用离子交换树脂从铀浸出液中富集、提纯铀和制取纯铀化合物的过程。
这是一种既常用于铀富集，也常用于铀提纯的方法。
其工艺过程主要包括铀的吸附、铀的淋洗、离子交换树脂的再生等。
20世纪50年代南非的铀厂，加拿大80％的铀厂，美国和澳大利亚50％左右的铀厂都采用离子交换法提取铀。
到20世纪90年代韧，采用离子变换法的工厂约占所有铀提取厂的1／2(包括占1／4的淋萃法)。
中国于20世纪50年代、60年代相继建成矿浆吸附法和青液吸附法的铀提取厂。
离子变换树脂铀工业常用的离于交换树脂是强碱性阴离子交换树脂，其骨架由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成，球体是多孔或大孔的、凝胶的，带有季铵基活性功能基([R4N]+X–)。
这类离子交换树脂的性质稳定，机械强度高，对铀的选择性和吸附性能都好，每克干离子交换树脂的总吸附容量为3.5～4.5毫克当量。
此离子交换树脂的氯型结构式为这是一种空间网状结构，离子交换树脂功能基中的可交换离子，均匀地分布在网状空间的内部。
国际上常用的离子交换树脂有安伯莱特(Amberlite)IRA–400、IRA–425，道埃克斯(Dowex)21K，神胶808和AB–17等。
中国产的型号为201×7。
铀吸附在硫酸浸出液中，铀常以[UO2]2+、UO2SO4、[UO2(SO4)2]2–和[UO2(SO4)3]4–四种形态存在。
此外，浸出液中还有大量Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等杂质阳离子。
阳离子交换树脂虽能吸附[UO2]2+，但吸附选择性差，在吸附[UO2]2+的同时还吸附大量杂质阳离子，从而降低了铀的吸附容量，故难以采用。
强碱性阴离子交换树脂吸附[UO2(SO4)2]2–和[UO2(SO4)3]4–配阴离子的效果较好。
在碳酸盐浸出液中，六价铀的存在形态为三碳酸铀酰配阴离子([U O2(CO3)3]4–)。
铀水冶工艺-4.2离子交换过程的物理化学、离子交换吸附铀
图5-8 交换离子在溶液和树脂内的分布情况
浸出液中有不少杂质的浓度高于铀的浓度，一 部分杂质离子可能以渗透的方式进入树脂相内 部。
当用水冲洗饱和树脂时，由于在稀溶液中，唐 南排斥作用明显，因此，可以把部分杂质除去。
5.3.2.3离子交换平衡
离子交换平衡是与以上二者同时存在的另一种平 衡。如果在溶液中存在着两个以上的可交换离子， 当树脂与该溶液接触时，不同种类的可交换离子 与树脂的活性基团之间将发生不同的交换作用。
(3)可交换离子电荷多少的影响
按交换过程的电中性原则，溶液中可交换离子电荷愈多(与树脂中 可交换离子比)，则交换后它们在树脂内所形成的可交换质点数目 愈少，由它们带进树脂内部的溶剂分子的量亦少，因此，树脂的 溶胀度就愈小。
由此可以推断，对铀工艺中所使用的氯型强碱性阴离子交换树脂 来说，若在交换过程中，R+Cl-或R+NO3-的Cl-或NO3-被 UO2(SO4)34-或UO2(SO4) 22-所置换，树脂的体积应当发生收缩； 而在饱和树脂淋洗时，情况则相反，这时吸附UO2(SO4)34-和 UO2(SO4) 22-的饱和树脂被NO3-或Cl-所置换，树脂的体积将发生膨 胀。
电荷愈多，静电引力就愈大；另外，从扩散原理来分析， 趋势的大小只与浓度有关，与电荷的多少无关。
若树脂饱和度相同，则高电荷的可交换离子比低电荷的 在树脂相内的质点数要少，故离子由树脂向溶液扩散的 趋势就小。因此，高电荷的可交换离子将被优先地吸附 到树脂上。
电选择性与溶液的浓度也有关系，当溶液相浓度愈稀时， 唐南电位就愈大，电选择性就愈明显。
(3)强电解质对树脂的渗透
强电解质的渗透是发生离子交换的必要条件。如果将树脂R+Y-，用一 个具有可交换离子Y-的溶液饱和，随即将这个被Y-饱和了的阴离子交 换树脂R+Y-，放到一个强电解质A+Y-的稀溶液中，此时，树脂相内部Y的浓度大于溶液相中Y-的浓度；而溶液中A+的浓度却大于树脂相中A+ 的浓度。
离子交换树脂法冶金
