Новость от ORNL.
https://www.ornl.gov/news/ornl-technique-co...ranium-seawater

Можно ничего не придумывать, взяв обычный катионит типа КУ-2-8, и просто на раз в год регенерировать.
Естественное движение воды обеспечит смену воды, а свойства катионита обмена ионов с предпочтением более тяжелых, обеспечит накопление, в регенерируемом растворе будет концентрат более лучший, чем от подземного выщелачивания.

Я не химик, однако весьма похожие, (сугубо для меня) статьи публиковались в сборнике:
SCIENCE CHINA Chemistry
2013, 56 No. 11 pp. 1493-1670
Published: 25 October 2013
DOI: 10.1007/s11426-013-4991-9

Принципиальной разницы нет, год 2013.
http://chem.scichina.com:8081/sciBe/EN/vol...lumn_6743.shtml

Почитал первую статью.
Вообще, самая большая проблема в том, что ион селективные волокна захватывают слишком мало урана и ведет себя не так, как предполагали ранее. Осталось мелочь - синтезировать ионселективную смолу только для урана
А так идея тянется аж из 80 годов из той же Англии.
Вообщем экономика опять вставляет палки в классную идею

Короче получен полимер, который нужно выдерживать в море аж 1-2 месяца, ввиду малой концентрации урана в воде и маленькой скорости процесса, и чтобы наскрести что-то, надо очень долго держать - процесс очень медленный. Как по экономике - опять же вопрос. Но судя по тому, что Китай вкладывает в сухопутные месторождения - видимо не очень.

Часовая презентация по успехам команды DoE в области оптимизации процесса добычи урана из морской воды - развернутое описание новости, с которой начат пост. В результате, оценочно, получено снижение себестоимости процесса в 2-4 раза до стоимости 1 кг урана 300-500$. Найдены значительные "белые пятна" в области процессов селективного связывания абсорбента с ураном в морской воде, что позволяет надеяться на дальнейшее улучшение технологии.

Хочется добавить, что докладчик - химик, и занимался оптимизацией лигандов для селективного связывания урана. В то же время, команда в DoE разнопрофильная и в целом эти усилия заслуживают внимания именно за счет обширности команды (а не узкопрофильного копания).

Все это класс, но есть одно НО.
Вы представляете сам процесс получения ионообменной смолой урановой соли?
Вначале ионит отмывается соляной кислотой (если серной - то получим на поверхности нерастворимые соли), после чего его помещают в морскую воду. Где в результате ионного обмена иона водорода на ион урана образуется в воде чистая кислота. Не, конечно, море/океан хороший разбавитель, но представьте себе, если все кинуться из него добывать таким методом. Ну немного карбонаты нейтрализуют, ну углекислоты на это количество выбросится из воды в воздух. Мелочи жизни Да и скорость процесса оставляет желать лучшего (концентрация в воде дает о себе знать - про это я и говорил, в ветке про ЖСР - про выделение мизерных количеств образовавшихся изотопов в реальном времени). Процесс получается сильно периодическим, до непрерывного не дотягивает. Да еще вопрос, как с ресурсом работы данной смолы в воде. Т.е. как поведет себя смола в реальных условия работы в промышленных масштабах. Ну, вообще то, успехов моим коллегам на этой ниве.

Смолу как раз серной кислотой регенерируют.
Закисление океана маловероятно, слишком много в нем карбонатов.
Кроме того, более целесообразен вариант "натрий-катионирование".

"Закисление океана" — это одна из больших пугалок "зелёных". Увеличение концентрации CO2 в атмосфере приводит к увеличению её и в океане, что в свою очередь увеличивает кислотность. А карбонаты в океане — это, помимо всего прочего, раковины моллюсков и кораллы.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_acidification

Везде, где мы делали проект обессоливания воды мы закладывали соляную кислоту - ибо кальций и магний дают сульфаты - а они так "хорошо" растворяются в воде...
Поэтому даже производители рекомендуют солянку. Другое дело она парит. Т.е. уже тб рулит на этом плане.
Серную целесообразно применять там, где нет кальция и магния, либо где концентрация очень мала. В морской воде такое не прокатит.
Натрий не прокатит, так как Натрий хорошо вытеснит уран из смолы, но наоборот не очень получится. Смотрим ряд электроотрицательности ионов в растворе.
Уран водород вытеснит, натрий не сможет. Особенно если концентрация урана в воде будет очень низкая. Водород предпочтительнее. А натрий может еще не пойти, так как его концентрация в воде будет большой.

