Качественное определение урана и тория в твердых материалах
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Методические указания к
выполнению лабораторных работ
по дисциплине «Аналитическая
химия урана, плутония и тория» для студентов 073400 "Безопасность и
нераспространение ядерных материалов"
по направлению 651000
"Ядерные физика и технологии"
Качественное
определение урана и тория в твердых материалах
Томск – 2009 г.
Цель
работы
1.Освоить методику
качественного определения урана и тория в рудах, концентратах
2.Определить,
присутствует или нет уран и торий в пробах руды
теоретические основы
Для качественного определения урана и тория применяют
методы химического, радиометрического, спектрального, а для урана еще и
люминесцентного анализа. Химические методы основаны на различных реакциях
взаимодействия урана и тория с неорганическими и органическими реагентами с
образованием либо трудно-растворимых, либо окрашенных соединений. В аналитической
практике для качественного обнаружения урана и тория предпочтение отдается
методам с образованием окрашенных соединений. Так, например, ион уранила с неорганическим
реагентом – ферроцианидом калия – образует осадок красно-бурого цвета:
,
а ион тория с органическим реагентом – натриевой
солью-дифениламин-4-сульфокислоты – образует красно-фиолетовый осадок:
.
Определению мешают примеси, присутствующие в пробе
анализируемого материала: железо, медь, никель, титан, молибден и др.
Большинство мешающих элементов можно отделить в виде сульфидов, действуя на
раствор сульфидом аммония. Уран предварительно должен быть переведен в
растворимый комплекс карбонатом
аммония, в противном случае уран в виде сульфида UO2S окажется в осадке вместе с
сульфидами примесей. Избыток сульфида аммония в фильтрате окисляют пероксидом
водорода, затем раствор подкисляют для разложения растворимого трикарбонатного
комплекса, добавляют винную кислоту для связывания в комплекс молибдена и
выполняют реакцию с ферроционидом калия. При определении тория с использованием
дифениламин-4-сульфокислоты натриевой соли мешающими примесями являются
скандий, титан, цирконий, молибден и др., а также соли железа, образующие с
реактивом коричневую окраску. Для отделения тория от указанных элементов применяются
в основном две реакции – осаждение в кислых средах фторида или оксалата тория.
Осаждение тория в виде фторида дает более надежные результаты при отделении его
от больших количеств железа, алюминия, циркония и урана. Наиболее полно фторид
тория осаждается при введении фтористого аммония, особенно в присутствии
минеральных кислот.
определение урана
Реактивы:
1)
соляная кислота,
концентрированная;
3)
аммиак, 25% - ный раствор;
4)
(NH4)2CO3 , в порошке;
5)
(NH4)2S , насыщенный раствор H2S в
25% - ном растворе NH4OH;
6)
пероксид водорода, 30 % - ный
раствор;
7)
винная кислота - (C4H4O6), 50% - ный раствор;
8)
серная кислота, концентрированная;
9)
раствор K4[Fe (CN)6].
Ход работы:
Навеску руды, содержащей (40 – 50) мг U3O8, помещают в фарфоровый тигель, смачивают двумя – тремя
каплями концентрированной HCl и добавляют 1 каплю концентрированной HNO3. Тигель ставят на
электроплитку, и содержимое выпаривают досуха. Затем в тигель добавляют (7 – 10)
капель воды, (1 – 2) капли 25%-ного раствора аммиака (до щелочной реакции),
небольшое количество сухого карбоната аммония и одну каплю сульфида аммония. Содержимое
тигля тщательно перемешивают, нагревают в течение трех минут и отфильтровывают
на центрифуге. Фильтрат сливают в фарфоровую чашечку, добавляют 3 капли
пероксида водорода и выпаривают почти досуха, затем в чашечку добавляют 1 каплю
воды, 1 каплю серной кислоты, 3 капли винной кислоты и тщательно перемешивают.
К полученному в чашечке раствору добавляют (1 – 2) капли раствора K4[Fe(CN)6]. Появление красно-бурого осадка
свидетельствует о наличии урана в навеске руды.
В отчете о выполнении качественного определения урана
представить все реакции по ходу работы, в которых участвует уран.
определение тория
Реактивы:
1)
серная кислота, концентрированная;
2)
соляная кислота,
концентрированная;
3)
аммония фторид, кристаллический;
4)
едкий натр, 40% - ный раствор;
5)
уксусная кислота, насыщенный
раствор;
6)
натриевая соль
ализаринсульфокислоты (C12H10O3NSNa),
раствор.
Ход работы:
Навеску руды в количестве (20 – 40) мг помещают в
тигель, добавляют 6 капель концентрированной серной кислоты, нагревают до
удаления последней, снова добавляют и снова нагревают. Нагревание ведется до
тех пор, пока проба руды в тигле не останется в виде густой массы, смоченной
серной кислотой. Тигель охлаждают, массу выщелачивают водой, взятой в количестве
(20 – 30) капель (1 – 1,5 мл) и переносят с осадком в фарфоровую чашечку. Туда
же добавляют одну каплю концентрированной соляной кислоты, нагревают до кипения
и охлаждают. Охлажденный раствор с осадком отфильтровывают в центрифуге. Осадок
промывают 10 каплями воды и снова отфильтровывают на центрифуге. Фильтраты
объединяют, добавляют несколько крупинок фторида аммония и тщательно
перемешивают. Образующийся осадок фторида тория отделяют от маточника на
центрифуге, промывают (10 – 20) каплями воды, вновь фильтруют на центрифуге.
Маточник сливают, осадок обрабатывают 40%-ной щелочью, и при перемешивании
стеклянной палочкой переносят в фарфоровую чашечку. Чашечку помещают на
электроплитку и нагревают (2 – 3) минуты. Затем осадок фильтруют на центрифуге,
фильтрат сливают, осадок промывают (10 – 20) каплями воды и отфильтровывают на
центрифуге. После удаления фильтрата осадок переносят в фарфоровую чашечку и
обрабатывают тремя каплями соляной кислоты и выпаривают досуха. После
охлаждения осадок в чашечке смачивают тремя каплями воды, одной каплей
насыщенного раствора уксусной кислоты (СН3СООН), к раствору добавляют
две капли раствора натриевой соли ализаринсульфокислоты. Появление осадка
фиолетово-красной окраски указывает на присутствие тория.
техника безопасности при выполнении работ
1.
Работать только в халате и на
отведенном для этой работы месте.
2.
Строго выполнять требования
инструкции по работе с радиоактивными веществами и с агрессивными химическими
веществами.
3.
Отработанные радиоактивные
растворы сливать только в специально предназначенные емкости.
4.
Для отбора всех видов растворов
(радиоактивные, кислоты, щелочи и др.) с помощью пипетки необходимо
использовать резиновую грушу.
5.
С концентрированными кислотами и
щелочами работать только в вытяжном шкафу.
6.
Пользоваться электроплиткой только
с закрытой спиралью.
Литература
1.
В.К. Марков, А.В. Виноградов и др.
Уран, методы его определения. Атомиздат. – М., 1964 г.
2.
Г.Е. Каплан, Т.А. Успенская и др.
Торий, его сырьевые ресурсы, химия и технология. Издательство Госкомитета по
использованию атомной энергии. – М., 1960 г.