离子交换树脂法冶金离子文换树脂的基本理化特性包括交换容量、膨胀性、孔隙度、选择性和机械强度等。
树脂的全功(或全动态)交换容量，由每一种树脂组成中的活性基团数量所决定，对特定的一种树脂，它是个恒值。
静态交换容量则是在给定的条件(如搅拌)下与一定溶液接触后，单位数量树脂所吸附的离子量。
静态交换容量通常比全功交换容量小，因在静态条件下并非所有活性X-团都能参加交换反应。
这在生产中，通常称为有效(或操作)容量，它表示单位质最的风干树脂，在一定工艺过程中所吸附的有效离子数量，一般用mg/g表示。
树脂漫入溶液中后，其体积会增大0.5^-2.0倍，这是树脂的膨胀性。
本来，合成离子交换树脂用的有机单体(如苯乙烯)是疏水性的，不会因吸水而膨胀。
但由于向树脂的基体中引入了亲水性的活性基团，故树脂浸人r夜中后，水溶液会沿分子空隙的沟道渗人活性基团，井使其水化膨胀。
离子交换树脂的膨胀性用膨胀系数K表示，它是膨胀的树脂比容v。
和风千的树脂比容vc二者之比值.阴离子交换树脂的膨胀系数在2.0-3.0的范困内变动。
工业生产并供给用户的阴离子交换树脂含水50-56%0由于树脂遇水膨胀，干燥后又接近恢复原来的状态，这种变化使树脂内部颗粒来回移动并产生内应力，致使树脂发生磨撇和破坏。
故在生产过程中不宜让树脂频繁地膨胀和干燥。
树脂对某些离子的选择性吸附，是离子交换树脂的一种重要性质。
故选用每一种树脂前都应先进行试验，测定它们在真实的生产溶液中选择吸附某些离子的次序，以便于正确选用效果最佳的树脂。
树脂的机械强度在实际应用中具有重要意义。
由于树脂要经受介质、负荷、吸附设备和矿砂的摩擦，筛分冲击，以及干、湿和冷、热变化等各种力学作用，强度小的树脂烃质基体表面易遭破坏。
特别是用于矿浆吸附过程的树脂，更应具有一定的机械强度。
离子交换树脂中，结构最简单的是“海绵”型离子交换树脂.按照现代化学观点，离子的交换反应动力来自交换的离子在树脂相和溶液相中的化学位差。
铀水冶离子交换塔中树脂床层状态的研究
引 言
青龙 铀 矿离 旅 游 景 点 戴 河 较 近 ， 环保 要 其
ｇ ｃ 。考 虑 到 树 脂 在 吸 附 过 程 中 密 度 逐 渐 增 ／ ｍ。 大 ， 浸 出液 在 循环 过程 中随着循 环 次数 的增加 ， 而 溶 液 密度也 逐 渐增 大 ， 故需 配制 ２种 溶液 ， 一种 是 密度 大于 树脂 的溶 液 ， 此 加 入 一 定 量 Ｎａ Ｉ使 为 Ｃ， 溶 液 密度 达 到 １ ２ ～ １ ２ ／ｍ。 另一 种 是 密度 ． ６ ． ７ｇ ｃ ； 小于 树脂 的溶 液 ， 为此 加 入一定 量 水 ， 溶液 密度 使 为 １ １ ～ １ １ ／ ｍ。 ．２ ． ３ ｇ ｃ 。针 对 非 饱 和 树 脂 在 吸 附
能， 为工 厂设 计 和运行 提供 参 考 。
１ 试 验 结 果
Ｉ Ｉ 现 场 试 验 研 究 ．
Ｉ Ｉ Ｉ 上 下塔 板铺 设 筛 网试验 ．．
上 下 塔板 各铺 设 １张筛 网 ， 中树 脂 层 高 度 塔
为 １３ ０ｍｍ， 料 方 式 采 用 下 进 料 。 分 别 通 入 密 ０ 进
求特 别严 格 ， 为此 ， 铀矿 水 冶流 程选 用无 工艺 废 该 水排 放 流程 ， 循 环 利 用 。但 随着 浸 出矿 堆 数 量 水
的增 多 和循 环次 数 的增 加 ， 液 中 杂质 含 量 随 之 溶 增高 ， 导致 浸 出液 密度增 大 ， 过一 定数 量矿 堆 的 经 浸 出， 水相 密 度 将 大 于 树 脂 密度 。在青 龙铀 矿 半 工 业试 验 报告 验收 时 ， 与会 专 家提 出这 一 问题 ， 要 求 做离 子 交换 设备 试验 ， 了解不 同密度铀 溶液 时 ，
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ５—０ ７—１ ５
浅析离子交换树脂中毒现象及解决对策
离子交 换树脂 难溶 于水 ， 也难溶 于有 机溶
剂， 这 与 它 的 网状 结 构 有 关 ， 网状 结 构 是 由交 联 剂 渗 入 的结 果 。 因此 ， 交联剂越多 ， 即交 联 度 越 大， 树脂就越难溶 ， 反 之 则 易 溶 。所 以生 产 上 要