Знаю, знаю. Только углекислота стремиться перейти в карбонатные соли. А если будет чистая кислота, то будет идти процесс выделения его в атмосферу. Тут надо срочно засеивать водорослями для утилизации углекислоты в местах добычи урана А еще, чтобы процесс шел веселее, надо добычу вести в самой горячей воде.

Известняков куда больше.
Если уж закислять, что куда деть миллиарды тонн сероводорода в донном иле?
Да и упомянутое мной натрий-катионирование не кислит, а меняет уран на натрий.

Но все дело в концентрации, в смоле все равно будет существенное накопление, в последующей регенерации как раз в смоле натрием и вытеснят накопленный уран, в растворе которого получим лучше чем в традиционных месторождениях.

Для регенерации вопросов нет - натрий очень даже удобен, со свистом будет вытеснять уран.
А вот как в морской воде? Натрия в морской воде очень много, да и уран не очень охотно пойдет меняться на натрий. возможно вся проблема в этом, почему до сих пор процесс очень дорогой. На водороде, скорее всего, процесс пойдет веселее, так как урану вытеснить водород намного проще энергетически, чем вытеснить натрий.

Совершенно верно.
Как химик-неорганик по базовой специальности тоже с трудом верю в возможность практического выделения урана ионообменными смолами из морской воды.
В свое время пришлось как то с год заниматься попытками практического концентрирования ионов металлов из природных минерализованных скважинных вод на ионнообменных смолах (десяток разных отечественных и импортных смол смол тестировали). Тот еще геморой оказался, хотя даже патент потом сделали.

Практически выходило, что в случае использования выдержки смолы в реальных водах с постоянной тряской на шейкере необходимое время для достижения равновесного коэффициента распределения по ионам 3-d металлов на уровне полусуток-суток. В случае проточного концентрирования через патрон с разными смолами выходило, что нужно пропускать за полчаса до двух-трех десятков литров раствора, чтобы практически иметь осмысленное выделение ионов металла в концентрате промывочном.

Одним словом, можно сделать по проблеме выделения урана из морской воды следующие выводы:
1. Принципиальное выделение урана из морской воды ионнообменными технологиями возможно и относительно технически несложно, но имеет высокую стоимость по куче составляющих процессов.
2. Возможно сконструировать специально оптимизированные ионно-обменные смолы именно селективные для выделения комплексов урана из морских вод. Цена таких смол ориентировочно будет больше на порядок-полтора обычных иононобменных смол.
3. Практическая стоимость выделения урана из морской воды может быть адекватно определена лишь по результатам серии практических экспериментов в реальной обстановке на реальной морской воде. Всякие версии лабораторных экспериментов на модельных растворах или варианты технохимических расчетов, основанных на умозрительных моделях ионообменного переноса и концентрирования, дадут заведомо заниженные цифры по стоимости выделения из морской воды.
4. Нужно разрабатывать комплексные методы выделения урана из морской воды основанные на ее обессоливании для получения питьевой/технической воды с выделением целевых продуктов урана, магния и калия из отходящих рассолов. Только так стоимость выделения урана из морской воды можно попытаться приблизить к цене уранового концентрата от метода подземного выщелачиания .

Если у кого-нибудь есть желание попытаться расчетным путем осуществить дизайн высокоселективной смолы для выделения комплексов урана из морской воды, то можно попытаться совместно эту проблему решить.
Есть приличный опыт расчета разных металлокомплексов актинидов (в том числе и уранила) в разном координационном окружении и принципиально понятно в каком направлении можно двигаться.

