U(Ⅵ)在某铀尾矿库附近各土壤层中吸附-迁移规律研究

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铀矿冶生产过程中含铀尾砂通常露天堆放,受到降雨等气候影响使得铀等核素重新进入土壤剖面、地下水甚至生态系统中,对人类及其他生物造成了极大的生物毒性。针对现有铀尾矿库的污染评估和退役治理成为解决这一环境问题的首要任务。为了了解铀尾矿库中铀的空间分布情况,取用南方某铀尾矿库附近棕红壤剖面中的淋溶、淀积和母质层等无铀土样,通过静态吸附和动态淋溶两部分实验重点探讨U(Ⅵ)在各土壤剖面层的吸附与迁移特性,以此分析U(Ⅵ)在土壤剖面各土层中的空间分布特征。静态吸附实验从吸附时间、U(Ⅵ)溶液初始浓度、pH值、温度、粒径等影响因素探讨了各土层对U(Ⅵ)的吸附规律及差异,使用等温吸附模型和动力学模型进行了拟合分析,并采用比表面测定、X射线荧光、扫描电镜、傅里叶变换和X射线衍射等方法对各土层样的理化性质、结构和形貌进行了表征分析;采用自制一维动态淋溶装置进行动态淋溶实验,从各土层水动力弥散系数和弥散度、分配系数和滞留因子等方面对比了U(Ⅵ)在土壤剖面的迁移能力,同时使用BCR法分析了U在各土层中的赋存形态。获得的主要结果如下:静态吸附实验结果表明:随着深度的增加,土壤剖面中的土样对铀的吸附能力下降,这与土壤各土层中天然有机质、组成元素和碳酸盐的含量pH值等因素密切相关。当淋溶、淀积层处于25℃下,pH为6.2、母质层pH为4.1时,此时各土层对U(Ⅵ)达到最大吸附量,分别为23.60、22.82及13.05 mg·g-1。热力学和动力学拟合结果分别表明,各土层的Langmuir方程(R2>0.999)和准二级动力学模型(R2>0.98)拟合度更高,说明实际吸附主要以单层、均质吸附为主,吸附过程主要为化学吸附。动态淋溶实验显示,淋溶层纵向弥散度aL和横向弥散度aT均大于淀积层和母质层,说明U(Ⅵ)在淋溶层中的运移扩散能力明显更强。淋溶、淀积、母质层和混合柱的分配系数Kd分别为164.64、187.76、234和202.58,这一结果与静态吸附结果一致:淋溶层对铀的吸附能力明显强于淀积层和母质层。BCR法分析结果表明,随着土壤深度增加,各土样有机质结合态、Fe/Mn结合态与残渣态比例显著增加,可交换态比例降低,U(IV)随着土层深度的增加含量显著上升。同时,土壤上部淋溶层中铀有机结合态与Fe/Mn结合态能伴随土壤液垂向迁移至土壤剖面下部的母质层,但母质层高pH值、高碳酸盐含量等特性也阻碍了U(Ⅵ)做进一步迁移。该研究结论可对土壤剖面中的外源铀和其他重金属的污染防治等工作提供参考。
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