富磷水系中铀的赋存形态与分配研究

Because of the strong absorption capabilities of marine phosphate rocks towards uranium, most of the phosphate ores are associated with high concentration of radioactive uranium. Water and sediment are the main media of uranium migration into environment. The distribution of uranium between water and sediment is affected by the existing forms of dissolved uranium and the transformation between different forms. The existing forms of uranium in water system and the distribution of uranium between water and sediment are both influenced by the factors such as temperature, pH, redox conditions, concentration of phosphate, and so on. The recent researches are focused on the existing forms of uranium in natural water containing phosphate ions. However, the existing form of uranium in phosphorus-enriched water system in phosphate affected zone, and the distribution of uranium between water and sediment are still requiring further investigations. This proposal is aimed to investigate the principle of uranium distribution between water and sediment under different conditions, and reveal the transformation mechanism of uranium in surface environment, based on the investigation of the influencing factors such as temperature, pH, Eh, coexisting components and mineral composition on the existing speciation of uranium, the concentration of uranium in water system and sediment, as well as the existing forms of uranium in water system in Longmen Mountain, a typical phosphorus-enriched water system in phosphate mining area.

海相磷块岩，具有较强的富铀能力，大多数磷矿都伴有高含量的放射性铀。磷矿开发过程中铀对环境影响的途径主要是水系，水、沉积物是铀迁移转化的主要介质。水体溶解铀的赋存形态和铀在水与沉积物之间的分配，受温度、酸碱度、氧化还原条件、磷酸盐浓度、矿物组成等因素的影响。目前的研究主要针对含碳酸根离子的天然水铀的赋存形态，而对于磷矿影响区，水体富含磷、铀，富磷水系铀的赋存形态如何？水-沉积物间的分配如何？有待深入研究。本申请拟以龙门山典型磷矿开发影响区富磷水系为研究对象，通过铀的赋存形态以及环境条件T、pH、Eh、伴生组分、矿物组成变化，对铀赋存形态和铀分配的影响研究，综合水体、沉积物中铀含量和水体中铀赋存形态的变化，探讨不同条件下铀在水-沉积物间的分配规律，为揭示表生环境铀的迁移转化机理奠定基础。

铀是具有放射性与毒性的氧化还原敏感元素，其赋存形态的变化是影响其迁移转化行为的主要因素，因此，针对不同体系中铀形态与分配的研究，不仅可以有助于理解铀在水-岩圈层中的迁移转化行为，而且可用以预测核素在环境中的归趋。前人热力学研究表明，铀元素与磷具有很强的络合作用，但是针对富磷环境中铀的赋存形态及其分配规律，则研究极少。因此，本课题从理论与实验角度，分别针对富磷体系中铀的形态与吸附机制进行研究，主要结论如下：（1）对于三种不同化学组成的富磷水体系 (U-P-NaCl-H2O、U-CO2-P-NaCl-H2O、U-Ca-CO2-P-NaCl-H2O)而言，在酸性氧化条件下，磷酸盐对铀赋存形态影响极小，铀主要以UO22+形式存在，但在酸性还原条件下，磷酸盐可与U4+离子络合成为U(HPO4)44-；在中性至弱碱性条件下，U-P-NaCl-H2O体系中，铀主要以UO2(HPO4)22-形式存在，U-CO2-P-NaCl-H2O体系中，铀主要以UO2(HPO4)22-与碳酸型铀酰离子形式存在（如：UO2CO3, UO2(CO3)22-），对于U-Ca-CO2-P-NaCl-H2O体系而言，由于Ca2+的络合作用，铀主要以UO2(HPO4)22-、Ca2UO2(CO3)3及其他碳酸型铀酰离子形式存在；（2）研究区绵远河与石亭江水体，由于处于碳酸盐地区，铀主要以UO2(HPO4)22-与Ca2UO2(CO3)3形式存在，而沉积物的化学与矿物组成表明，沉积物中铀主要来源于磷矿石及其围岩，表明磷矿开发是引起铀在沉积物富集的主要原因；（3）铀在水-沉积物及其组成矿物之间的吸附实验表明，磷酸盐的存在会改变铀的吸附特征，无磷酸盐存在时，石英与长石在中性条件下对铀的吸附性最强，但当磷酸盐存在时，长石在酸性条件下、长石在碱性条件下对铀的吸附性最强，这与富磷条件下铀在水体中主要UO2(HPO4)22-形态存在关，而基于此建立的络合吸附模型(DLM)能很好的模拟实验效果；(4)富磷条件下沉积物对铀的化学吸附实验表明，高温分解有机质后的沉积物对铀的吸附实验结果与通过石英与长石吸附模型预测的结果是基本一致的，表明研究区沉积物中对铀吸附的矿物主要是长石与石英，沉积物表面的SEM-EDX的分析表明，沉积物对铀的吸附是以化学吸附为主，而基于沉积物单矿物组成变化预测沉积物对铀的吸附性是可行