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放射性废物的处置关系到核工业的可持续发展和环境安全,目前已成为国际社会关注的热点问题之一。在各类核素中,核素铀由于其典型性和复杂性而成为国际研究的前沿和热点;另一方面,花岗岩则以其低渗透性和分布的广泛性而成为放射性废物处置的重要介质之一。基于此,依托我国华南低中放废物处置场项目,采用动力学吸附实验、吸附等温线实验和土柱实验相结合的实验方法,开展铀在花岗岩风化物中的动力学吸附和解吸规律研究,以从地球化学反应层面揭示铀的运移过程,并研究流速、粒度等对铀的吸附和运移过程的影响;然后通过考虑耦合的水动力和多组分反应运移理论,采用数学建模的方法量化研究铀的运移过程和吸附机理,模拟分析铀在固液相间分布系数的变化规律及其影响机制,并研究将反应性运移理论和室内实验结果应用到野外场地模拟的方法。本课题研究可为放射性废物处置场地的安全性评价提供理论依据和技术支撑,同时可为其它核素的反应性运移研究提供有效借鉴。
放射性废物的处置关系到核工业的可持续发展和环境安全,目前已成为国际社会关注的热点问题之一。依托我国华南低中放废物处置场调查项目,采用动力学吸附实验、吸附等温线实验和土柱实验相结合的实验方法,开展了铀在花岗岩风化物中的动力学吸附和解吸规律及场地尺度模拟应用研究。结果表明,花岗岩风化物对铀具有较强的吸附作用,铀在花岗岩风化物中的吸附/解吸是个动力学过程,吸附区域可分为平衡吸附和动力学吸附两类,前者主要发生在风化形成的粘土矿物表面,后者则主要受花岗岩晶内吸附点控制;强风化花岗岩对铀的总体吸附能力大于全风化花岗岩,表明强风化花岗岩中残留的某些矿物比全风化花岗岩风化物的粘土矿物具有更强的吸附能力;另一方面,由于风化过程逐步打开了花岗岩的内部表面积,因此全风化花岗岩中产生平衡吸附的能力大于强风化花岗岩。花岗岩风化物对铀的阻滞能力主要由其产生平衡吸附的能力控制,因此全风化花岗岩对铀的阻滞能力大于强风化花岗岩。采用表面络合模型,可以正确模拟铀的多组分反应性运移过程。结合实验结果,模拟计算得铀的表面络合反应常数log K = 26.5,全风化、强风化花岗岩风化物的吸附点浓度分别为6×10-7 mol/g和8.5×10-7 mol/g,动态参数分别为:全风化花岗岩µ = -3.26、σ = 2.84,强风化花岗岩µ = -3.82、σ = 2.76。土柱实验实测和模拟计算结果均表明,铀的分配系数是不断变化的,这一结论在铯的吸附类比研究中得到了进一步的印证。最后,不同核素场地尺度、大周期的模拟应用技术研究结果表明,在设计处置单元分布情况下,场平条件极大地降低了核素运移导致的污染风险。对流作用控制了保守型核素的运移,而弱吸附性核素和强吸附性核素的运移则主要受控于吸附作用;相对灵敏度分析结果表明模型的灵敏度具有核素和参数的双重独立性,并且对某些参数的敏感度随时间的不同而发生变化。上述研究结果表明在进行核素运移模型校正和预测时应对不同核素和参数区别对待,从而达到正确模拟的目的。本课题研究可为放射性废物处置场地的安全性评价提供理论依据和技术支撑,同时可为其它核素的反应性运移研究提供有效借鉴。 2100433B
可根据大于2mm的颗粒分为砾质粘性土(>20%);砂质粘性土(5%-20%);粘性土(<5%)。
在福建省,按地方标准中花岗岩的情况 当饱和单轴抗压强度≤30时为强风化 30< <60时为中风化 ≤60时为微风化 微风化:结构基本未变,仅节理面有渲染或略有变色,有少量风化裂隙。 中风化:结...
岗岩易风化,花岗岩可以风化为粘土。这个是肯定的。花岗岩风化粘土含粘性较大。 粘土一般由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。一般在原地风化,颗粒较大而成分接近原来的石块的,称为原生黏...
