铀（VI）在合成黄铁矿和羟基磷灰石的作用机理研究

发布时间：2018-07-08 18:30

  本文选题：PHREEQC + 铀　； 参考：《东华理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：近年来,随着世界核能事业的快速发展,对铀的需求与日俱增,不可避免的产生废水和废渣。我国又是一个贫铀的国家,现已探明的铀储量居世界第10名之后,而矿床规模又以中小为主(占总储量的60%以上)。铀资源的保障和核电环境安全成为核电发展的关键,本文针对铀矿与黄铁矿共生,特富铀矿与羟基磷灰石共存这一普遍地质现象,开展了铀(Ⅵ)与黄铁矿、羟基磷灰石在电子、离子、原子和分子间的相互作用。本文通过水热法合成纯度较高的黄铁矿,采用批次吸附试验,实验结果表明,黄铁矿吸附铀的过程由液膜扩散过程控制、以化学吸附为主,吸附过程是一个吸热的自发过程,其焓变△H=55.65 KJ/mol、熵变△S=241.31 J/(mol.K)、自由能△G=-16.29KJ/mol、拟二级反应速率常数K2=0.0085 mg/(g.min)和最大吸附容量Qm=43.01mg/g;通过X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、能谱色散谱仪(EDS)表征,验证了黄铁矿能还原铀酰离子,生成不片状铀化合物沉淀,且被吸附在黄铁矿表面;采用循环伏安(CV)技术,结果表明黄铁矿还原铀酰离子有一个过渡态U(V),其节点为黄铁矿与铀的摩尔比0.63;黄铁矿的光电子能谱(XPS)表明,黄铁矿与铀作用前后,S的外层电子结合能发生了明显变化,而Fe的外层电子结合能也有稍微变化,这说明在黄铁矿还原铀过程中,黄铁矿中元素S和Fe元素都起了作用,但元素S的作用更明显;还证实了腐殖酸对黄铁矿还原铀有抑制作用,氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿还原铀有协同促进作用;通过PHREEQC理论计算表明,随着pH值的增加,UO22+离子快速降低,铀逐步以UO2(OH)2、(UO2)3(OH)5+离子和(UO2)4(OH)7+离子形态存在,当黄铁矿与铀的摩尔比大于0.75时,开始生成U(IV)沉淀,当摩尔比大于约1.75时,U(VI)完全被还原成沉淀形式的U(IV);温度升高有利于提高黄铁矿的还原能力,当温度大于150℃时,黄铁矿还原铀的能力达到最佳。本文合成了羟基磷灰石,批次吸附试验的结果表明,羟基磷灰石吸附铀的过程更遵循液膜扩散、吸附速度更符合拟二级动力学;根据铀的浓度不同,羟基磷灰石吸附铀有两种不同的吸附方式,在铀的初始浓度为20~100mg/L时符合Langmuir等温吸附,在铀的初始浓度为700~1000mg/L更符合Freundlich等温吸附,说明在铀浓度低时是离子交换吸附为主,在铀浓度高时可以发生多层物理吸附。通过理论计算得出吸附过程的拟二级速率常数K2=0.137 mg/(g.min)、最大吸附容量Qm=1000 mg/g;通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱色散谱仪(EDS)及循环伏安法(CV)表征,表明羟基磷灰石吸附大量铀后发生了相变,由规则的六方晶系向四方晶系转变,没有价态的变化。黄铁矿是铀成矿的必要因素,磷灰石有利于富铀矿的形成。微生物对铀富集有促进作用,而腐殖酸等与铀有强络合能力的有机物不利于铀的还原与沉淀。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of nuclear energy in the world, the demand for uranium is increasing day by day. China is also a country with depleted uranium, which ranks behind the 10th largest uranium reserves in the world, and the deposit size is mainly small and medium (accounting for more than 60% of the total reserves). The protection of uranium resources and the environmental safety of nuclear power have become the key to the development of nuclear power. In view of the common geological phenomenon of uranium and pyrite coexisting with ultra-rich uranium deposit and hydroxyapatite, uranium (鈪，

本文编号：2108323