Production of natural uranium chemical concentrate by sorption-free processing of uranium solutions
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि अल्ट्राफिल्ट्रेशन बिना किसी रासायनिक योजकों के, उत्पादन मदर लिकर में छिपे हुए, सूक्ष्म-बिखरे हुए यूरेनियम नुकसान की पहचान करने और उन्हें पुनः प्राप्त करने के लिए एक प्रभावी नैदानिक और सांद्रण उपकरण के रूप में कार्य करता है, जिससे यूरेनियम युक्त कणों का विस्तृत लक्षण वर्णन करने और समग्र प्रक्रिया हानि को न्यूनतम करने में सक्षम होता है।
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खनन की दुनिया में, चट्टानों से मूल्यवान धातुओं को निकालना अक्सर उन्हें एक तरल घोल में घोलने की प्रक्रिया से जुड़ा होता है, जिसे हाइड्रोमेटलर्जी (hydrometallurgy) कहा जाता है। एक विशाल सूप की कल्पना करें जहाँ आप जो धातु चाहते हैं वह पूरी तरह से घुल चुकी है, जो पानी और अन्य रसायनों के साथ मिश्रित है। धातु को वापस पाने के लिए, इंजीनियर आमतौर पर एक ऐसा पदार्थ मिलाते हैं जो धातु को ठोस टुकड़ों में एक साथ जोड़ने में मदद करता है, जिन्हें बाद में फिल्टर किया जा सकता है। हालाँकि, प्रकृति और रसायन विज्ञान शायद ही कभी पूर्ण होते हैं। कभी-कभी, धातु बड़े, आसानी से पकड़े जाने वाले टुकड़ों में नहीं बनती है। इसके बजाय, यह तरल में सूक्ष्म, अदृश्य कणों या सूक्ष्म कणों के एक धुंधले निलंबन (suspension) के रूप में छिपी रहती है। ये कण इतने छोटे होते हैं कि वे ठोस धातु को पकड़ने के लिए बनाए गए फिल्टरों से फिसलकर निकल जाते हैं और अपशिष्ट जल के साथ बह जाते हैं। यह मूल्यवान संसाधनों के एक मौन नुकसान का प्रतिनिधित्व करता है, जो एक ऐसी समस्या है जिसे देखना कठिन है क्योंकि मानक परीक्षण केवल उस धातु को मापते हैं जो पूरी तरह से घुली हुई होती है, और वे छिपे हुए ठोस कणों को पूरी तरह से अनदेखा कर देते हैं।
कजाकिस्तान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यूरेनियम के इस लापता होने के रहस्य को सुलझाने का बीड़ा उठाया। उन्होंने अपशिष्ट तरल पदार्थों पर ध्यान केंद्रित किया, जिन्हें 'मदर लिकर्स' (mother liquors) कहा जाता है, जो यूरेनियम के प्रसंस्करण और फिल्ट्रेशन के बाद शेष रह जाते हैं। उनका लक्ष्य केवल पानी को साफ करना नहीं था, बल्कि यह समझना भी था कि खोया हुआ यूरेनियम वास्तव में कहाँ छिपा है। उन्हें संदेह था कि एक महत्वपूर्ण मात्रा में यूरेनियम इन नन्हे, महीन कणों में फंसा हुआ है जिन्हें सामान्य फिल्टर गुजर जाने देते हैं। इसकी जांच करने के लिए, उन्होंने अल्ट्राफिल्ट्रेशन मेम्ब्रेन (ultrafiltration membranes) से लैस एक विशेष प्रयोगशाला सेटअप का उपयोग किया। इन मेम्ब्रेन को अत्यंत महीन छलनी के रूप में समझें, जो सामान्य उपकरणों के उपयोग किए जाने वाले फिल्टरों की तुलना में बहुत अधिक बारीक होती हैं, जिन्हें उन कणों को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो साधारण उपकरणों के लिए बहुत छोटे हैं। इस अपशिष्ट तरल को इन कड़े अवरोधों के माध्यम से धकेल कर, शोधकर्ता उन अदृश्य कणों को पकड़ सके और उन्हें एक छोटे, प्रबंधनीय गाढ़े कीचड़ (sludge) के आयतन में केंद्रित कर सके, जिससे एक छिपी हुई समस्या को पकड़ने योग्य और परीक्षण योग्य बनाया जा सका।
उनके प्रयोग के परिणाम आश्चर्यजनक थे। जब उन्होंने उस गाढ़े कीचड़ का विश्लेषण किया जिसे उन्होंने केंद्रित किया था, तो उन्होंने पाया कि इसमें भारी मात्रा में यूरेनियम मौजूद था। वास्तव में, जो ठोस सामग्री उन्हें प्राप्त हुई, उसमें वजन के अनुसार लगभग चालीस प्रतिशत यूरेनियम था। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि उनकी गणनाओं ने दिखाया कि यह प्राप्त ठोस पदार्थ उस पूरे यूरेनियम का लगभग एक-तिहाई हिस्सा था जिसे प्रक्रिया में डाला गया था लेकिन जिसे पहले खोया हुआ माना जाता था। तरल में शेष यूरेनियम मुख्य रूप से घुली हुई अवस्था में था जो मेम्ब्रेन से गुजर गया, जबकि एक छोटा हिस्सा मेम्ब्रेन के छिद्रों (pores) के भीतर फंस गया था। इसने इस बात की पुष्टि की कि "खोया हुआ" यूरेनियम वास्तव में गया नहीं था; वह बस एक ऐसे रूप में छिपा हुआ था जिसे मानक फिल्टर नहीं पकड़ सकते थे। शोधकर्ता यह साबित करने में सक्षम रहे कि धातु का एक बड़ा हिस्सा केवल घुले हुए रसायनों के रूप में नहीं, बल्कि महीन, बिखरे हुए कणों के रूप में मौजूद था।
