可变价核素在塔木素黏土岩合成地下水中的溶解度与种态分布.pdf
《可变价核素在塔木素黏土岩合成地下水中的溶解度与种态分布.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《可变价核素在塔木素黏土岩合成地下水中的溶解度与种态分布.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、核能是世界大规模商用的清洁能源,发展清洁核能是我国实现“年碳达峰、年碳中和”两大目标的重要途径之一.核能在带来巨大经济效益的同时,也产生了一定量的放射性废物,其中的高水平放射性废物(高放废物)因具有放射性强、毒性大、半衰期长、发热等特点,其安全处置是世界性的难题.目前,基于多重屏障概念的深地质处置是唯一可行的高放废物永久处置方案.从 世纪八十年代中期开始,我国启动了高放废物地质处置场址筛选研究,并初步选定甘肃北山花岗岩预选地段为重点研究区.但根据 年由原国防科工委、科技部和原国家环保总局联合发布的 高放废物地质处置研究开发规划指南,在最终确定高放废物地质处置库场址之前,需开展不同围岩和不同地区
2、预选场址的比较研究;除花岗岩以外,也需要重点开展黏土岩场址筛选研究.内蒙古自治区阿拉善盟的塔木素地区是我国高放废物地质处置库黏土岩预选场之一.黏土岩作为处置场围岩的备选岩石,具有导水率低和自封闭能力强等优点,初步评价结果显示塔木素预选区各方面条件均符合我国黏土岩处置库选址的技术要求 .年 月,国家国防科工局正式批复 高放废物地质处置库西北地区黏土岩地段筛选与评价研究(科工二司 号)规划项目,该项目以高放废物地质处置黏土岩处置库 内蒙古塔木素预选区预选地段为研究区,开采两口钻孔T z k 和T z k,利用钻孔岩芯信息和收集到的相关资料对预选地段处置围岩岩层的适宜性进行定量的评价以及开展相关的安
3、全评价工作.核素的溶解度和种态形态是影响其迁移性能的最主要因素,是开展处置库安全评价必须掌握的信息.利用地球化学模拟技术,国内的学者已核化学与放射化学第 卷开展过较多的有关U、S e、T c和N p等在我国高放废物处置库重点研究区甘肃北山地下水中的种态分布模拟及溶解度分析研究 ,而对于塔木素黏土岩国内仅开展过初步的区域地下水流及核素迁移方面的模拟研究 ,也有学者利用塔木素铀矿床地下水研究过U和T h在塔木素地下水的种态分布 ,但该地下水来自核工业二八地质大队勘探的水文钻孔,属于上部砂岩层地下水,并非来自黏土岩层地下水.事实上,由于具有导水率低和自封闭能力强等特点,黏土岩层的地下水一般处于贫乏状
4、态.为综合评价内蒙古塔木素黏土岩处置库选址的适宜性,有必要进一步开展放射性核素在该区域水岩体系中的溶解度和种态分布研究.由于黏土岩中地下水渗出量少,现阶段难以获取无污染的原生地下水.因此,本工作拟利用浸泡平衡法合成塔木素黏土岩地下水,并基于塔木素黏土岩中的F e/F e比例计算合成地下水的氧化还原电势(E h)值,之后利用P HR E E Q C程序及最新的热力学数据研究U、S e、T c和N p在该地下水中的溶解度和种态分布随p H和E h变化情况,为评估塔木素黏土岩处置库的适宜性提供基础参数.实验部分 仪器和试剂U l t i m a I VX射线衍射仪(X R D),日本理学株式会社;A
5、 R L P e r f o r mX X射线荧光光谱仪(X R F),美国赛默飞世尔科技公司;U V 紫外可见分光光度仪(U V),日本岛津公司;电感耦合等离子体发射光谱仪(I C P O E S),美国安捷伦科技公司;M e t r o HmI C 离子色谱仪(I C),瑞士万通公司;p H电极,瑞士梅特勒托利多公司;手套箱(A d v a n c e d mm mm mm),米开罗 那(上 海)工 业 智 能 科 技 股 份 有 限 公 司;D u r a F V超纯水机,上海和泰仪器有限公司.盐酸(HC l),分析纯,质量分数 ,广州化学试剂厂;盐酸羟胺(HONHC l)、邻菲罗啉(C
