توریم در انرژی هسته ای دارای اهمیت زیادی است، به طوری که از آن به عنوان یکی از مهمترین منابع انرژی آینده دنیا یاد می شود. لذا، در این رساله، امکان فرآوری آن از سنگ معدن زریگان با استفاده از استخراج حلالی مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا مختصری به ویژگی های کلی توریم و اصول استخراج حلالی و سپس به ترتیب به برخی از تحقیقات انجام شده در خصوص استخراج حلالی و همچنین روش انجام آزمایش ها و مواد اشاره شده است. در نتیجه انجام عملیات کانه آرایی، عیار توریم و اورانیم به ترتیب از 450 و 500 گرم در خوراک به 4000 و 5000 گرم بر تن افزایش پیدا کردند. محصول کانه آرایی توسط سولفوریک اسید 10 مول بر لیتر در دمای 180 درجه ی سانتیگراد، تحت عملیات هضم و سپس فروشویی قرار گرفت. در این مرحله، میزان بازیابی اورانیم و توریم به درون محلول فروشویی به ترتیب برابر 88 و 90 درصد به دست آمد. تاًثیر متغیرهایی مانند نوع استخراج کننده، نوع اسید و غلظت آن ها، روی استخراج حلالی توریم با استفاده از طرح تاگوچی و هم چنین، تأثیر متغیرهای فیزیکی، مانند نوع رقیق کننده و سرعت هم زن، نیز بررسی شد. مطابق نتایج این بخش، فاز آلی کروزن حاوی استخراج کننده سیانکس272 و هیدروکلریک اسید 3-10×0/1 مول بر لیتر شرایط بهینه ی استخراج توریم را بوجود آوردند که باعث استخراج 7/99 درصدی توریم شد. مطالعه کمپلکس دهندگی توریم، نشان داد که کمپلکس توریم تشکیل شده در هر غلظت اسید برای انواع اسیدها متفاوت است. با تغییر غلظت اسیدها، بار کمپلکس تشکیل شده در محیط نیتریکی بین صفر تا 2+، برای سیستم هیدروکلریکی، بین 2- تا 2+ و برای سیستم سولفوریکی، بین صفر تا 4+ متغیر بود. هم چنین مشخص شد که در غلظت های بالای اسیدهای با قدرت کم تر، آنیون های اسید، نقش اساسی در تشکیل کمپلکس دارند، ولی در غلظت های کم، نقش برتر از آن یون های هیدروکسید است. مکانیسم استخراج توریم از محیط آبی نیتراتی بوسیله استخراج کننده سیانکس272 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مکانیسم استخراج بر خلاف ادعاهای قبلی، فقط در غلظت های میانی نیتریک اسید، از نوع تبادل کاتیونی است و در غلظت های پایین و بالای نیتریک اسید، به مکانیسم حلال پوشانی تغییر می یابد. نتایج حاصل از مطالعات جداسازی توریم از مهم ترین عناصر موجود در محلول فروشویی سنگ معدن زریگان نشان داد، که بیش ترین فاکتور جداسازی توریم از سریم، لانتانیم و تیتانیم در محیط نیتریک اسید 01/0 مول بر لیتر و بوسیله استخراج کننده سیانکس272 حاصل می شود. ولی برای جداسازی از ایتریم و آهن، به ترتیب نیتریک اسید 01/0 مول بر لیتر + سیانکس302 و نیتریک اسید 0/1 مول بر لیتر + سیانکس272 شرایط بهینه را فراهم می کنند. هم چنین مطالعات تک عاملی نشان داد که نیتریک اسید 5/0 مول بر لیتر، شرایط بهینه برای جداسازی توریم از عناصر مذکور را فراهم کرد. استخراج معکوس توریم، اورانیم، لانتانیم و آهن از فاز آلی، حاوی استخراج کننده ی سیانکس272 نیز مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که شرایط بهینه استخراج معکوس انتخابی توریم از عناصر تحت مطالعه، با استفاده از سولفوریک اسید 5/0 مول بر لیتر و در حضور عامل کمپلکس ساز اتیلن دی آمین تترا استیک اسید با غلظت 4-10× 7/2 مول در لیتر حاصل می شود. با استفاده از نمودار مک کیب تیلی تعداد مراحل لازم برای دست یابی به استخراج 90 درصدی توریم در مدار استخراج جریان متقابل، برابر 3 به-دست آمد. سپس مدار جریان متقابل پیوسته با استفاده از ظروف آزمایشگاهی شبیه سازی و بر روی محلول فروشویی واقعی اجراء شد که بازیابی 90 درصد را برای توریم نتیجه داد.