花岗岩构造研究及花岗岩构造动力学刍议
花岗岩可以视为一种很好的构造标志体,犹如褶皱、断裂一样。从花岗岩浆的形成、融体分离、岩浆上升到岩体定位以及变形改造的全过程都蕴含着丰富的构造动力学信息。研究花岗岩浆上升、迁移和定位可以探讨构造块体抬升及区域构造动力学。岩体生长方式与构造块体的运动学、动力学有密切的关系,极性生长揭示了上、下构造块体或岩石圈之间的相对的近水平方向剪切运移。变形花岗岩体是一种区域尺度的应变标志体,可以进行岩石有限应变测量和流变学参数估算,为分析区域构造变形特征提供应变参数。以对不同期次、不同变形程度花岗岩体为间接标志体,通过锆石定年可以限定变形的时间,特别是有可能确定早期变形的时间。岩体定位深度的系统研究有利于了解构造块体的抬升和深部构造作用。花岗岩构造与花岗岩成因类型特别是其演变研究的结合是判别构造块体动力学背景以及其转换的有效途径。通过这几方面的系统研究和有机结合,可以提供丰富的构造动力学信息,是否可能发展成较系统的花岗岩构造动力学值得探讨。
(1)吸附剂的选择原则
工业吸附剂应具备一些要求:
① 吸附能力强,吸附容量大。吸附容量是指在一定的温度、吸附质浓度下,单位质量(或单位体积)吸附剂所能吸附的最大量。吸附量大,可降低处理单位流体所需的吸附剂用量。
② 具有大的比表面积和孔隙率。气体吸附剂的比表面积一般在(500~3000)m/g之间,吸附剂的有效表面积包括颗粒的外表面积和内表面积。而内表面积总比外表面积大得多,只有具有高度疏松结构和巨大暴露表面积的孔性物质,才能提供如此巨大的比表面积。
③ 具有良好的选择性。尤其针对混合气体,选择性是选择吸附剂的首选条件之一。
④ 机械强度、化学稳定性、热稳定性等性能良好,使用寿命长。吸附剂是在温度、湿度、压力等操作条件变化的情况下工作的,这就要求吸附剂有良好的机械强度和稳定性。尤其是采用流化床吸附装置,吸附剂的磨损大,对机械强度的要求更高,否则将破坏吸附的正常操作。
⑤ 颗粒均匀。如果颗粒太小不均匀,易造成短路和流速分布不均,引起气流返混,降低吸附分离效率;若颗粒太小,床层阻力过大,严重时会将吸附剂带出器外。
⑥ 再生容易。吸附剂在吸附后需再生重用,不间断地进行吸附与再生操作,再生活性稳定。
⑦ 价格低廉易得。
(2)吸附剂
① 活性炭
制取活性炭的原料有木材、泥煤、果核、椰壳、骨、血等。制取活性炭最常用的方法是将原料在缺少空气的高温条件下干馏,制得粗炭,然后再进行活化处理将堵塞孔隙的干馏物质除去,一般采用烧除法。
活性炭可按需要制成不同形状和粒度,如粉末活性炭、颗粒状活性炭及柱状活性炭。活性炭是应用非常广泛的吸附剂,它常常被用来吸附净化尾气中的有机蒸气、恶臭物质和某些有毒有害气体。
② 硅胶
硅胶是粒状无晶形氧化硅,它是用硅酸钠(水玻璃)与硫酸、或盐酸或酸性酸溶液反应生成硅酸凝胶(SiO2·nH2O),然后在115~130℃条件下烘干、破碎、筛分而取成各种粒度的产品。
硅胶的特点是具有很好的亲水性,硅胶最大吸水量可达本身质量的50%。因此,硅胶主要用来处理含湿量高的气体,进行干燥脱水。但硅胶吸附水分后就降低了对其他气体的吸附能力。硅胶大量用于气体的干燥和烃类气体回收。
③ 活性氧化铝