Поскольку тема добычи урана всё равно связана с опреснением и концентрацией рассола... вопрос такой: а при масштабном электродиализе нельзя ли воспользоваться разной скоростью диффузии у лёгких и тяжёлых ионов? Рассматривалось ли это?

Если сразу получить обогащение рассола по тяжёлым металлам (их в воде по-любому немного), то экономика добычи получит серьёзный выигрыш.

Дальше, конечно, вопросы количественные... но если, допустим, концентрация повышается в 20 раз, то и закисление после добычи снижается так же, и может вполне в итоге оказаться приемлимым.

Вопрос интересный.

Как то пару раз у знакомых электрохимиков, которые плотно проблемами электродиализной очистки и концентрирования разных растворов занимаются, спрашивал его.
Ответ был такой, что на акваионах металлов с обычными диапазонами атомных масс этот эффект невелик и большинстве ситуаций практического использования вроде как не имеет. Хотя они говорили, что акваионы/металлокомплексы свинца и ртути при электродиализе минерализованных вод можно так отделять.

Тут проблема сложная, поскольку реальный коэффициент диффузии иона в водном растворе отражает движение гидратированного металлокомплекса у которого координационное число, состав лигандов, число молекул воды в координационной оболочке и геометрия комплекса очень сильно могут отличаться при различных составах ионных сред и небольших изменениях температурах. В реальной морской воде уран ведь не в виде акваиона уранила находится, а в виде комбинации нескольких анионных гидроксокарбонатных аквакомплексов. Если осуществить сорбцию кучи ионов металлов из морской воды в анионообменную смолу, а потом соляной кислотой экстракт металлов вымывать, то в зависимости от условий промывки получим комбинацию хлоридных комплексов гидратированного иона уранила в куче хлороаквакомплексов других металлов 3d-элементов. И эту смесь опять надо разделять экстракционным или ионнообменным способом.

Как раз обилие натрия дает основание для использования смолы уже им насыщенным, т.к. если брать свежую, то будет все тоже самое - натрий заместит водород и все тоже натрий-катионирование пойдет.
В смоле со временем пойдет накопление более тяжелых металлов, урана всяко более 1%, то значительно больше чем в месторождениях.
Вопрос только в длительности.

При строительстве Крымской АЭС предварительное обессоливание до испарителей именно электродиализом.

Вообще есть ощущение, что все эти работы по сорбции урана на имидоксиматных смолах, модифицированных волокнистых мембранах или неорганических ионообменниках идут по прямолинейному пути.

Думается, что нужно плотно смотреть на разные типы водорослей и природные материалы разных типов целлюлоз или углей по отношению к сорбции урана из морской воды. Водоросли его явно накапливают и прилично. Бурые водоросли должны быть эффективным аккумулянтом урана из морской воды. Необходимо отработать технологию генмодификации бурых водорослей в направлении увеличения сорбции урана.
Химическую модификацию всякой рисовой шелухи или какой-нибудь соломы для увеличения эффективности сорбции урана тоже несложно и недорого можно осуществить.

Ещё лет 15 назад в универе с пивом мечтали о таком (ну, правда о золоте шла речь, но не суть).

НЯП, засада в том, что сначала нужно этот ген (который синтезирует белковый комплекс с нужным металлом) откуда-то взять. Впихнуть нужный ген в бурую водоросль (в цианобактерию, в хлореллу, в е.coli, в микрорачка - ю нейм ит) - по нынешним временам не проблема. Но сначала ген нужно взять. А откуда?

Рассчитать белок (а потом - синтезирующий его ген) нам сейчас явно слабО, это на много порядков сложнее, чем рассчитать "просто" селективную смолу.

А случайными мутациями (размножать какую-нить е.коли в уран-содержащем сиропе, долбить её рентгеном и искать в ней уран до тех пор, пока она не поймёт, что от неё требуется) - ну... может получиться, что ждать придётся ну ОЧЕНЬ долго.
Конечно, эта работа может быть и должна быть автоматизирована, нужен только какой-то автоматический комплекс, измеряющий содержание целевого элемента внутри той же е.коли. Но речь о том, что требуемой мутации самой по себе может потребоваться для возникновения ну очень много времени.

