一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于放射性物質(zhì)處理方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種放射性條件下氟離子濃 度的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高濃鈾乏燃料中鋁鈾合金用得最多。由于燃料中235U富集度很高；因此臨界安全 問題更為突出。在溶解時(shí)多數(shù)以溶解設(shè)備的集合尺寸限制為主，輔以中子毒物及易裂變核 素濃度限制等安全措施。
[0003] 在鋁鈾合金元件中，主要成分是包殼和合金組份鋁，它占總重量的90%以上，鈾只 占2. 8-5%?？梢娺@種燃料元件的溶解其實(shí)就是鋁的溶解。由于鋁是一種兩性金屬，它既溶 于酸，又能溶于堿，但在強(qiáng)硝酸溶液中，鋁很容易鈍化，生成一層不易溶解的氧化膜，這層膜 大大地阻礙了酸與鋁的反應(yīng)，從而導(dǎo)致在硝酸溶液中溶解緩慢。調(diào)研國內(nèi)外文獻(xiàn)，對(duì)鈾鋁合 金的溶解主要有汞催化溶解和氟硼酸無汞催化溶解鋁兩種方法。
[0004] 美國Idaho國家工程與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的研宄者Philip A. Anderson (Philip A. Anderson and Jerry D.Christian, Alternative reagent to mercuric nitrate catalyst for dissolution of aluminum-clad nuclear fuels in nitric acid，Journal of Materials research，1998,13 (I) 68-76.)等認(rèn)為由于7M硝酸中添加硝酸采作為溶劑溶 解鈾鋁合金，該反應(yīng)是一個(gè)快速的放熱反應(yīng)，燃料的溶解速率受反應(yīng)放出熱量和所產(chǎn)生的 泡沫除去的影響。更重要的是摻雜有汞的高放廢物被美國環(huán)保局列為混合型危險(xiǎn)廢物，該 廢物的處理是一件非常棘手的問題，因此在1992年后，ICPP(Idaho Chemical Processing Plant)不再使用有汞催化劑來溶解鈾鋁合金，他們?cè)趯で笠环N不額外增加費(fèi)用的替代硝酸 汞催化溶解鈾鋁合金的方法。Philip A. Anderson采用氟硼酸替代硝酸汞催化溶解鈾鋁合 金，研宄發(fā)現(xiàn)隨著氟硼酸濃度增加和硝酸濃度的增加，鋁溶解速率越快，而如果不添加氟硼 酸其溶解速率很慢，研宄者認(rèn)為其溶解按反應(yīng)式（1)-(3)進(jìn)行；從反應(yīng)式（1)-(3)可以看 出，HF在鋁的溶解中起到至關(guān)重要的作用，但是在如此高酸、高鋁等放射性條件下其氟離子 的分析方法還未見報(bào)道。
[0005] 3H20+H++BF4--4HF+H 3B〇3 (I)
[0006] 4HF+A1203- AlF 3+2H20 (2)
[0007] A1F3+4H++4N(V- Al (NO 3) 3+4HF (3)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法。
[0009] 由于氟離子選擇電極對(duì)BF4^不響應(yīng)，因此在國標(biāo)（GB 7484-87《水質(zhì)氟化物的測(cè)定 離子選擇電極法》）中提到，對(duì)于含有BF4^的樣品，應(yīng)先進(jìn)行蒸餾。蒸餾的作用是使所有含 氟成分（包括BF 4O轉(zhuǎn)變成HF，從而達(dá)到與干擾成分分離的目的。由于本方法將應(yīng)用于含 有BF4^的放射性樣品氟離子的分析，還有，為了在分析過程中避免蒸餾操作，降低放射性物 質(zhì)的流失；因此采用鋁離子對(duì)氟離子的絡(luò)合作用，使得BF4^完全解離成氟離子，再利用離子 選擇電極法進(jìn)行氟離子分析。根據(jù)BF4^的水解平衡如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液TISAB的配制：配制磺基水楊酸與檸檬酸三鈉的混合溶 液，并用氨水調(diào)節(jié)pH為8~9 ; (2) 配制F離子標(biāo)準(zhǔn)溶液； (3) 分別配制硝酸鋁溶液和硝酸溶液； (4) 樣品分析： 采用二次標(biāo)準(zhǔn)加入法，取HBF4于容量瓶中，加入步驟2)中配制的F標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后加 入總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液，加入硝酸和硝酸鋁溶液，再加入硝酸鈾酰溶液，然后用去離子 水定容，混合均勾，然后轉(zhuǎn)移溶液至測(cè)量杯中，用離子計(jì)測(cè)溶液電位E1;再加入一定量F標(biāo) 準(zhǔn)溶液，用離子計(jì)測(cè)溶液電位E2;繼續(xù)加入一定量F標(biāo)準(zhǔn)溶液，用離子計(jì)測(cè)溶液電位E3; 根據(jù)能斯特方程，計(jì)算出耶匕解離出的F-濃度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，所 述總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液中磺基水楊酸的濃度為〇. 3mol/L~0. 5mol/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，所 述總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液中檸檬酸三鈉的濃度為0. 3mol/L~0. 5mol/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，所 述F離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為0.Olmol/L~0. 5mol/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，所 述硝酸鋁溶液的濃度為lmol/L。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，所 述硝酸鈾酰溶液的濃度為〇? 005mol/L~0?Olmol/L。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，所 述硝酸溶液的濃度為2mol/L。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，樣 品分析過程中，測(cè)量杯中F離子濃度為0.lmmol/L~10mmol/L。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法，其特征在于，樣 品分析過程中，測(cè)量杯中F離子濃度為0. 4mmol/L~4mmol/L。
【專利摘要】本發(fā)明屬于放射性物質(zhì)處理方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種放射性條件下氟離子濃度的分析方法。本發(fā)明方法采用氟離子選擇電極法，以磺基水楊酸-檸檬酸三鈉為總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液，在pH為8～9的條件下，采用二次標(biāo)準(zhǔn)加入法，經(jīng)過計(jì)算，得出原始樣品中的F-濃度。本發(fā)明方法針對(duì)含有BF4-的樣品，巧妙地利用了Al離子對(duì)F離子的絡(luò)合作用，使BF4-完全水解，在分析過程中避免蒸餾操作，降低放射性物質(zhì)的流失。不需要給出斜率S的值，因此避免由于斜率S設(shè)置不當(dāng)所引入的誤差。
【IPC分類】G01N27-49
【公開號(hào)】CN104730139
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510149224
【發(fā)明人】文明芬, 馮孝貴, 陳靖
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日