南方的江西省、湖南省以及廣東省曾經是我國鈾生產的主要地區(qū),這些地區(qū)分布著很多鈾尾礦庫。隨著時間的推移,在各種物理化學和生物過程作用下,鈾尾礦庫中的鈾會向周邊的土壤環(huán)境遷移擴散,污染周邊的農田土壤和地下水。而我國江西省、湖南省以及粵北地區(qū)主要的土壤類型為紅壤。因此,研究鈾在紅壤中的遷移轉化及其控制方法,有利于了解鈾的環(huán)境化學行為,為預測鈾在紅壤中的遷移趨勢,以及為鈾污染紅壤的修復提供理論基礎。對于控制鈾尾礦庫周邊地區(qū)紅壤及地下水鈾污染具有重要的意義。本文選擇我國南方某鈾尾礦庫周邊紅壤作為研究對象,采用批次吸附實驗、土柱遷移實驗、氧化還原轉化實驗以及鈍化修復實驗,結合模型模擬與各種分析檢測手段,探討鈾在紅壤中的遷移轉化過程和機理,并對鈾污染紅壤中鈾的遷移活性控制方法進行了研究。論文的主要內容和結論如下:1.采集我國南方某鈾尾礦庫周邊包氣帶紅壤樣品,分析其理化特性參數,表明該紅壤屬于壤質粘土,具有低有機質、低pH值的特點。通過批次吸附實驗,研究硫酸根作為背景電解質,不同溶液初始pH值和碳酸根濃度條件下紅壤對鈾的吸附模型和機理,結果表明:(1)不同初始pH值以及不同碳酸根濃度條件下,紅壤對鈾的吸附動力學均符合準二級動力學模型,而等溫吸附均符合Freundlich等溫吸附模型。(2)鈾主要通過與紅壤表面的羥基(-OH)作用而被吸附。溶液中沒有碳酸根時,溶液平衡時的pH值控制著紅壤對鈾的吸附能力。而溶液中存在碳酸根時,碳酸根濃度和初始pH值共同控制著紅壤對鈾的吸附。2.通過室內土柱遷移實驗并結合HYDRUS-1D軟件,模擬硫酸根為背景電解質時,不同初始pH值以及不同碳酸根濃度的含鈾污水灌溉條件,研究鈾在紅壤土柱中的遷移規(guī)律和模型,結果表明:(1)溶液初始pH值越小,鈾在紅壤中的遷移活性越大;碳酸根濃度越大,鈾在紅壤中的遷移活性也越大。(2)兩點化學非平衡模型能很好地模擬不同初始pH值以及不同碳酸根濃度時鈾在紅壤土柱中的遷移規(guī)律。且平衡吸附位點比例分數f的值與初始溶液中帶正電荷的鈾形態(tài)的含量值近似相等,在不同碳酸根濃度實驗組中,f為0,可用一點化學非平衡模型模擬不同碳酸根濃度時的穿透曲線。(3)模型參數敏感性分析表明,分配系數_dk′是最關鍵的參數。兩點化學非平衡模型4個模型參數的敏感性由大到小依次為:分配系數_dk′、一級吸附速率常數ω、平衡吸附位點比例分數f、縱向彌散系數λ;一點化學非平衡模型3個模型參數的敏感性由大到小為:分配系數_dk′、一級吸附速率常數ω、縱向彌散系數λ。3.采集紅壤型稻田土壤進行室內氧化-還原振蕩實驗和還原實驗,模擬稻田土壤的氧化還原動態(tài)環(huán)境,研究土壤中鈾的價態(tài)和形態(tài)轉化規(guī)律和機理,可得以下結論:(1)在還原實驗中,土壤中穩(wěn)定四價鈾(晶質鈾礦和U(IV)-磷酸鹽)的含量存在飽和值,表明不穩(wěn)定的單體四價鈾短時間之內不能向穩(wěn)定的四價鈾轉化。(2)氧化-還原振蕩實驗中,土壤中水溶性的鈾含量輕微升高,這可能會增加鈾的環(huán)境風險,但穩(wěn)定四價鈾的含量顯著增加。且土壤中穩(wěn)定的四價鈾在氧化周期內不會被氧化。(3)土壤中微生物群落的改變以及土壤表面鐵氧化物的氧化還原轉化在鈾的氧化還原轉化過程中起到了關鍵的作用。(4)通過Tessier連續(xù)提取可知,氧化-還原振蕩實驗中,土壤中穩(wěn)定四價鈾的增加表現為醋酸鹽提取態(tài)的鈾向更穩(wěn)定的羥胺提取態(tài)轉化。4.采用稻殼生物炭鈍化修復鈾污染紅壤。通過研究稻殼生物炭對溶液中鈾的吸附特征,以及稻殼生物炭修復鈾污染紅壤后,紅壤中鈾的化學穩(wěn)定性和酸雨條件下的遷移活性,得到以下結論:(1)中性條件下,稻殼生物炭對溶液中的鈾具有較強的吸附能力。(2)稻殼生物炭修復酸性鈾污染紅壤后,土壤的pH值得到一定程度的改善。(3)通過合成沉淀浸出法(SPLP)可知鈾污染紅壤中約26.53%的鈾可被提取,而添加5%和10%稻殼生物炭修復的鈾污染紅壤中鈾的可提取率分別降至約2.58%和1.40%,表明稻殼生物炭修復后,紅壤中鈾的短期釋放潛力大大降低。(4)Tessier連續(xù)提取可知,隨著稻殼生物炭添加比例的增大,可交換態(tài)的鈾含量減少,碳酸鹽結合態(tài)的鈾含量增多,鐵錳氧化物結合態(tài)的鈾略有減少,而有機質結合態(tài)和殘渣態(tài)的鈾含量基本不變。且可交換態(tài)與碳酸鹽結合態(tài)鈾的含量之和略有增多,可知稻殼生物炭修復后鈾污染紅壤中鈾的化學穩(wěn)定性仍然不高。(5)模擬三年酸雨量淋溶實驗可知,鈾污染紅壤中約26.37%的鈾被浸出,而添加5%和10%的稻殼生物炭修復的鈾污染紅壤相同條件下的浸出率分別只有7.30%和3.18%,表明稻殼生物炭修復后,紅壤中鈾的長期釋放潛力也大大降低。
【學位單位】：南華大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X53;O647.3
【部分圖文】：

圖 1.1 鈾的 Eh-pH 水溶液電化學平衡圖譜（log∑CO2=-1）[100]Figure 1.1 The Eh-pH diagram of U with log∑CO2=-1在還原條件下，四價鈾是穩(wěn)定的，但 Wan 等[109]發(fā)現生物原環(huán)境仍然能被氧化；且在還原環(huán)境中三價鐵的還原性溶

圖 1.2 鈾尾礦庫中鈾在周邊環(huán)境中遷移轉化示意圖Figure 1.2 Schematic diagram of U transport and transformation in soils around the urnaium tailingimpoundment

本研究的技術路線圖
【參考文獻】

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本文編號：2862683