Возможно нужно идти не в направлении создания высоспецифичного по отношению к уранилкарбонатам белка, а скорее в направлении генмодифицированного высокоселективного по отношению к сорбции уранилкарбонатов полисахарида типа хитозана. Тогда всякие разнообразные ракоообразные и рачки смогут самопроизвольно накапливать уран в своих панцирях, а эту живность искусственно распространенную или выращиваемую в садках можно потом вылавливать на еду, а их скорлупу пускать на переработку с выделением урана и других сорбированных ценных металлов.

Так ведь котенка о пенек примерно то же, что и пеньком в котенка.
Все равно нужно откуда-то взять ген... только в Вашем случае требуется уже целый комплекс генов, которые синтезируют белки, которые уже синтезируют требуемую химию с ураном. Вроде, биовыщелачиванием урана занимались, но вот о сногсшибательных результатах не слышно.

Вопрос все тот же: время получения такой штуки случайной мутацией - может быть велико, а вот просто взять и синженерить нам кишка тонка... да что там говорить, если даже ген для синтеза банального люмогена-красителя как из какой-то медузы вытащили, так по всем трансгенам и таскаем до сих пор.

То есть, понятно, что это круто, но вот как это сделать?

Даже чтобы вывести сверхбыстроразмножающихся простейших, нужен какой-то механизм, надежно убивающий/замедляющий размножение организмов БЕЗ урана. Не С ураном, а БЕЗ. Непонятно, как это сделать.

Но если такой механизм придумать, то да: дальнейшее выведение нужного штамма - дело техники, а после этого уже можно думать, как перетащить получившийся механизм куда-то еще. Хоть в рачков, хоть в кораллы, хоть в особый вид уран-добывающих китов.

Когда нибудь нужный белок будет найден, а пока http://folding.stanford.edu/

прошу прощения, а можно с этого места поподробнее? Если совсем не в тему, можно в личку.

https://www.google.ee/search?client=ms-andr...0k1.5F9rUhDImcU

Посмотрите сами - публикаций много. А посоветовать что-то конкретное я не могу, у самого знания об этом - только на уровне "этим занимались".
Конкретные штаммы там тоже упомянуты.

Есть мнение, что вместо того, чтобы придумывать суперхайтек генной инженерии белка, добывающего уран из морской воды, проще придумать суперхайтек реактора с КВ=3.

угу, поняла, спасибо!

Увы, но есть физика, с которой не поспоришь.

Для того, чтобы в реакторе деления получить КВ=3, нужно, чтобы в акте деления рождалось не менее 3+1=4 нейтронов.
То есть, один родившийся нейтрон тратится на поддержание цепной реакции, а три остальных - на облучение сырьевого изотопа.

На самом деле, нейтронов нужно родить несколько больше, даже если предположить, что реактор состоит только из топливного и сырьевого изотопа и имеет большие размеры или бесконечный отражатель (чтобы свести утечку нейтронов из реактора к нулю).
Даже в этом случае, некоторая часть нейтронов будет потеряна на паразитный захват в топливном изотопе (например, для 235U это образование из него 236U).

Но допустим, что мы на всё это наплюём. У нас такой сферический конь в вакууме, есть только топливо+сырьё, нет утечки нейтронов и нет паразитных захватов.
То есть, нам нужно получать всего-навсего 4 нейтрона в акте деления.

Теперь посмотрим, кто нам может такое дать.
Данные у меня, конечно, очень старые, доступа к современным кодам я не имею, но для общих рассуждений сойдут и они.

235U при энергии нейтронов 10,5 МэВ (а это условный максимум реакторных энергий нейтронов) - в акте деления рождается 3,5 нейтрона. Мимо.
239Pu при таких же энергиях - 4 нейтрона рождается. Сферический конь в вакууме, конечно, может получиться, но, к сожалению, таких не бывает.
И следующий момент - средняя энергия нейтронов, рождающихся в акте деления, примерно 2 МэВ, а отнюдь не 10. А при 2 МэВ на 239Pu родится всего 3,3 нейтрона. Опять мимо.

