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铀资源是核武器的关键材料和核电工业的主要燃料,是国家的战略性资源。保持足够的铀资源储备,对国家安全和国民经济的持续稳定发展具有十分重要的意义。
迄今为止,人类开发和利用的铀资源主要为陆地固体铀矿床,但陆地铀资源比较有限。虽然海水中蕴藏有丰富的铀资源,而且人们已经开展了从海水中分离和提取铀的实验研究,但是由于海水的铀含量很低,相对于目前的技术条件,其开发利用成本很高,在实际应用方面至今尚未取得突破性的进展。柴达木盆地的盐湖卤水中铀含量明显较高,一般是海水铀含量的几十到几百倍,部分晶间卤水的铀含量是海水铀含量的几千倍。但是对盐湖卤水中铀的分布、铀的迁移富集规律和分离富集技术一直缺乏详细而深入研究。
本论文以柴达木盆地西部尕斯库勒盐湖为研究对象,通过盐湖的沉积特征、成盐元素和微量元素地球化学特征分析对沉积环境中铀的分布特征、迁移沉淀规律及其影响因素进行了初步探讨。并对盐湖环境样品中铀的分析测试方法进行了研究。主要包括以下几个方面内容:
1、通过沉积学、矿物学和分析化学等研究方法对钻孔岩芯资料进行分析,结果表明,尕斯库勒盐湖1号钻孔主要以石盐、泻利盐、石膏等盐类矿物和碎屑沉积物为主。沉积剖面矿物组合及成盐元素地球化学特征不仅在盐湖沉积环境的研究具有指示意义,而且在盐湖沉积环境中铀的地球化学研究中也具有重要意义。在含陆源碎屑的沉积层,岩芯样品中的铀含量相对较高,在以盐类矿物为主的沉积层,其铀含量较低。
2、根据直接稀释法和基体匹配法测定盐湖水中铀含量的分析结果,说明以上两种方法均适用于盐湖水中铀含量的测定。但随着盐湖水矿化度的增大,两种方法的测定结果出现显著性差异,尽管ICP-MS本身具有基体效应小的优点,但对于基体含量较高的盐湖水样,仍然存在比较明显的基体干扰。因此,基体匹配法更适用于盐湖水中微量铀的测定。但当样品具有高盐度,低铀含量时,基体匹配法将不适用。本论文采用基体匹配法测定钻孔晶间卤水中的铀含量
3、本文利用固相萃取原理,选用乙酰氯和二溴丁二酸对XAD-4树脂进行改性,并对改性后的树脂进行表征分析,和回收率实验,研究结果表明,该方法不仅具有较高的回收率,而且能够很好的除去盐类样品中的盐类离子,进而减小测试分析中的基体干扰。本文将其运用于尕斯库勒盐湖水体中铀的分离富集。
4、根据顺序提取法的基本原理,本文采用Tessier5的步提取法对尕斯库勒盐湖沉积物中的进行分步提取结果表明,尕斯库勒盐湖沉积物中的铀含量主要赋存于残渣态,其次为碳酸盐结合态,其他三种赋存态(可交换态、铁锰结合态和有机质结合态)的铀含量值较低。这与尕斯库勒盐湖所处的地质环境、沉积物类型和水化学条件等密切相关。
5、尕斯库勒盐湖1号钻孔沉积物和晶间卤水铀含量随深度就有明显的相关性。当晶间卤水铀含量增大时,对应深度的沉积物中铀含量值减小。说明在不同的沉积环境下,铀在尕斯库勒盐湖晶间卤水和沉积物之间发生迁移、沉淀。当有补给水源供给时,晶间卤水中的铀含量相对偏低,这主要由于补给水的冲淡作用和陆源碎屑物对铀的吸附作用所致。当湖区补给水减少,湖水浓缩时,铀随盐类矿物的沉淀而滞留在晶间卤水中。