杂质组分及亚铁离子对铀(VI)、硒(IV)在矿物-水界面上还原作用的影响

Uranium is the most important material for nuclear industry, while Se-79 is one of the fission products of nuclear reaction. Both uranium and Se-79 have chemical toxicity and radiological toxicity. The retadation of U(VI) and Se(IV) in environment is important for the public health, sustainable development of nuclear industry and safety of nuclear waste repositories. U(VI) and Se(IV) are the dominate species for uranium and selenium in polution environment, which are easily mobile and highly toxic. However, both uranium and selenium have very low solubility and are easy to be immobilized when they have lower valence state than U(VI) and Se(IV).Therefore, reduction of U(VI) and Se(IV) is one of the most effective methods to control the pollution of uranium and selenium. Unfortunately,most of the samples used in the study of reduction of U(VI) and Se(IV) by minerals were synthesized in laboratory. These synthetic minerals are lack of substituted cations which are common in natural minerals. It is well known that the substituted cations might change the surface properties of minerals. Therefore,it is necessary to figure out the interaction of U(VI) and Se(IV) with minerals which adopt different substituted cations. Thus, the proposed research programme will focus on the effects of different substituted cations in calcite and pyrite and aqueous ferrous ion on the reduction of U(VI) and Se(IV) at the surface of minerals.The potential results will improve the understanding of the migration and redardation of U(VI) and Se(IV) in environment,and provide basic knowledge for the design of geochemical barriers for radionuclides and pollutants.

铀和硒-79均具有化学毒性和放射性毒性，阻滞铀、硒在环境中的迁移对保障公众健康、核工业可持续发展及核废物处置库安全具有重要意义。铀、硒主要以高价的铀(VI)、硒(IV)存在，迁移性强。吸附态Fe(II)及含Fe(II)矿物可将高价态的铀(VI)、硒(IV)还原为难溶、易沉淀的低价，降低其迁移性。矿物中的杂质组分对矿物的表界面性质有重要影响，但现有研究缺乏矿物中杂质组分对铀(VI)、硒(IV)在矿物-水界面上还原作用的影响。针对此问题，本项目拟用共沉淀法合成掺杂不同杂质组分的方解石和黄铁矿，研究矿物中的杂质组分对铀(VI)、硒(IV)在具有不同表界面性质的矿物-水界面上还原作用的影响，并研究额外添加亚铁离子对这一过程的影响。预期成果可为铀、硒的环境行为提供新的认识，为阻滞铀(VI)、硒(IV)在环境中的迁移提供理论支持，为有关地球化学屏障设计提科学依据和基本参数。

铀、硒-79和锝-99具有放射性毒性，是环境放射化学领域重点关注的元素/核素。铀、硒、锝在环境中主要以高价的铀(VI)、硒(IV)和锝(VII)存在，迁移性很强，阻滞其在环境中的迁移对保障公众健康及核废物处置库安全具有重要意义。矿物在阻滞核素迁移方面发挥着重要作用，如含Fe(II)矿物对铀(VI)、硒(IV)和锝(VII)具有一定的还原作用，可以降低其迁移性。但现有研究对矿物中杂质组分对铀(VI)、硒(IV)和锝(VII)在矿物表面还原作用的影响认识不足。因此，本项目以铀、硒和锝为研究对象，重点研究了方解石中的杂质组分对硒(IV)在方解石表面还原作用的影响及黄铁矿中的杂质组分对铀(VI)、硒(IV)和锝(VII)在黄铁矿表面还原作用的影响。.研究结果表明：(1)方解石和黄铁矿对各种杂质元素的容纳能力与元素种类有关，方解石对Cd、Mn、Co、Cu、Zn等容纳能力较强，对Ni容纳能力较弱。黄铁矿对Co、Ni、Zn容纳能力较强，但对Cu容纳能力较弱。(2) 掺杂杂质元素后，方解石和黄铁矿粒径均变小，比表面积增大。(3)方解石对硒(IV)无还原能力，其还原作用来源于吸附在方解石表面的Fe(II)。掺杂杂质元素后，方解石对硒(IV)的还原作用增强，主要归因于其比表面积增大，对硒(IV)和Fe(II)吸附能力增强。(4)黄铁矿中杂质组分对黄铁矿吸附硒(IV)的影响较为复杂，与杂质元素种类、含量及溶液pH均有关，既有促进作用也有抑制作用。根据XANES结果，大部分杂质可促进黄铁矿对硒(IV)的还原作用，这可能与杂质组分进入后晶体结构畸变，释放Fe(II)能力增强有关。(5)黄铁矿对铀(VI)的吸附作用与溶液pH值呈正相关关系，不同杂质组分通过改变溶液pH从而影响对铀(VI)的去除能力。XANES结果表明，所有被黄铁矿吸附的铀均为U(VI)，未被还原。含Cu黄铁矿-铀体系中，部分铀以Cu-Fe-S-U共沉淀的形式存在。(6)杂质组分可促进黄铁矿对Tc(VII)的吸附作用，所有被吸附的Tc(VII)均被还原为Tc(IV)。被还原的Tc大部分以TcO2形式存在，Co、Ni体系中也有部分TcS2。.本项目研究表明，矿物中杂质组分不但可以影响矿物与核素的相互作用进程，而且对其反应的产物也有一定的调控作用。