6、 HN)、氯 化 钠(N a C l)、无 水 硫 酸 钠(N aS O),分析纯,天津市大茂化学试剂厂;冰醋酸(CHC O OH),分析纯,广东光华化学有限公司;醋酸钠(CHC O ON a)、氟化钠(N a F)、碳酸氢钠(N a HC O),分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;m g/L浓度规格的F e、N a、C a、K、S i、A l、M g、L i和M n标准溶液,国家有色金属及电子材料分析测试中心;无水碳酸钠(N aC O),分析纯,天津市诺克科技发展有限公司;硫酸标准溶液,m o l/L,东莞市树万化工有限公司;酚酞指示剂(g/L)、甲基橙指示剂(g/L),东莞市思博电子科技
7、有限公司;m孔径的滤膜,天津津腾实验设备有限公司.黏土岩的表征塔木素地区在内蒙古自治区阿拉善盟右旗中北部,地质上位于巴音戈壁盆地南缘西段,宗乃山和沙拉扎山北缘.本工作的黏土岩来自于该地区两个钻孔T z k 和T z k 的岩芯,深度分别为 m(T z k )和 m(T z k ).选取岩芯内部新鲜部分,在手套箱中(O)m g/m)研磨成粉,测得T z k 与T z k 岩芯粉末的比表面积分别为 m/g和 m/g.黏土岩的组分采用X R D分析,扫描角度为 ;元素组成和含量则采用X R F分析.另取T z k 和T z k 岩芯粉末各 g,加入 m Lm o l/L的盐酸,于手套箱中的旋转仪上旋
8、转浸泡d,之后采用 m孔径的滤膜过滤,取 m L滤液通过邻菲罗啉分光光度法分析其中的F e/F e质量比例,以此比例计算浸泡液的氧化还原电势(E h).地下水的合成与分析取T z k 和T z k 岩芯粉末各 g于 m L血清瓶中,加入 m L除氧去离子水(M/c m)按 g/L的固液比于无氧手套箱中的旋转仪上旋转平衡d,取上清液用 m孔径的滤膜过滤后获得合成地下水.测量合成地下水的p H,之后取 m L合成地下水利用I C P O E S分析N a、C a、K、S i、A l、M g、L i、M n和F e元素含量,取 m L合成地下水通过I C分析阴离子F、C l和S O含量,取 m L合
9、成地下水用滴定法分析C O含量.E h的计算条件设置地下水的氧化还原电势E h是影响核素溶解度及种态分布的重要因素.但由于受众多不确定因素的干扰,地下水中的真实E h值难以准确测定.本课题组前期的工作基于地下水中总铁含量、围岩中F e/F e比例以及现场动态连续实测值,建立过一套系统的评估地下水E h的方法,表明基于地下水中总铁含量和围岩中F e/F e比例计算得到的E h值较接近真实值,而实第期吴嘉程等:可变价核素在塔木素黏土岩合成地下水中的溶解度与种态分布测值则比二者偏高,这可能是实际测量时电极受微量氧的污染影响或难达平衡所致.因此,本工作 利 用 测 得 的 岩 芯 中F e/F e比
10、例,通 过P H R E E Q C计算合成地下水中F e 和F e 的活度比(a(F e)/a(F e),再依据式()和()来计算合成地下水的E h值是合理可行的.F e eF e()E hE(F e/F e)l ga(F e)a(F e)()式中:E(F e/F e)表示F e/F e的标准电极电势,E(F e/F e)V;a(F e)和a(F e)分别为F e和F e的活度.在已达到热力学平衡的体系中,E h值对于每一组氧 化 还 原 电 对 都 是 相 同 的.给 定 氧 分 压(p(O)及溶液p H值后,体系的E h值就能确定.因此,为研究p H对核素溶解度和种态形态的影响,本工作假
11、设合成地下水的E h p H关系位于水的稳定域内,且平行于水单变线,即p(O)不变.O溶解于HO中的反应式为式().O(g)H e HO()而根据能斯特方程可得到E h p H关系如式().E hE(O/HO)l gp(O)p p H()式中:E(O/HO),O/HO的标准电极电势,E(O/HO)V;p,标准大气压,p P a;p(O),O的分压,P a.结果和讨论 黏土岩组分分析在本课题组近期的工作 中对两个黏土岩样品进行了X R D与X R F分析.X R D物相分析表明,两个样品均含有方沸石、白云石、石英以及氟铁云母,而不同点在于T z k 中存在长石,T z k 中存在铁白云石以及黄铁