树 脂 的选 择 性是 由树 脂 同可 交 换 离 子 的亲 和力 决 定 的 ， 实际证明 ， 亲 和力 与离 子 所 带 电荷 数 以及它 的半径 有 关 ， 一 般 亲 和力 是 随着 离 子 电
・
２ ６・
过滤 与分离 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｆ ｉ ｌ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ＆Ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
２ ０ １ ４ Ｖ ｏ １ ． ２ ４ Ｎ ｏ ． ４
浅析离子交换树脂中毒现象及解决对策
温永 忠 ， 魏 巧 生
（ 中核抚 州金安铀业有 限公 司， 江西 抚州 ３ ４ ４ ３ ０ １ ）
等， 提取 铀 是在 铀 浓度 低 而 又有 大量 杂 质 的条 件 下进 行 的 ， 离子 交 换 法是 铀 水冶 生 产 中最 经济 最
有意 义 的提取 方法之 一 。
离子交换法 又称树脂吸附法 ， 它是溶液中的
某 种 离 子 与 固体 离子 交 换 剂 的可 交 换 离 子 之 间
开。离子 交换树脂 中毒现象时有发生， 处理不好 ， 将严重影响铀 的提 炼， 解决好树脂中毒 ， 是铀
水 冶生产 工 艺 中不 可缺 少的环 节 。
关键 词 ： 树 脂 中毒 ； 现 象； 对策
中图分类号 ： Ｔ Ｌ ２ １ ２ ． ３ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ — ８ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ － ０ ０ ２ ６ — ０ ３
离子交换树脂浸出铀的研究
离子交换树脂浸出铀的研究离子交换树脂是一种特殊的高分子材料，以其独特的离子交换机制而著称。
近年来，离子交换树脂已经成为浸出铀的常用材料之一，其优越的分离效果和灵活的使用方式在铀冶金工业中得到了广泛的应用。
离子交换树脂浸出铀的原理离子交换树脂浸出铀的原理可以简单地描述为，通过离子交换树脂与含有铀的原料液相接触，从原料液中将铀离子吸附到树脂中。
之后，将树脂中的铀离子与溶剂交换，让铀进入到溶剂中，再通过分离过程得到铀。
离子交换树脂浸出铀的步骤一、树脂吸附在离子交换树脂浸出铀的过程中，首先需要将树脂和原料液接触。
这个过程中，离子交换树脂可以选择性地吸附原料液中的铀离子，从而将含铀液中的铀离子分离出来。
二、铀离子与溶剂交换在将铀离子从原料液中吸附到树脂中后，需要将铀离子与溶剂交换。
常见的溶剂有硝酸、氧化亚氮等。
在这样的操作中，铀离子会优先和溶剂交换，使得溶剂中的铀离子数量得以增加。
这个过程中，离子交换树脂起到了重要的作用，可以对铀离子进行选择性吸附，从而使交换过程达到更好的效果。
三、铀离子从溶剂中分离经过了上述步骤之后，铀离子就已经被交换到了溶剂中。
接下来需要进行分离，通过浓缩、萃取、电析、反渗透等方法，得到目标铀化合物或者铀金属。
离子交换树脂浸出铀的优点离子交换树脂浸出铀的方法比传统浸出方法更加灵活和高效。
离子交换树脂可以根据实际情况进行选择，广泛适用于不同种类的含铀原料，例如天然铀矿石、二次铀尾矿、废油、废水等。
与传统的浸出方法相比，使用离子交换树脂可以避免大量的尘噪、环境污染等问题，有助于提高环保水平。
离子交换树脂浸出铀的应用前景离子交换树脂浸出铀技术的应用前景非常广阔，尤其他在核工业领域的应用中具有极为广泛的前景。
例如，在核燃料加工加工和核废料处理处理领域中，离子交换树脂浸出铀技术已经成为重要的技术手段，对于提高国家核工业技术水平和核安全水平具有积极贡献。
总之，离子交换树脂是一种具有广泛应用前景的高分子材料，其在浸出铀及其他金属方面的应用将会更加深入广泛。
离子交换树脂对铀的静态和动态吸附行为研究