یک روش جدید مبتنی بر استخراج نقطه ی ابری به منظور استخراج اورانیم از نمونه های آبی و اندازه گیری آن با استفاده از طیف سنجی آلفا بر پایه سوسوزنی مایع مورد بررسی قرار گرفته است. استخراج اورانیم از نمونه های آبی در حضور تعدادی از سورفکتانت ها و معرف های کی لیت ساز قابل دسترس با استفاده از این روش انجام پذیرفته است. یون های کی لیت ساز با تشکیل کمپلکس در دمای بالای دماهای بالاتر از نقطه ی ابری به درون فاز غنی از سورفکتانت استخراج گردید. تفکیک کامل فازها با استفاده از سانتریفوژ به انجام رسید. پس از جدایی فازها، میزان اورانیم موجود در فاز آبی با استفاده از دستگاه شمارگر سوسوزن مایع اندازه گیری و به این ترتیب راندمان استخراج محاسبه و لیگاند و سورفکتانت مناسب انتخاب گردید. هم چنین عوامل موثر بر فرآیند استخراج نقطه ی ابری اورانیم شناسایی و میزان تأثیر این عوامل (ph محیط، غلظت لیگاند، غلظت سورفکتانت، تداخل یون های مزاحم، دما و زمان تعادل، زمان ماند در سانتریفوژ) مورد ارزیابی قرار گرفت. شرایط بهینه برای استخراج اورانیم از محلول های آبی با بهره گیری از روش استخراج نقطه ی ابری تعیین گردید. در شرایط بررسی شده راندمان استخراج بالا بوده (99%) ومنحنی کالیبراسیون در گستره ی 4-10×25/6 تا 1/0 میکروگرم بر لیتر خطی است. هم چنین ضریب همبستگی 99/0 نشان دهنده ی رابطه ی خطی مناسب بین غلظت گونه ها و سیگنال تجزیه ای می باشد. حد تشخیص (lod) محاسبه شده، که عبارت است از 3 برابر نسبت انحراف معیار شاهد به شیب منحنی کالیبراسیون m)/ sd3(، برابر 1/0 میکروگرم بر لیتر به ازای 50 میلی لیتر نمونه می باشد. ضریب پیش تغلیظ که از نسبت غلظت گونه ی مورد نظر در فاز سورفکتانتی به غلظت آن در فاز آبی محاسبه می شود 5/48 به دست آمد. روش پیشنهاد شده، برای اندازه گیری اورانیم در نمونه های حقیقی آب به کار گرفته شد. دو نمونه آب شیر و آب دریا مورد اندازه گیری قرار گرفت. آزمایش های افزایش و بازیابی نیز انجام شد و بازیابی بین 9/98 و 23/113 ذرصد بود. نتایج، دقت و عملی بودن روش برای تجزیه ی نمونه هایی از این نوع را نشان داد.

در این تحقیق روش جدید "جداسازی شیمیایی به کمک میدان مغناطیسی (macs) " برای بازیابی اورانیم و توریم از محیط های نیتریک اسید با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی مگنتیت اصلاح شده با سیانکس272 ارایه شده است.نانو ذرات مغناطیسی اصلاح شده با استخراج کننده ی سیانکس272 برای استخراج توریم و اورانیم از محیط آبی مورد استفاده قرار گرفت. سپس نانو ذرات حامل فلز از محلول، به کمک یک میدان مغناطیسی جدا شد. شناسایی ساختار جاذب های سنتز شده، با بهره گیری از تکنیک هایtem, sem, xrd, xrf, ft-ir و tgaبه انجام رسید.تأثیر پارامترهای مختلف مانند ph، غلظت استخراج کننده، غلظت اورانیم و توریم موجود در محلول، مقدار نانو ذرات، زمان تماس و دما بر فرآیند جذب اورانیم و توریم مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مدل های سینتیک و ایزوترم جذب و پارامترهای ترمودینامیکی نیز برای جذب اورانیم و توریم محاسبه شد. مقادیر پارامترهای ترمودینامیکی (?h, ?g , ?s) نشانداد که جذب سطحیتوریم و اورانیم در محدوده ی دمایی15 تا 45 درجه ی سانتیگراد امکان پذیر،خودبخودی و گرمازا است.شرایط تعادلی جذب توریم و اورانیم به وسیله یجاذب مورد بررسی، اسیدیته ی 8.0 مولار،زمان تماس 140 دقیقه و مقدار جاذب 5 گرم برلیتر محلول آبی تعیین شد که بیشترین ظرفیت جذب اورانیم و توریم به وسیله ی جاذب به ترتیب برابر 44 و 48 میلی گرم در هر گرم از جاذب به دست آمد.بررسی اثر دما نشان داد که افزایش دما تاثیر منفی بر میزان حذف دارد و فرآیند، خود به خودی و گرمازا است.