12、矿;X R F分析表明,T z k 和T z k 中F e的 质 量 分 数(以F eO形式计算,下同)分别为 和 .通过邻菲罗啉分光光度法测得T z k 中F e和总F e的质量比(r(F e/F et o t)为 (不排除该黏土岩样品因在空气中暴露时间较长,岩芯内部也有部分被氧化),w(F e);T z k 中r(F e/F et o t),w(F e).由于T z k 中含有一定量的黄铁矿,而黄铁矿无法通过酸浸泡法溶解,因此该样品由邻菲罗啉分光光度法与X R F测出的铁含量存在一定差异.合成地下水分析T z k 和T z k 黏土岩合成地下水的化学成分列入表.两组合成地下水均呈碱性,p
13、H分 别 为 和 ;溶 液 中 阳 离 子 主 要 有表T z k 和T z k 黏土岩合成地下水的化学成分T a b l eC h e m i c a l c o m p o s i t i o no f s y n t h e t i cg r o u n d w a t e ro fT z k a n dT z k T z k T z k 组分c/(m o lL)sr)/组分c/(m o lL)sr/N a N a C a C a K K S i)S i)A l A l M g M g L i L i M n M n F e)F e)F F C l C l C OHC O C OHC O
14、 S O S O 注:)S i以S i O形式存在;)F e是总F e浓度;)n;)T z k 和T z k 黏土岩合成地下水的p H分别为 和 核化学与放射化学第 卷N a、C a、M g、K、S i,此 外 还 有 少 量 的A l和M n,两组地下水中C a和M g的含量存在较大差距.本工作另取一份T z k 岩芯样品,采用相同的方案进行浸泡平衡,但使用m o l/L的盐酸将p H调至 ,测得C a 和M g 的浓度分别为 、m o l/L,显著高于该样品在p H 时的浓度,与T z k 中C a和M g的浓度差异明显缩小.考虑到两组岩芯样品的X R D和X R F分析结果差异较小,因
15、此 认 为 两 组 合 成 地 下 水 中C a和M g含量存在较大差异主要是由p H的不同引起的.溶液中的阴离子主要为S O、C l、C O和F.由于T z k 中含有黄铁矿,在样品储存和研磨过程中可能发生部分氧化,导致T z k 合成地下水中的S O浓度远大于T z k 合成地下水的.与前人分析得到的塔木素地区地下水的组分 相比,本工作得到的合成地下水各组分含量偏低,这可能是文献 中所研究的地下水来自塔木素地区的砂岩层、属于高矿化水、而非来自黏土岩层所致.U、S e、T c和N p的溶解度和种态形态本工作测得T z k 岩芯中r(F e/F et o t),利用P H R E E Q C程
16、序计算得a(F e),a(F e),根据式()可计算得合成地下水的E h m V.根据式(),可得到l gp(O)p ,假设氧气分压p(O)不变,可获得p H E h关系式().E h p H()测得T z k 岩芯中r(F e/F et o t),利用P H R E E Q C程序计算得a(F e),a(F e),根据式()计算得地下水的E h m V.根据式(),可得到l gp(O)p ,假设氧气分压p(O)不变,可获得p H E h关系式().E h p H()P HR E E Q C程序中E h用p e值的形式表示,它与E h的关系为式().p eF R TE h()式中:F,法拉第常
17、数,C/m o l;R,摩尔气体常数,J/(Km o l);T,绝对温 度,K.在 K下,式()和()对应的p H p e关系式分别为式()和().p e p H()p e p H()利用式()和(),即可计算在不同p H条件下地下水对应的p e值,并以此模拟研究U、S e、T c和N p在合成塔木素地下水中的溶解度和种态分布随p H的变化情况.考虑到不同p H和E h条件下不同核素最大溶解度存在差异,U、S e、T c和N p的初始溶解度分别设置为、m o l/L.计算过程假设所有与这四个元素相关的矿物达到饱和时就沉淀.()p H的影响设定p H的变化范围为 ,依据式()和()限定p H和p
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变价 核素 塔木素 黏土 合成 地下水 中的 溶解度 分布
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。