离子交换树脂对铀的静态和动态吸附行为研究胡鄂明;张皖桂;王清良;邵二言;梁建龙【摘要】利用规格为椎40 mm ×1200 mm的吸附装置模拟实际铀水冶过程工业生产过程，测得了在固定床离子交换吸附的穿透曲线，并进行了静态吸附实验，测得了不同浓度条件下的平衡吸附量.应用Freundlich与Langmuir等温吸附方程对实验数据进行拟合，结果表明两者都适合描述离子交换树脂对铀的吸附，说明铀的吸附过程受到液膜扩散和孔内扩散共同控制，同时得到了动态吸附容量是静态吸附容量的1.87倍左右.应用Bohart-Adams模型、Wolborska模型对穿透曲线进行拟合，相关系数均在0.92以上，模型得到的树脂吸附容量与液计吸附容量误差较小.对静态吸附与动态吸附的区别，本文提出了观点加以解释.%A Ф40 mm × 1200 mm adsorption device was used to simulate the actual urani-um hydrometallurgy process in industrial production,with the breakthrough curve got in an ion exchange adsorption fixed bed and the static adsorption experiment was carried out to measure equilibrium adsorption quantity under different concentration. Freundlich and Langmuir adsorption isotherm models are applied to fit experimental equilibrium data, which shows that both are suitable to describe the adsorption of ion exchange resin for ura-nium and the process of the adsorption of uranium is controlled by liquid film diffusion and hole diffusion together,and the dynamic adsorption capacity is about 1. 87 times that of the static adsorption capacity. Bohart Adams model and Wolborska model are carried out on the breakthrough curve fitting,of which the correlation coefficients are above 0. 92,the er-ror between resin adsorptioncapacity of model and Liquid method is small. This article puts forwar a point to explain the difference between the static adsorption and dynamic ad-sorption.【期刊名称】《南华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P42-46)【关键词】离子交换;树脂;动态吸附;静态吸附;铀【作者】胡鄂明;张皖桂;王清良;邵二言;梁建龙【作者单位】南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，湖南衡阳421001;南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，湖南衡阳421001;南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，湖南衡阳421001;南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，湖南衡阳421001;南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，湖南衡阳421001【正文语种】中文【中图分类】TL212.3+1key words：ion exchange;resin;dynamic adsorption;static adsorption;uranium在科学技术飞速发展的的今天，采用离子交换技术的各种生产过程越来越具有重大的意义.