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5e科普 大海中的能源亟待开采

发布时间:2019-12-21 17:25    点击次数:192次   

  铀,为一种银白色金属,是重要的天然放射性元素。人们熟知它,是因为它成为了目前最重要的核燃料。而平时我们常说的天然铀,指的是天然存在于自然界中的铀。目前,全球核电站所使用的核燃料基本来源于对陆地上天然铀矿的开采。

  随着世界核电事业的蓬勃发展,全球每年所需的铀资源量也在不断增加。虽然根据数据显示,全球铀资源量超过了1500万吨,但是,陆地已知常规天然铀储量,即开采成本低于每公斤130美元(通常指具有经济性的开采成本)的铀矿储量仅不超过500万吨。有专家预计,低成本铀矿只可供全世界现有规模核电站使用六七十年。

  在未来的几十年甚至更长时间后,陆地铀资源能否充足供应核电站运营所需,核电站的核燃料能否从别处获得?这成为不少核电专家一直思考和研究的问题。

  随着研究的深入,他们惊喜地发现,海水中存在着大量的铀元素。因此,如何从海水中提取铀化合物,且提取的成本能够被各大核电运营商所接受,便成了很多核电专家和化学家们的重要追求。

  最早将目光聚焦在海水提铀的国家之一为日本。其对铀资源的渴望非常急迫,因为它是一个极其缺乏铀资源的国家,陆地铀资源储量不足万吨。

  因此,从20世纪60年代起,日本就有大批的专家在研究海水提铀的方法。随后,美国、法国、德国、瑞典等国,也有科学家加入研究队伍中。对于海水提铀的研究,最重要的是对吸附剂的研制、吸附装置与工程的实施两个方面。

  海水提铀的关键之处,是对吸附剂的研究。因为海水中含铀浓度很低,需要处理的海水量很大。如何提高提取的效率和降低提取的成本,基本取决于吸附剂的使用。因此,对吸附剂的开发,一直是海水提铀的研究重点。

  经过多次试验,吸附剂的吸附效率不断增加,吸附剂的种类也几经变迁和改变。之后,日本试验成功了一种新的吸附剂。此吸附剂中,除了氢氧化钛等化学物质外,还包括有活性碳。在实验研究中,这种吸附剂1克可以得到1毫克铀,因而,这让当时不少日本科学家认为,在不久的将来,用它从海水中提取铀,完全可以跟从一般矿石提取铀的成本相竞争。

  1986年4月,日本在香川县建成了年产10千克铀的海水提取厂,并且制定了进一步建造工业规模的海水提铀工厂的计划。

  当前标准的海水提铀技术就由日本研发而来。这种技术,可以将吸附剂装入吸附柱中,把海水泵入吸附柱中,通过吸附剂和海水接触而吸附铀。

  另一种方式,则是利用辫形塑料纤维编成的垫子,垫子中放入用于捕获铀原子的吸附剂。将垫子挂在轮船下部,由其拖着漂浮于海面,或者使垫子悬浮在水下100多米深处。当然,这些过程中,都要确保垫子中的吸附剂和海水有足够接触的面积。

  待吸附剂吸纳了充足的铀化物后,需要将吸附柱或者垫子从海水中取出,用温酸溶液漂洗以获取铀,再经过一次次的富集,慢慢提高铀的浓度。

  这是一个积少成多的缓慢过程,虽然吸附柱和垫子都可以重复使用多次,但不得不承认的现实是,成本仍旧高于一般陆地上开发铀矿的成本。

  海水提铀是目前最具挑战性,也是“回报”最高的核燃料资源研发项目。因为他们面对的是一个具有巨大铀储量的海洋。根据专家估计,约45亿吨铀资源分布在全世界的海洋中。

  2012年8月份,美国核电科学界更是传出消息称,从海水中提取铀,距离具有经济可行性更近了一步。

  当年8月,美国费城举行了美国化学学会年度会议。根据此会议上公布的报告,科学家在海水提铀方面已取得不小的进步,目前的铀提取技术,已经能够将成本降低近一半,即提取1磅(约合0.45公斤)铀的成本从大约560美元降至300美元。

  2013年最新消息称,华人化学家、美国北卡罗来纳大学教授林文斌博士领导的研究人员设计出了一种新材料,称“金属有机骨架配位物”(MOF),能收集通常溶在海水中的含铀离子。实验室试验证实,这种材料吸附人造海水中潜在的核燃料的能力至少是传统纤维吸附剂的4倍。这种新奇的材料能提供更好的方法提取溶解在海洋内巨量的铀资源,使海水提铀成为一种很有前景的非常规核燃料供应来源。

  种种迹象表明,美国、日本等发达国家一直未停止研究海水提铀的步伐。更被核电科学家看重的是,从海水中提取铀在环保方面具有很大优势。由于传统的铀矿开采中,会产生具有污染的废水,对环境产生破坏性等不利影响,且对矿工的健康构成威胁。而从海水中提取铀化物,则完成不存在这一问题。返回搜狐,查看更多


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