इन छिपे हुए कणों का वास्तव में क्या था, इसे समझने के लिए, टीम ने एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग किया, जिसने उन्हें व्यक्तिगत आकृतियों को देखने और उनके आकार को मापने की अनुमति दी। उन्होंने पाया कि कण विभिन्न आकारों में आते थे, जिनमें बड़े टुकड़ों से लेकर सूक्ष्म कणों तक शामिल थे। सबसे बड़े टुकड़े अक्सर स्वयं फिल्टर कपड़े के अंश या आयरन कंपाउंड्स के गुच्छे होते थे। हालाँकि, सबसे दिलचस्प खोज यूरेनियम पेरोक्साइड के नन्हे, सफेद कण थे, जो वही पदार्थ है जिसे कारखाना बनाने की कोशिश कर रहा था। ये कण लोहे, सिलिकॉन और एल्युमीनियम के साथ मिश्रित थे, जो जटिल, सूक्ष्म समुच्चय (aggregates) बना रहे थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये यूरेनियम कण अक्सर अन्य सामग्रियों, जैसे आयरन ऑक्साइड या सिलिका से चिपके हुए थे, जो उन्हें तरल में निलंबित रहने और कारखाने के मानक फिल्टरों से फिसलने में मदद करते थे। माइक्रोस्कोप के चित्रों ने खुलासा किया कि ये कण एक समान नहीं थे; वे विभिन्न सामग्रियों का एक अराजक मिश्रण थे, जहाँ यूरेनियम अन्य खनिजों के गहरे बैकग्राउंड के मुकाबले चमकीले धब्बों के रूप में दिखाई देता था।
अध्ययन में यह भी जांच की गई कि कुछ फिल्टर दूसरों की तुलना में बेहतर क्यों काम करते हैं। जब शोधकर्ताओं ने बहुत छोटे छिद्रों वाली मेम्ब्रेन का उपयोग करने का प्रयास किया, तो तरल का प्रवाह लगभग तुरंत रुक गया क्योंकि छोटे कणों ने अंदर से छेदों को बंद कर दिया। हालाँकि, जब उन्होंने थोड़े बड़े छिद्र आकार वाली मेम्ब्रेन पर स्विच किया, तो सिस्टम सुचारू रूप से काम करने लगा। थोड़े बड़े छेद तरल को गुजरने की अनुमति देते थे जबकि वे यूरेनियम कणों को सतह पर ही पकड़ लेते थे, जहाँ वे एक सुरक्षात्मक परत बनाते थे जो वास्तव में और भी अधिक अशुद्धियों को छानने में मदद करती थी। यह निष्कर्ष महत्वपूर्ण था क्योंकि इसने दिखाया कि लक्ष्य हमेशा सबसे सख्त फिल्टर का उपयोग करना नहीं है, बल्कि सही संतुलन बनाना है जो सिस्टम को बिना जाम हुए चालू रखे। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि यूरेनियम का नुकसान एक विशिष्ट रासायनिक प्रक्रिया के कारण हुआ था जहाँ धातु इन नन्हे, जिद्दी कणों को इतनी तेज़ी से बनाती है कि वे बड़े टुकड़ों में विकसित नहीं हो पाते, और इन कणों को पानी में मौजूद आयरन और सिलिकॉन की उपस्थिति द्वारा स्थिर किया जाता है।
यह कार्य यूरेनियम उद्योग के लिए आगे का एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है। इस अल्ट्राफिल्ट्रेशन तकनीक का उपयोग करके, कारखाने अब ठीक से पता लगा सकते हैं कि उनके अपशिष्ट प्रवाह में कितना यूरेनियम खो रहा है और अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि वे इसे पुनः प्राप्त कर सकते हैं। इन मूल्यवान कणों को बह जाने देने के बजाय, उन्हें केंद्रित, विश्लेषित और उत्पादन चक्र में वापस लाया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि यह विधि केवल पानी को साफ करने का तरीका नहीं है, बल्कि एक शक्तिशाली नैदानिक उपकरण (diagnostic tool) है जो प्रक्रिया के नुकसान की वास्तविक प्रकृति को प्रकट करता है। यह एक अदृश्य समस्या को एक दृश्य, प्रबंधनीय समस्या में बदल देता है, जिससे इंजीनियरों को अपने सिस्टम को अनुकूलित करने और यह सुनिश्चित करने में मदद मिलती है कि मूल्यवान संसाधन का कम से कम अपव्यय हो। यह अध्ययन सामग्री संतुलन (material balance) के अंतर को भरने के लिए एक व्यावहारिक, प्रभावी तरीका प्रदान करता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि उपयोग के लिए लक्षित यूरेनियम वास्तव में रिकवर किया जाए न कि पर्यावरण में खो जाए।
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