การแยกยูเรเนียมและทอเรียมจากน้ำทิ้งโดยใช้เรซินที่เอิบชุ่มด้วยตัวสกัด

(Separation of Uranium and Thorium from Waste Water by Solvent Impregnated Resin)

พิพัฒน์ พิเชษฐพงษ์ และ อุทัยวรรณ อินทร์เจริญ
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

ยูเรเนียมและทอเรียมเป็นธาตุวัสดุนิวเคลียร์ที่มีความสำคัญ ในการพัฒนาเป็นเชื้อเพลิงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ในกระบวนการแปรสภาพแร่วัสดุนิวเคลียร์ เพื่อสกัดแยกยูเรเนียมและทอเรียมจากแร่ให้มีความบริสุทธิ์ และพัฒนาเป็น เชื้อเพลิงนิวเคลียร์นั้น อาจมีการปนเปื้อนของยูเรเนียมและทอเรียมในน้ำทิ้งได้ จึงต้องมีระบบบำบัดน้ำทิ้งที่เหมาะสม เพื่อกำจัดยูเรเนียมและทอเรียมที่เป็นสารรังสีก่อนปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม โดยวิธีการบำบัดที่เลือกใช้จะพิจารณาจากปริมาณ ลักษณะ องค์ประกอบ และความเข้มข้นของสารที่เจือปนอยู่ในน้ำทิ้งเป็นหลัก

โดยทั่วไปแล้วกระบวนการผลิตที่เกี่ยวกับวัสดุนิวเคลียร์จะมีขั้นตอนที่มีการระมัดระวัง และป้องกันการปนเปื้อนของวัสดุ นิวเคลียร์ในน้ำทิ้ง เพื่อลดการปนเปื้อนให้เหลือน้อยที่สุด จึงมีความจำเป็นต้องมีกระบวนการบำบัดน้ำทิ้งที่ดี สามารถ แยกธาตุวัสดุนิวเคลียร์ปริมาณน้อยออกจากน้ำทิ้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ การแยกธาตุที่มีปริมาณน้อย ๆ นี้ จะมีวิธีการ ที่ซับซ้อนและใช้เวลามาก สามารถนำวิธีการแยกโดยการใช้เรซินที่เอิบชุ่มด้วยตัวสกัด (solvent impregnated resin) มาใช้ได้ เนื่องจากเป็นวิธีมีประสิทธิภาพ และใช้เครื่องมือที่ไม่ซับซ้อน เหมาะสำหรับการใช้แยกธาตุที่มีปริมาณน้อย จากสารละลาย

ตัวสกัดที่นิยมใช้ในการสกัดแยกยูเรเนียม และทอเรียม ในสารละลายจะเป็นสารประกอบเอมีน (amine) ที่มีน้ำหนัก- โมเลกุลสูง ตัวสกัดอาจจำแนกง่าย ๆ ออกเป็น 3 ชนิด คือ ตัวสกัดที่เป็นกรด (acidic extractant) เช่น di(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA) ตัวสกัดที่เป็นกลาง (neutral extractant) เช่น tributyl phosphate (TBP) และตัวสกัด ที่เป็นด่าง (basic extractant) เช่น tridocylamine (TDA) ส่วนเรซิน (macroporous polymeric resin) ที่ใช้สำหรับ การสกัดโดยวิธีนี้ ต้องผลิตจากพอลิเมอร์ที่มีความแข็งแรง ไม่ทำปฏิกิริยากับตัวสกัดและสารละลายที่ใช้ โครงสร้างต้อง มีรูพรุนและมีพื้นที่ผิวสูง สามารถดูดซับตัวสกัดเข้าไปได้จำนวนมาก และยึดตัวสกัดไว้ได้ดีในโครงสร้าง นอกจากนี้ต้อง ไม่มีการพองตัวมากจนเกินไปเมื่อมีการดูดซับตัวสกัดไว้ เพื่อไม่ให้มีการเสียรูปทรงได้ง่าย

ในการใช้เรซิน XAD16 ที่ชุ่มด้วยตัวสกัด 3 ชนิด คือ TDA TBP และ D2EHPA แยกยูเรเนียมและทอเรียมออกจาก น้ำทิ้งที่มีความเข้มข้นของยูเรเนียม และทอเรียม ไม่เกิน 5 มิลลิกรัมต่อลิตร และประกอบด้วยไอออนของโซเดียม คลอไรด์ และไนเทรตจำนวนหนึ่ง พบว่าเรซินที่ชุ่มด้วยตัวสกัดทั้ง 3 ชนิดนี้ มีประสิทธิภาพการสกัดทั้งทอเรียมและ ยูเรเนียมโดยทั่วไปสูงกว่า 90% โดยประสิทธิภาพการสกัดยูเรเนียมมีแนวโน้มสูงกว่าประสิทธิภาพการสกัดทอเรียม และประสิทธิภาพการสกัดของ TDA โดยเฉลี่ยสูงกว่าตัวสกัดอื่นเล็กน้อย และสามารถดูดซับยูเรเนียมและทอเรียมได้สูง ถึง 0.237 และ 0.191 มิลลิกรัมต่อกรัมเรซินตามลำดับ ในการทดลองกับตัวสกัดบางชนิด พบว่าประสิทธิภาพของ การสกัดลดลงเมื่อความเข้มข้นของโซเดียม คลอไรด์ และไนเทรตสูงขึ้น แต่ประสิทธิภาพของการสกัดไม่แตกต่างกัน มากนักสำหรับตัวอย่างน้ำทิ้งที่มีค่า pH ในช่วง 2 – 5 นอกจากนี้สามารถใช้สารละลายกรดไนตริกและ แอมโมเนียม คาร์บอเนต ในการล้าง ยูเรเนียมและทอเรียมออกจากเรซินที่เอิบชุ่มด้วยตัวสกัดได้ด้วย