问题描述

海水提铀研究是前沿性科学问题，如何将海水中难动用的、巨大量级的铀资源变为经济可采是一个挑战。随着高分子材料学科迅猛发展、工程技术等领域的不断进步，实现海水提铀未来可期。但目前未达到工程化水平，海水提铀研究需解决海水中铀赋存状态/材料功能基与铀作用机理、低成本高效材料制备、低能耗提铀实施方式、技术与经济评价标准体系建立等关键科学问题。

问题背景

天然铀资源是国家战略资源，是国家核力量的重要物质基础，也是国家核能发展的“粮食”。在我国能源结构中，铀资源是不可或缺的部分，既关系到国家的军事安全，也关系到国家的能源安全。而我国天然铀需求对外依存度正在逐年加大，在复杂多变的国际环境下有必要对天然铀进行战略储备。海水中铀资源丰富，总量高达45亿吨，是陆地已探明铀矿储量的近千倍。但从海水中提取铀是十分困难的事情，需要处理大量海水。目前海水提铀面临的主要问题是：（1）海水中铀浓度极低；（2）海水中干扰离子复杂；（3）海洋生物附着问题严重。研究人员针对海水提铀关键核心问题开展了广泛的研究，但目前仍没有合适的提升海水提铀工程技术的方法与理论研究依据，实现海水提铀依旧任务艰巨。

最新进展（截止问题发布年度）

2000年前后，日本采用多次锚定吸附方式获得了约1公斤“黄饼”。2010年后，美国组织开展了海水提铀试验研究，涉及机理研究、材料研制及性能测试，各个科研机构明确分工、协同配合。与此同时，我国国内多家科研单位也开展了海水提铀研究，材料研发达到国际先进水平。目前研究最为广泛、试验效果最好的是偕胺肟基吸附材料。2019年，上海应用物理研究所利用辐射诱导和化学引发接枝的自组装，制备了三维分级多孔、高比表面积偕胺肟基修饰纤维材料，在海砂过滤的海水中吸附容量达到了11.5 mgU/g材料。2020年，海南大学通过纺丝技术将嵌合体蛋白纺成了水凝胶蛋白纤维，在经过0.22µm滤膜过滤的海水中进行3天吸附实验，材料铀吸附容量达到17.45 mgU/g材料。以上材料制备成本较高，并且采用泵入深度过滤海水的方式动力消耗大，导致海水提铀成本较高。

海试研究方面，中核矿业科技集团有限公司海水提铀研究团队对盐湖（古海水）高盐度、低铀浓度的特征，研制出了抗生物附着甲基异噻唑啉酮基MIT功能材料，具有良好铀吸附性能，并具有明显抗生物附着特征；在西藏达则措盐湖中的材料吸附容量达到7.10mgU/g材料，试验过程中获得了300g“黄饼”。这一盐湖提铀研究结果是在国内外盐湖提铀领域首次报道。2021年，又在海南昌江海域进行海水提铀现场验证试验，吸附材料中吸附容量最高为4.10 mgU/g材料。2020年，中科院高等研究院将静电纺丝丙烯腈改性聚乙烯纤维膜做成膜组件，在南海海域开展海水提铀现场试验，材料吸附容量在1.5-6.0mgU/g波动，获得500-600g铀初级产品（铀含量0.7%）。

综上所述，国内外在海水提铀方面取得了一定的研究进展，海水提铀成本仍远高于现天然铀市场价格；但随着高分子材料学科迅猛发展、工程技术领域的不断进步，突破海水提铀“瓶颈”，实现海水提铀未来可期。海水提铀研究需解决的关键问题如下：

（1）海水提铀相关机理尚待明确

多重干扰条件下海水中铀赋存状态研究。海水中离子强度高，大量竞争离子条件下提取极低浓度铀是挑战。可借助计算机模拟与计算对海水中多重干扰条件下铀的赋存形态进行基础研究，形成复杂情况下铀的赋存状态普适性理论。

特定材料功能基与海水中铀作用机理研究。探究材料功能基团与海水中铀的作用机理，指导相应功能基团的分子结构设计及吸附材料合成，实现高效快速铀吸附。

（2）高效海水提铀材料制备技术尚待突破

海水提铀材料的有效吸附容量有待提高；且有些吸附材料的制备成本也比较高。实现吸附材料的精准合成，提高材料抗生物附着性能，提高材料铀吸附效率。同时，探究弘量化制备原理，批量化制备吸附材料，降低成本。

（3）低能耗海水提铀实施方式尚待验证

采用泵入并加滤膜过滤的方式进行海水提铀，增加了海水提铀成本；而锚定吸附方式，能够充分利用潮汐能使海水与材料充分接触实现对铀的富集，但采用锚定吸附方式需要面对微生物附着难题。开发验证低能耗海水提铀实施方式，海水提铀与海洋资源开采多技术耦合，提高资源利用率，降低提铀成本。

（4）海水提铀技术与经济评价标准体系尚需建立

目前，国内外尚未形成统一的海水提铀技术评价标准。海水提铀材料性能测试标准不统一，难以判断海水提铀的技术状态和研究水平。推动海水提铀材料在吸附、淋洗等性能测试形成统一标准，使得海水提铀的技术状态、研究水平具有可比性。

海水提铀经济评价标准也亟需建立。结合国内外海水提铀技术的研究成果、工程化试验方法的发展和实践经验的总结，并综合考虑海水提铀现场条件试验过程中材料的吸附效率、装置及运行方式、燃料动力等指标分配权重，构建海水提铀技术经济性评价标准。

重要意义

海水提铀技术创新及工程化研究可支撑和引领海水提铀技术发展，为国家核能事业可持续发展提供铀资源保障具有重要战略意义。突破海水提铀研究“瓶颈”，推动实现海水提铀技术，具有重要的战略意义：

（1）对保障国家天然铀资源可持续供应具有重要意义

从长远发展看，为了规避对外依存度过大所带来的风险，开拓新的铀资源蓄力铀资源供给是十分必要的。基于铀的稀缺性和战略价值以及铀矿产资源的有限性，从海水中提取铀资源对于保障我国铀资源可持续供给，支撑核领域快速发展，具有重要的意义。

（2）对弥补非常规铀资源水冶科研短板具有重要意义

拓宽资源开发的新思路，通过深化铀分离回收机理研究，加大对复杂条件下的非常规铀资源开发技术研究、铀分离专用材料和设备研究，发展和完善铀水冶科技创新技术体系，加快建立能源开发新体系，可夯实铀水冶科研基础、弥补我国铀分离领域科研技术短板。

（3）对科技创新成果转化具有重要意义

海水提铀研究有助于缩短海水提铀新工艺、新成果的转化、产业化进程，不仅可开展海水提铀共性技术研究，而且可加快科技链与产业链的衔接，对实现海水提铀科学研究中的新技术、新材料、新设备等科研成果转化具有重要的现实意义。

（4）对培养海水提铀科技创新人才队伍具有重要意义

铀资源开发重点靠人才，特别是高级铀水冶技术人才。海水提铀科技研发有助于培养学科带头人和高级铀分离技术人才，可通过科研创新带动人才队伍建设，进一步推进与加速青年科技人员成才，为海水提铀技术创新、可持续发展提供有力的人才支撑。