尤其是原子能事业，空间科学等新兴的尖端技术，对各种高纯度原材料的特殊要求，更与离子交换技术的应用有密切的关系[1].研究离子交换树脂吸附铀过程在实际的生产过程中有重要的指导意义，若得到不同铀浓度条件下离子交换树脂对铀的饱和吸附量，从而更加合理的进行组织生产.通过建立模型描述固定床离子交换吸附过程，可以预测固定床的吸附饱和时间，在铀水冶过程中，现在的一般方法是多次测定尾液浓度，以确定离子交换过程是否饱和.国内外学者对动态吸附饱和时间进行了大量的研究[2-4]，多数研究是在实验室条件下进行，针对实际生产过程并具有一定规模的吸附过程则研究较少.为了描述离子交换树脂对铀的吸附过程，本文分别做了静态吸附和动态吸附实验，用吸附等温方程描述静态吸附过程，对动态吸附过程进分别用Bohart-Adams模型、 Wolborska模型进行描述，利用试验得到的数据分析所建立的数学模型，以期望为实际的生产提供一定的指导作用.通过比较静态吸附与动态吸附过程，解释静态吸附与动态吸附过程的差别，以期望能改进大孔阴离子交换树脂的性能，提高其对铀的吸附容量.1.1 静态吸附在含1 g湿态某大孔阴离子树脂(含水量为50.0%～60.0%；强型交换容量为4.05 mmol/g；湿视密度为0.71 g/mL；粒径在0.63-1.25 mm的百分比大于95.0)和转子的五个三角瓶中分别加入铀浓度为88、73.76、59.52、45.28、31.03 mg/L的500 mL的溶液，用橡皮塞密封瓶口.将三角瓶放在平板磁力搅拌器上，其转速为1 000 r/min.常温搅拌条件下放置36 h，测定吸附后的铀浓度.然后倒出初始铀浓度为45.28 m/L和31.03 mg/L的溶液，树脂仍然留在三角锥形瓶中，分别在三角瓶中加入铀浓度为88 mg/L和73.76 mg/L的500 mL溶液继续吸附，36 h后，测定吸附后的铀浓度，由式(1) 求得树脂的平衡吸附量q.q=+q1.2 动态吸附采用固定床吸附柱进行吸附试验，吸附柱规格为Φ40mm×1200 mm，装有1 L的湿态某大孔阴离子交换树脂.吸附原液铀浓度为17 mg/L，流量为12 L/h左右，穿透之前，每24 h取集合样1次，穿透之后每12 h取集合样1次，试验装置见图1.根据铀浓度的高低选用钒酸铵滴定法、比色法、微量铀法测定.2.1 静态吸附为了研究离子交换树脂对铀的吸附过程，本文采用Freundich与Langmuir等温吸附过程拟合离子交换树脂对铀的吸附过程.Freundich吸附方程形式为:对方程两边取对数，可得Langmuir吸附方程为:变换上式得到:式中：qe为平衡吸附量 (g/L)；Ce为平衡浓度 (mg/L)；k、n、a为常数；qm为最大饱和吸附量 (g/L).2.2 动态吸附固定床吸附分离过程是高度非线性的过程，对其进行数学建模需要解大量非线性方程，求解具有较大的难度，然而对其进行数学建模可以达到深入了解吸附过程的目的.目前在固定床吸附过程的数学建模有十多种[5]，已应用于大量固定床吸附过程的描述[6-12].在固定床吸附饱和时间的预测模型有LDF线性推动力模型、恒定波振荡模型、修正的 macroscopic model、均一表面扩散模型等[13].