活性氧化铝是部分水化的、多孔的、无定形的氧化铝,它是以氢氧化铝作原料,经过焙烧、成型而制取的。活性氧化铝具有优先吸附水分的特性,因此主要用作气体的干燥剂。它对有些无机物具有较好的吸附作用,故常用于石油气的脱硫以及含氟废气的净化。
④ 沸石分子筛(简称分子筛)
分子筛是一种人工合成的沸石,具有许多直径均匀的微孔和排列整齐的孔穴.是具有多孔骨架结构的硅铝酸盐结晶体。
(3)吸附剂再生
在吸附床层操作接近于破点时,就认为吸附床层已失去活性不能再用,必须进行再生。吸附剂再生常用的方法如表9—6所示。
表9—6吸附剂再生方法
吸附剂再生方法 |
特点 |
热再生 |
使热气流(蒸气、热空气或惰性气体)与床层接触直接加热床层,吸附质可解析释放,吸附剂恢复吸附性能。不同吸附剂允许加热的温度不同。 |
降压再生 |
再生时压力低于吸附操作时的压力,或对床层抽真空,使吸附质解析出来,再生温度可与吸附温度相同。 |
通气吹扫再生 |
向再生设备中通入基本上无吸附性的吹扫气,降低吸附质在气相中分压,使其解吸出来。操作温度越高,通气温度愈低,效果愈好。 |
置换脱附再生 |
采用可吸附的吹扫气,置换床层中已被吸附的物质,吹扫气的吸附性愈强,床层解析效果愈好,比较适用于对温度敏感的物质。为使吸附剂再生,还需对再吸附物进行解吸。 |
化学再生 |
向床层通入某种物质使吸附质发生化学反应,生成不易被吸附质而解吸下来。 |
学科:核地质学
词目:富铀花岗岩建造
英文:uranium-rich granitic formation
释文:富铀花岗岩建造是指铀含量高于花岗岩的平均含量,且与铀成矿关系密切的花岗质岩石建造,如中国东南部的晚印支-燕山期含铀花岗岩建造、中欧(包括伊比利亚半岛、法国中部和波希米亚等地)海西期富铀花岗岩建造等。
铀在不同情况下,可以生成U(Ⅲ)到U(Ⅵ)的各种铀化合物,其中最稳定的是U(Ⅵ)的化合物,其次是U(Ⅳ)的化合物。主要化合物有:氧化物、氟化物、碳化物、硅化物。(见彩图)
铀化合物 铀的重要氧化物有UO、UO、UO、UO和UO,其中最稳定的是UO,其次是UO。
二氧化铀 UO 二氧化铀是深褐色粉末,密度为10.96克/厘米,熔点2878°C。二氧化铀具有半导体性质,电阻率随温度升高而下降。由于二氧化铀具有受强辐照时不发生异性变形、在高温下晶格结构不变、不挥发和不与水发生化学反应等特性,已广泛用于制造反应堆燃料元件。
二氧化铀在室温下较稳定,但在空气中加热到200°C以上时会氧化成八氧化三铀。二氧化铀在高温下能与氟化氢、氟化铵等作用生成四氟化铀;溶解在过氧化氢的碱溶液中,生成过氧铀酸盐。二氧化铀可用金属热还原法还原成金属铀,还原剂常用钙和镁。
具有工业意义的二氧化铀制备方法有两种:
① 高温还原法 三氧化铀或八氧化三铀在800~900°C与氢进行还原反应而得;或用氨作还原剂,在550°C也可制得二氧化铀。
② 热分解法重铀酸铵(NH)UO、三碳酸铀酰铵(NH)【UO(CO)】及草酸铀酰UOCO等铀盐,在隔绝空气的情况下热分解,生成三氧化铀,分解产生的还原性气体,可进一步将三氧化铀还原成二氧化铀。分解温度约为450°C,还原温度为650~800°C。
三氧化铀 UO 三氧化铀随着生成条件不同,具有无定形和多种晶体结构,至少有六种晶体异构体,并各具有不同的特性。其颜色通常为橙色,随着晶体结构不同,颜色也不同。
