典型高放玻璃蚀变次生矿物对阴阳离子核素的协同捕获作用

蚀变次生矿物对放射性核素的捕获作用导致近场包容，是阻滞核素迁移的重要机理之一，对高放废物地质处置系统的安全性有重要影响，在环境修复过程中的作用受到普遍关注，但是相关的实验研究工作较薄弱。此外，以往的研究案例基本上是某一种蚀变次生矿物对单个离子的捕获作用，我们的初步实验研究则表明，蚀变次生矿物对某些阴、阳离子的协同捕获可以增大其捕获量。REE是锕系元素的类比元素，但没有放射性，给研究工作带来很大便利；79-Se是核反应过程中形成的一种裂片核素，具有化学和放射性双重毒性。本项目拟通过水热合成两种典型的高放玻璃蚀变次生矿物（水滑石和皂石），研究次生矿物对REE的捕获作用以及对REE和硒的协同捕获作用，查明其捕获机理，其研究结果不仅具有重要的科学价值，而且将为高放废物地质处置系统安全性评价提供科学依据和重要参数。

在高放废物处置库中，一旦地下水接触到废物体，原本包容在废物体中的放射性核素就会随着地下水迁移。另一方面，废物体与水接触后又会蚀变产生一系列次生矿物。次生矿物在形成过程中可以捕获一定量的放射性核素，从而延缓其迁移。本项目着重研究了高放废物玻璃典型蚀变次生矿物皂石、水滑石及方解石对REE和Se的协同捕获作用，通过多种手段对比研究了REE和Se进入矿物后对其形貌、结构和化学成分的影响，其研究结果不仅具有重要的科学价值，而且将为高放废物地质处置系统安全性评价提供科学依据和重要参数。. 研究表明，当皂石中加入一定量Ce和Se时，TEM形貌基本无变化。当只添加Se时，皂石中Se含量与添加Se量并无直接相关关系。当加入一定量Ce时，皂石中Se含量明显增高，最高可达102ppm，说明Ce的加入有助于皂石对Se的捕获。根据晶体结构及试验结果分析，Ce主要取代皂石结构中的Mg，而Se则主要取代皂石结构中的Si。当水滑石中加入Ce和Se时，其晶体尺寸明显变小，且由片状结构向棒状/丝状结构转变。水滑石对几种阴离子的捕获能力依次为：〖CO〗_3^(2-)>〖SO〗_4^(2-)>〖SeO〗_3^(2-)>〖SeO〗_4^(2-)。当Ce存在时，水滑石中Se含量变化较大，可能与多种因素有关，需要进一步研究确认二者之间的相互作用。当Eu、Se进入方解石结构时，方解石晶体尺寸明显变小。方解石晶体中捕获的Se、Eu含量随着母液中Se、Eu含量的增加而增加。Se进入方解石晶格可抑制了Eu的进入；Eu≤1mmol/L时，Eu的存在可促进对Se的捕获，但当Eu>1mmol/L时，则抑制方解石对Se的捕获。. 此外，本项目还开展了类高放废物玻璃体系中铀的晶体化学行为研究。重点研究了U-硼酸盐体系和U-硼磷酸盐体系中可能产生的次生矿物，并对他们的晶体结构、光学性质等进行了详细的研究。首次发现了铀酰硼磷酸盐化合物，并发现了一系列新型的硼酸铀酰化合物，丰富了铀酰化合物、硼磷酸化合物的知识结构。