本文分别采用Bohart-Adams模型[5]和wolborska模型[14]对固定床离子交换吸附过程进行建模.2.2.1 Bohart-Adams模型Bohart-Adams模型是基于假设吸附速率受溶液中的吸附质浓度和吸附剂的剩余吸附容量所控制，该模型获得的方程如式(7).t=-ln(-1)式中，C0和C分别为入口和出口浓度，mg/L；Z为床高，cm；kn为吸附速率常数，L/(mg·h)；t为时间，h；qm为吸附容量，mg/L；u为液体流速，cm/h.2.2.2 Wolborska模型Wolborska和Pustelnik分析低浓度条件下的动态吸附过程，假定穿透曲线在开始阶段受膜扩散控制，该膜扩散系数为常数，初始阶段得到的传质区在固定床中以恒定的速度在轴向方向上移ln=βLC0t/qm-式中，C0和C分别为入口和出口浓度，mg/L；H为床高，cm；βL为膜扩散系数，h-1；t为时间，h；qm为吸附容量，mg/L；u为液体流速，cm/h.3.1 静态吸附Freundich与Langmuir等温吸附过程拟合离子交换树脂对铀的吸附过程，结果分别如图2和图3所示，回归所得的参数如表1示.由于离子交换吸附过程不是物理吸附过程，Freundlich考虑到化学反应对吸附过程的影响，所以Freundlich更适合描述离子交换吸附铀的过程.然而在低浓度条件下，离子在液膜中的扩散速度为速度控制步骤[1]，由于Langmuir模型更多的考虑到表面扩散对吸附影响，Langmuir模型也适合描述离子交换吸附铀过程.同时由图2～图3知，Freundlich和 Langmuir拟合方程的相关系数均R2均大0.97，说明Freundlich和Langmuir模型均适合离子交换树脂对铀的吸附.3.2 动态吸附实验得到的吸附穿透曲线如图4所示，下面分别用Bohart-Adams、Wolborska模型对所得结果进行讨论.3.2.1 Bohart-Adams模型利用Bohart-Adams模型对固定床的穿透曲线进行线性拟合.试验结果如图5所示，图中直线为按Bohart-Adams模型回归的结果，回归后的具体参数如表2.在17 mg/L的铀浓度条件下，利用Bohart-Adams模型对固定床离子交换树脂吸附铀过程进行建模，得到树脂的吸附容量为60.39 g/L，与用液计方法得到的树脂容量62.25 g/L的误差约为2.99%，同时得到了固定床离子交换树脂吸附铀过程的吸附速率常数为 0.001 98 L/(mg·h).由拟合数据得到，相关系数R2为0.933 3，说明该模型适合描述固定床离子交换树脂吸附铀过程.3.2.2 Wolborska模型利用Wolborska模型对固定床的穿透曲线进行线性拟合，试验结果如图6中试验点所示，图中直线为按Wolborska模型回归的结果，回归后的具体参数如表3. 利用Wolborska模型对固定床离子交换树脂吸附铀过程进行建模，得到在17 mg/L的铀浓度条件下，树脂的吸附容量为74.93 g/L，与用液计得到的树脂容量62.25 g/L的误差约为20%.同时由拟合数据得到，相关系数R2为0.952 3，说明该模型在描述固定床离子交换树脂吸附铀过程误差较大，Bohart-Adams模型更适合描述固定床离子交换树脂吸附铀过程.3.3 静态吸附与动态吸附的比较通过拟合静态吸附数据得到的吸附等温曲线在铀浓度为17 mg/L的条件下，树脂对铀的饱和容量为33.28 g/L，同时计算动态吸附实验数据，在溶液铀浓度为17 mg/L条件下，树脂对铀的饱和容量为62.25 g/L.说明动态吸附容量要高于静态吸附容量，在本实验中约为1.87倍.认为动态吸附过程中，离子交换树脂与吸附原液能进行充分的接触，溶液中的碳酸铀酰离子不仅通过离子交换树脂吸附到树脂内部，而且易于树脂表面某些基团由于氢键等作用力而被吸附，这也是造成动态吸附容量高于静态吸附容量的一个原因，目前没有相关的实验研究报道.1) 离子交换树脂吸附铀过程，动态吸附过程的树脂容量是静态吸附过程的树脂容量的 1.87倍左右.2) Freundlich和Langmuir模型均适合离子交换树脂对铀的吸附，得到在低浓度条件下离子交换树脂吸附铀过程的扩散过程是由膜扩散和孔内扩散两者共同控制.3) Bohart-Adams模型比wolborska模型更适合描述固定床离子交换树脂吸附铀的过程，模型得到的有关参数具有一定的参考价值.4) 针对动态吸附过程的树脂容量大于静态吸附过程的问题，本文认为树脂表面的吸附也会促使铀的吸附.[1] 张镛,许根福.离子交换及铀的提取[M].北京:原子能出版社,1986.[2] 刘良宏,袁渭康.固定床反应器的控制[J].化工学报,1996,47(6):727-742.[3] 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一种铀的提取方法是