几乎所有的铀酰盐、铀酰铵复盐、铀酸铵盐在空气中煅烧,都可生成三氧化铀。工业上最常用的制备方法是三碳酸铀酰铵、硝酸铀酰 UO(NO)、重铀酸铵及铀的水合过氧化物在400°C下热分解。
八氧化三铀UO 八氧化三铀粉末的颜色随制备的温度不同而呈橄榄绿、墨绿,有时呈黑色。三氧化铀在温度大于500°C时,即可转化为八氧化三铀。重铀酸铵在800°C热分解也可得到八氧化三铀。
已发现的氟化物有UF、UF、UF、UF和 UF。UF不挥发。UF是唯一稳定而易挥发的铀化合物,在气体扩散法分离铀同位素的工艺中,占有重要地位。四氟化铀则是生产金属铀工艺中的重要化合物。
四氟化铀 UF 四氟化铀呈翠绿色,又称绿盐。四氟化铀很稳定,在800°C才与氧反应,在250~400°C与氟反应生成六氟化铀,在高温下碱金属或碱土金属能将其还原成金属铀。四氟化铀的制法有两种:①湿法,在酸性溶液中,将六价铀还原成四价,再与氢氟酸作用,生成四氟化铀沉淀;在低于100°C时,在真空或惰性气体气氛中,用氢氟酸处理二氧化铀,也可得四氟化铀,称为低温氟化法。上述两种方法所得的四氟化铀都是水合物。②干法,二氧化铀和氟化氢在500~700°C可转化为四氟化铀;用氟里昂作氟化剂时,由于它具有还原性,也可以三氧化铀为原料制得四氟化铀:
稍加入些氧,反应即不产生光气;以氢、氯化氢、三氯乙烷、四氟化碳等为还原剂,在高温下也可将六氟化铀还原为四氟化铀,此法也具有工业意义。
六氟化铀 UF 六氟化铀是近于白色的粉末,容易挥发,已广泛用于气体扩散法分离铀同位素。六氟化铀不很活泼,在一般条件下不与氧、氢或氯反应;与氢在300°C以上才发生反应,反应缓慢;与水反应剧烈,生成UOF和HF,并释放出大量热。六氟化铀是强氟化剂和氧化剂,它可使镍合金腐蚀形成氟化膜而抗腐蚀,还可与多数有机物起氟化反应。制备六氟化铀可用粉末状四氟化铀在约300°C与氟反应。
单铀酸盐和多铀酸盐(又称重铀酸盐)统称铀酸盐。单铀酸HUO形成的盐具有MUO通式,M是一价金属阳离子,铀呈六价。单铀酸在空气中与碱金属氧化物、碳酸盐或乙酸盐一起加热,可得单铀酸盐。多铀酸盐中重要的是重铀酸铵,在铀工业中是回收铀的重要中间产品,俗称黄饼。重铀酸铵的制法,在工业上是将氨水加入到硫酸铀酰或硝酸铀酰溶液中,即可生成重铀酸铵沉淀。重铀酸铵的分子式过去一直认为是 (NH)UO,近来研究表明,它是三氧化铀-氨-水的三元体系,随沉淀生成的pH等条件的不同,三元组成也不同。
氢化铀是实验室中由铀制备大部分铀化合物的中间产物。块状金属铀在 250°C时与氢迅速反应,生成黑色粉末状氢化铀,温度高于400°C时,氢化铀开始分解,可得高活性细粉末状的铀。这种铀特别适于合成铀的化合物,这是氢化铀最主要的用途。
铀的碳化物具有独特的金属传导性,其熔点和硬度都很高,适于做核燃料。共有三种碳化铀:UC、UC和UC。UC和分散在石墨中的UC,是高温反应堆使用的核燃料形式。将氢化铀分解而得的细铀粉末与甲烷作用,在650°C生成UC,在950°C以上生成UC。也可用碳还原氟化铀,然后用真空电弧熔化及浇铸而得UC。
铀的硅化物主要是硅化铀USi,它的密度高(15.6克/厘米),寄生中子吸收截面低,同时对水有良好的耐腐蚀性。初步辐照试验已证明,它是一个潜在的有用的核燃料。硅化铀可用真空感应炉熔化铀和硅制得,由于其组成范围很窄,实际上很少得到单相合金,往往含有过量的铀或USi。