沸石矿物对铀尾矿的固化及阻滞机理研究

发布时间：2017-06-18 11:23

  本文关键词：沸石矿物对铀尾矿的固化及阻滞机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铀尾矿含大量寿命长且毒性高的放射性核素(如U、Th等),是长期潜伏的放射性污染源,铀尾矿的堆放及处理措施不当将会给人类健康和生态环境带来了严重的危害。沸石矿物具有良好的吸附性和热稳定性,是处置铀尾矿的优良固化基材。本文以Na_2Si O3?9H2O、Na Al O2和Na OH为原料,在常压开放水体系中合成了Na A沸石和羟基方钠石;研究了A沸石和方钠石对模拟核素Cs的去除效果;并对铀尾矿的理化属性进行了研究,制备了沸石矿物/铀尾矿复合体,通过模拟地下水弱酸和弱碱环境,研究了沸石矿物/铀尾矿复合体中U、Sr和Mn元素的抗浸出性能,揭示了沸石矿物对铀尾矿的固化及阻滞机理。研究结果表明:采用水浴合成法,优化合成Na A沸石的最佳条件为:Na_2O/SiO_2摩尔比为2.0,晶化温度为T=80℃,晶化时间为t=10 h;合成羟基方钠石的最佳条件为:Na_2O/SiO_2摩尔比为4.0,晶化温度为T=90℃,晶化时间为t=12 h。Na_2O/SiO_2摩尔比对合成产物的骨架类型和纯度的影响较晶化温度和晶化时间大。羟基方钠石的形成主要经历了四个阶段:(1)无定形钠铝硅酸盐聚合阶段(5~10 min),(2)Na A沸石成核阶段(30~40 min),(3)Na A沸石和羟基方钠石协同生长阶段(1~3 h),(4)Na A沸石转变为羟基方钠石阶段(4~10 h);羟基方钠石的生长消耗了液相中的Si和Al,生长符合液相转变机制。骨架稳定性差和结构能量更高是Na A沸石转变成羟基方钠石的本质原因。在合成Na A沸石(或羟基方钠石)的过程中产生杂晶Na X沸石和羟基方钠石(或Na A沸石)主要取决于它们具有相似的骨架结构和相近的结构总能量。采用水浴合成法,优化合成含Cs A沸石的最佳条件为:初始Cs浓度c=3.0at.%、晶化温度T=80℃和晶化时间t=10 h;优化合成含Cs方钠石的最佳条件为:初始Cs浓度c=2.9 at.%、晶化温度T=90℃和晶化时间t=12 h;Cs掺杂进A沸石和方钠石晶格导致两者的衍射峰强度降低,Cs掺杂A沸石晶格导致晶格常数增大,而掺杂进方钠石晶格致使晶格常数减小。在不同反应条件下,A沸石和方钠石对Cs+的去除率均达到86%以上,优化条件下可分别达97.95%和96.88%,方钠石的去除效果略差于A沸石。铀尾矿样品的化学组成主要为SiO_2、Al2O3、K2O等,其中SiO_2和Al2O3的含量分别为74.71%和13.12%;样品经消解后测得U、Sr和Mn含量分别为30.4μg/g、122μg/g和523μg/g;样品的物相组成主要为钠长石、石英、二水石膏和微斜长石等。A沸石和方钠石对铀尾矿均具有良好的固化和封闭作用,但方钠石对铀尾矿的固化和封闭作用较A沸石佳。沸石矿物/铀尾矿复合体中U、Sr和Mn元素的浸出量均随p H值和浸出时间的增加而降低,在浸出时间为21天时维持在一个较小且稳定的数值,相比较A沸石/铀尾矿复合体,方钠石/铀尾矿复合体中U和Mn的浸出量更低,Sr的浸出量相差不大,抗浸出性能强。
【关键词】：沸石矿物 铀尾矿 放射性核素 固化 阻滞机理
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X753;P579
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 立题背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 铀尾矿研究现状12-13
• 1.2.2 放射性废物的固化研究现状13-15
• 1.2.3 沸石矿物处理废物的研究现状15-17
• 1.2.4 沸石矿物的制备现状17-18
• 1.2.5 存在问题18
• 1.3 主要研究内容18-19
• 1.4 主要研究成果19
• 1.5 主要创新点19-20
• 1.6 主要工作量20-21
• 2 沸石矿物的合成及表征21-48
• 2.1 Na A沸石的合成及表征21-30
• 2.1.1 实验21-24
• 2.1.2 Na_2O/SiO_2摩尔比对合成Na A沸石的影响24-25
• 2.1.3 晶化温度对合成Na A沸石的影响25-26
• 2.1.4 晶化时间对合成Na A沸石的影响26-28
• 2.1.5 NaA沸石的热稳定性研究28-30
• 2.2 羟基方钠石的合成及表征30-46
• 2.2.1 实验30-32
• 2.2.2 Na_2O/SiO_2摩尔比对合成羟基方钠石的影响32-33
• 2.2.3 晶化温度对合成羟基方钠石的影响33-34
• 2.2.4 晶化时间对合成羟基方钠石的影响34-36
• 2.2.5 羟基方钠石的热稳定性研究36-37
• 2.2.6 羟基方钠石的形成过程37-44
• 2.2.7 杂晶的形成机理探讨44-46
• 2.3 本章小节46-48
• 3 含CsA沸石 /含Cs方钠石的合成及表征48-69
• 3.1 含CsA沸石的合成及表征48-56
• 3.1.1 实验48-50
• 3.1.2 初始Cs浓度50-52
• 3.1.3 晶化温度52-54
• 3.1.4 晶化时间54-56
• 3.1.5 微观形貌特征56
• 3.2 含Cs方钠石的合成及表征56-66
• 3.2.1 实验56-58
• 3.2.2 初始Cs浓度58-62
• 3.2.3 晶化温度62-64
• 3.2.4 晶化时间64-66
• 3.2.5 微观形貌特征66
• 3.3 含CsA沸石 /含Cs方钠石的合成机理探讨66-68
• 3.4 本章小节68-69
• 4 沸石矿物对铀尾矿的固化及稳定性研究69-91
• 4.1 铀尾矿的属性研究69-76
• 4.1.1 铀尾矿描述及预处理69
• 4.1.2 化学成分69-71
• 4.1.3 粒径分布71
• 4.1.4 物相组成71-72
• 4.1.5 显微形貌72-73
• 4.1.6 碱蚀量73-76
• 4.2 沸石矿物 /铀尾矿复合体的制备76-79
• 4.2.1 实验76
• 4.2.2 沸石矿物/铀尾矿复合体的物相组成76-77
• 4.2.3 沸石矿物/铀尾矿复合体的微观形貌77-79
• 4.3 沸石矿物 /铀尾矿复合体的稳定性研究79-89
• 4.3.1 实验79-80
• 4.3.2 pH值对A沸石 /铀尾矿复合体抗浸出性能的影响80-82
• 4.3.3 pH值对方钠石/铀尾矿复合体抗浸出性能的影响82-84
• 4.3.4 浸出时间对A沸石 /铀尾矿复合体抗浸出性能的影响84-86
• 4.3.5 浸出时间对方钠石/铀尾矿复合体抗浸出性能的影响86-89
• 4.4 样品的阻滞机理探讨89
• 4.5 本章小节89-91
• 结论91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-99
• 攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果99

  本文关键词：沸石矿物对铀尾矿的固化及阻滞机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：459123