一种铀的提取方法是引言铀是一种重要的放射性元素，广泛应用于核能发电、核武器制造以及医学等领域。
由于铀的获取常常涉及到复杂的物理、化学过程，因此开发出高效、可持续的铀提取方法对于人类社会的发展具有重要意义。
本文将介绍一种新的铀提取方法，主要依靠离子交换技术。
离子交换方法的原理离子交换是指在适当的条件下，溶液中的离子通过与具有相同电荷的固体颗粒表面的其他离子相互交换的过程。
该方法广泛应用于水处理、药物分离纯化以及金属离子的提取等领域。
铀的提取过程第一步：制备固相材料首先，我们需要制备一种具有高选择性的固相材料以吸附铀离子。
一种常用的材料是离子交换树脂，它可以选择性地吸附铀离子，并且可以在一定条件下进行再生。
第二步：固-液相接触制备好的固相材料与铀含有的溶液进行接触。
在适当的条件下，材料表面的功能基团将与铀离子进行离子交换，将铀吸附到固相材料上。
第三步：固相-液相分离将固相材料与溶液分离，可以通过重力过滤或离心等方式进行。
固相材料中富集的铀可以在后续步骤中进行进一步的处理。
第四步：固相再生经过多次使用后，固相材料可能会失去吸附铀的能力。
为了提高材料的使用寿命，可以对固相材料进行再生。
一种常用的再生方法是用酸性溶液进行洗脱，将吸附的铀离子释放出来，再次使固相材料具有吸附能力。
实验验证与应用为了验证该铀提取方法的可行性，在实验室中进行了一系列的实验。
通过调节操作条件和材料选择，得出了较为理想的提取效果。
实验结果表明，该铀提取方法具有较高的选择性和吸附能力，且再生效果良好。
该方法可以应用于铀矿石的提取、核废料的处理以及核燃料循环等领域。
相比传统的铀提取方法，离子交换方法的环境友好性和高效性使之成为一种优越的选择。
结论本文介绍了一种基于离子交换技术的铀提取方法。
该方法通过制备具有选择性的固相材料，使铀离子与固相材料进行离子交换，实现了铀的高效提取。
在实验室实验中，该方法显示出较高的选择性和吸附能力。
未来的研究可以进一步优化操作条件和固相材料的制备，以提高该方法在实际应用中的效果和可行性。
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重点讨论从酸性矿浆与浸出液中提取铀的问题。
我国铀矿石的特点之一是铀的含量很低，一般情况下， 铀的品位为千分之几至万分之几。并且，随着铀工业的 发展，低品位铀矿石所占的比例将会愈来愈大。处理如 此低品位矿石，所得到的浸出液或矿浆，其中铀的浓度 也必然很低。
矿浆中所含固体颗粒的表面对有机萃取剂有吸附作用， 从而可能引起乳化，造成有机相损失。
因此，在上述情况下，应用萃取法是不经济的。反之， 如果是清液，铀浓度又高，则萃取法更合适些。
尽管离子交换法提取铀有许多优点，但是，也存在一些 问题。
例如，离子交换树脂的交换速度较萃取剂的萃取速度慢， 树脂对铀的吸附容量也较小；由于树脂在操作过程中体 积发生变化，因而会产生破裂变细，这不仅造成树脂的 损失，也增大了铀的损失，但通过树脂的不断改进，这 些问题已经得到较好的解决。
5.1.2 相关术语
尾液——指经过回收工序处理之后的浸出液， 经过什么样的工序处理，就在尾液之前冠以什 么名称的尾液，如经过吸附后的浸出液，称吸 附尾液，经过电解后的浸出液称电解尾液。
只有一个例外，就是沉淀之后的溶液称沉淀母
液，这是为了照顾我国的习惯叫法。
淋洗剂——用于淋洗富含有价金属（如铀）的饱和树脂 的液体，如：H2SO4 + NaCl + H2O等。
新树脂
用过的树脂（旧树脂）
离子交换树脂为一种带有官能团（又称为交 换基团）的三维交联的高分子聚合物，交联 的作用在于使聚合体在水溶液中成为具有一 定溶胀度的不溶性固体；官能团是决定树脂 化学活性的主要组成部分。