Чтобы долго не копаться, возьмём 245Cm. Вот у него хорошо, при E=2 МэВ у него 4,2 нейтрона рождается в акте деления.

Примечание. Все данные, естественно, для соответствующей группы БНАБ, а не точной энергии. Но мы упрощаем до предела.

Ну вот. В реакторе, где топливом будет выступать кюрий-245, мы теоретически можем попытаться достичь КВ=3.
На самом деле, скорее всего, не получим, но можно хотя бы помучаться.

Но, честно говоря, думаю, что белок всё-таки попроще будет, а?

Если серьёзно, такие сверхбольшие КВ=3 на реакторах деления в нашем мире всё-таки недостижимы.
Может быть, отыщем со временем какие-нибудь острова стабильности с относительно живучими сверхтяжёлыми элементами, и для таких фантастических элементов, может быть, реакторная физика будет более благоприятной.

Повысить воспроизводство можно будет за счёт внешних источников нейтронов - допустим, ускорителя.
Или, может, в космосе? Я, кстати, не очень хорошо разбираюсь в составе космических излучений, а там вполне могут быть какие-нибудь высокоэнергетические частицы; главное, поток их найти достаточный

Но обычные наши реакторы деления - всё-таки нет, таких КВ не получить.

А каким боком высокий КВ заменяет уран?

Любой КВ выше единицы позволяет использовать весь уран-238... Что суперхайтек реактор с КВ=3, что БН с КВ=1.1 - одна фигня...
(И, оффтопично, в этом смысле гонка индустрии за высоким КВ в ущерб другим, куда более важным сейчас по экономике качествам, мне лично совершенно непонятна - быстрые реакторы пачками не вводим, на бомбы плутония хватает).

Надо пробовать, а то "красным группам" не будет чем заняться

Да легко!

Берём две тонны калифорния...

Уважаемый редактор, ключевое слово было "суперхайтек".



Большое количество реакторов с высоким КВ отменяет на сотни лет необходимость его добывать. Хоть из земли, хоть из моря.
Просто я читаю про генную инженерию белков с уникальными свойствами и думаю о том, что не проще ли освоить вполне доступные технологии? Добывать уран из морской воды же не самоцель. Несомненно, это интересная технология. Но если не выходит по экономике, то и не страшно. Есть другие способы решения задачи обеспечения АЭС делящимся топливом.

Есть у меня небольшие сомнения, что калифорний-251 (или 252-й) будут в итоге воспроизведён в полном объёме. А значит, КВ<1. И это без учёта цен на указанныё изотопы и сложностей теплоотвода - исключительно по слухам.

я не согласен. Технология создания такого рода генных комплексов найдёт куда больше применений и куда больше изменит нашу жизнь, чем реактор с КВ даже и 2. В принципе то, зачем этот КВ такой большой то? Вон, англичане до сих пор не могут понять что же им делать со всем своим плутонием

Согласен.

Но у меня есть альтернативное предложение. Давайте разработаем двигатель с УИ 600 с, построим космический флот и начнём добывать уран на астероидах. В принципе, даже по экономике должно неплохо получиться.
И такая технология уж точно изменит нашу жизнь сильнее, чем реактор с КВ=2.

Дело за малым.

КВ несколько больший 2 вполне достижим в жидкосолевых реакторах большой мощности.

Да, к сожалению нет, но даже в БН около 15% делится U238, с переходом на плутониевый МОХ, этот вклад повысится до 20%.
Поэтому сам по себе КВ не такой показателен в плане наработки в кг.

Берем Калифорнию и выбиваем из неё калифорний

По экономике добыча урана на астероиде выйдет в глубокий минус даже если он на 100% будет состоять из оксидов урана. Абсолютно при любом УИ.

ЗЫ. Двигатели с УИ 600-6000с уже давно реальность, не знаю чего вы собрались разрабатывать.

Хотя, кажется, кое-что полезное природа уже смонстрячила.

Бактерия как раз "собирает" уран из раствора в наночастицы:
http://news.rutgers.edu/research-news/bact...614#.VYFvgfntmk