离子交换树脂具有强烈的亲水性，可以把在水中溶胀的树脂看 作一种高浓度的聚合电解质溶液；其中起官能作用的有机离子 基团，固定于高聚物骨架上，不能移动，故称为固定离子；与 固定离子同时存在的另一种离子，其数量与它相等，电荷种类 相反(通常称为反离子)，故树脂本身呈电中性。正是这种反离 子可以与外部溶液中带同种电荷的离子进行交换。
贫液——淋洗剂淋洗饱和树脂所得的低浓度有价金属 （如铀）的液体。
合格液——淋洗剂淋洗饱和树脂所得的高浓度有价金属 （如铀）的液体。
沉淀剂——用于沉淀淋洗下来的金属铀的试剂：如 NaOH、H2O2、NH3·H2O等。
“黄饼”、“111”、“重铀酸盐”。
5.2离子交换树脂及离子交换反应
通常堆浸浸出液中U的浓度大致为500～1000mg·L-1； 地浸浸出液中U的浓度大致为5～100mg·L-1。
鉴于离子交换法有适用于稀溶液的特点，故至今在不少 国家的铀生产中，离子交换法仍占有很大的比重。
与化学沉淀Leabharlann 相比，离子交换法的优点： 选择性高，它可以从浓度很低的浸出液中几乎
鉴于离子交换法的特点，离子交换法已广泛地应用于核 燃料处理回收工艺及其它有关行业。例如，它已成功地 应用于从铀矿石浸出液中提取铀或从辐照核燃料中分离 净化铀、钍、钚等，在放射化学研究中，它是研究超钚 元素、分离裂变物质的重要手段之一。
在稀土金属提取工艺中，离子交换法是分离和制备高纯 单一稀土元素的有效方法之一。在其它方面，诸如在工 业用水的软化，高纯水的制备以及在制药工业中也都得 到广泛应用。
定量（>98%）地将铀提取出来； 既能处理清液，又能处理矿浆； 树脂可以重复使用，树脂消耗少。
化学沉淀法回收铀的缺点：
①当用某一试剂选择性地沉淀杂质时，铀可能被新生成的沉淀吸 附产生共沉淀，而降低其回收率；
②如果要选择性地沉淀铀，则溶液中存在的大量杂质也必然会或 多或少地沉淀出来，因此，铀化学浓缩物的纯度将受到一定的影 响；
通常用树脂上所含的特定的反离子来称呼树脂的型号。如含 Na+的阳离子交换树脂，则称为Na+型，含Cl-的阴离子交换树 脂，则称为Cl-型，其余类推。
③沉淀法的化学试剂消耗量大，成本较高； ④难以实现连续化操作。
铀工艺发展的初期，几乎所有的铀厂都是采 用化学沉淀法回收、提纯铀。但随着生产技 术的发展，沉淀法暴露出如上所述的缺点。
后来，由于世界各国大力地进行了新工艺方 法的研究，铀的提取技术也日益发展。离子 交换法和萃取法的应用和完善，正是这种发 展和进步的具体体现。
离子交换剂，是指能与溶液中的离子进行交换反应的不 溶性材料，它们可以是无机的或是有机的固体或液体。
可交换阳离子的，称为阳离子交换剂，可交换阴离子的， 称为阴离子交换剂，同时可交换阴、阳两种离子的，称 为两性离子交换剂。
离子交换树脂，是指人工合成的有机高分子固体离子交 换剂，一般制成珠状颗粒。
离子交换法是一种从溶液中提取和分离元素的 技术，利用离子交换剂在特定体系中对不同离 子亲和力的差异，可以有效分离包括稀土元素 在内的难分离元素。
一般来说，离子交换过程都在离子交换柱（塔）中进行。 在铀矿加工工艺中，由于在硫酸浸出液中存在铀的络合 阴离子，可以用阴离子交换树脂从硫酸浸出液中选择性 地吸附铀，在吸附过程中使铀与浸出液中的其它元素 （杂质）分离。
离子交换法与萃取法的共同特点： 选择性都很好，能得到铀含量很高的化学浓
缩物； 铀的回收率高； 试剂消耗少； 操作简单。
离子交换法与萃取法比较，离子交换法比萃取法更适合 处理铀浓度低的溶液或矿浆。
有机萃取剂在水或水溶液中总会或多或少地溶解。而在 工业上，为使有机相能在高的饱和度下操作，往往要加 大水相与有机相之间的相比，这样有机相的溶解损失势 必增大。
第5章 离子交换法提铀工艺
5.1 概述 5.2离子交换树脂及离子交换反应 5.3 离子交换过程的物理化学 5.4 离子交换树脂吸附铀 5.5 树脂上铀的解吸 5.6 离子交换树脂中毒 5.7 离子交换技术的发展趋势
5.1 概述
5.1.1 离子交换法提铀工艺特点
离子交换是溶液中的离子在固-液两相之间的不 断交换平衡过程，固相是吸附剂或离子交换剂， 液相为需要处理的溶液，如铀矿浸出液。