γ辐照对高庙子钠基膨润土在北山地下水中溶解性的影响

为了确认γ辐照对高庙子天然钠基膨润土在北山地下水中溶解性的影响,拓展高放地质处置缓冲材料性能的评价范围,以内蒙古高庙子天然钠基膨润土和北山地下水为研究对象,分析了经不同γ辐照剂量(500kGy、1000kGy、1500kGy、2000kGy、2500kGy和3000kGy)照射后天然钠基膨润土在北山地下水中溶解平衡后液相中K^(+)、Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、F^(-)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和SiO_(3)^(2-)浓度的变化。结果表明:SiO_(3)^(2-)浓度随着辐照剂量的增加而持续增加,其他离子浓度在低剂量(500kGy)条件下变化不大,较大剂量下会增加;膨润土能够吸附北山地下水中的离子,但辐照剂量1000kGy以上时,K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)和F^(-)吸附容量显著降低,Na^(+)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)吸附能力完全丧失,开始向北山地下水中溶解。总体而言,γ辐照引起了高庙子天然钠基膨润土结构和组成的变化,其阈值在500~1000kGy之间。

不同温度对钚在北山地下水中溶解行为的影响

核素溶解度是高放废物固化体中浸出的核素在地下水中迁移的浓度上限,是高放废物地质处置安全和环境评价中的关键参数。钚是高放废物深地质处置重点关注元素,研究了模拟处置条件下不同温度对钚在北山地下水中溶解行为的影响。实验采用过饱和法,使用低氧手套箱模拟地下无氧环境,利用超过滤实现固-液分离,应用低本底液闪谱仪测量液相中钚的放射性活度。实验结果表明,在溶解-沉淀平衡后,钚的主要存在价态为4+价,有少量的5+价。体系温度为(30±1)、(45±1)和(60±1)℃时,钚在北山地下水的溶解度分别为(3.06±0.97)×10^(-8)、(3.16±1.27)×10^(-10)和(1.34±0.67)×10^(-10) mol·L^(-1)。体系温度升高,钚在北山地下水中的溶解度下降,有利于阻滞钚的迁移。

Se在北山花岗岩地下水中的化学形态及浓度控制分析

利用地球化学模拟软件GWB(Geochemist’s Workbench),研究了Se在我国高放废物预选场址北山花岗岩地下水中的化学形态及浓度控制因素。结果表明,Eh和pH对Se的化学形态影响较大,在处于弱碱性的北山花岗岩地下水中,溶解态的Se主要以SeO32-、HSeO3-和HSe-的形式存在。北山花岗岩地下水属于高矿化水,在保持地下水组分不变的情况下,当固定Eh为0mV,pH在5～12之间变化时,Se浓度主要受Se(0)、CuSe2、Cu3Se2或CuSe等矿物的沉淀所控制;当固定pH为7.56,硒浓度随Eh变化则主要受FeSe2、Se(0)、CuSe2、Cu3Se2或CuSe等矿物的沉淀所控制。与Fe2+相比,Cu2+更易与Se反应形成沉淀。从本文的模拟结果来看,由于Se在北山花岗岩地下水中易形成硒-矿物沉淀,使得溶液中的Se浓度能维持在较低水平,因此有利于阻滞对氧化还原条件敏感的核素79Se的迁移。

镎在北山五一井水中的溶解度计算分析

环境放射化学种态分析软件利用实验测定的感兴趣元素的热力学数据,根据所研究体系的组分及相应的分析浓度,从数据库中搜索由这些组分经化学反应可能生成的物种及相应的平衡常数,计算各种元素可能存在的化学种态和平衡浓度,从而得到相应元素在所研究体系中的化学种态分布。本工作利用北京大学编写的环境放射化学种态分析软件CHEMSPEC计算了在氧化性条件下,镎（Ⅵ）在北山五一井水中的溶解度,并分析了pH值、阴离子浓度等因素对溶解度的影响。计算结果表明,地下水的酸度、碳酸根离子浓度对溶解度有显著影响,而硫酸根离子浓度、氯离子浓度的影响可忽略。镎（Ⅵ）在北山五一井水中的溶解度变化范围是1.1×10-5~4.4×10-3mol/L。最大值4.4×10-3mol/L可考虑用于预测镎在北山地下水中的扩散和迁移行为。

高庙子膨润土悬浮液流变特性试验研究

缓冲/回填材料在地下水的作用下会形成凝胶体/胶体,有可能发生侵蚀。研究膨润土悬浮液的流变特性是评价土-岩界面缓冲/回填材料长期稳定性的必要条件。使用旋转流变仪对高庙子膨润土开展不同液固比、水化学条件,以及不同离子浓度和类型的一系列流变试验,为后期膨润土颗粒侵蚀数值模拟工作提供技术支持。研究结果表明:高庙子膨润土悬浮液随着液固比增大逐渐从假塑性流体向牛顿流体转变,Herschel-Bulkley模型可以很好拟合高庙子膨润土-北山地下水悬浮液的流变曲线;随着膨润土悬浮液中添加盐的浓度增大,悬浮液表观黏度先减小后小幅增大;相同浓度条件下二价阳离子比一价阳离子使得悬浮液的表观黏度有更明显的降低。

Pu(Ⅳ)在模拟处置条件下的溶解度

研究了模拟处置条件下Pu(Ⅳ)的溶解行为,测定了Pu(Ⅳ)在北山地下水和去离子水中的溶解度。采用过饱和法,使用低氧手套箱模拟地下无氧环境,利用超过滤实现固液分离,应用低本底液闪谱仪测量液相中钚的放射性活度。结果表明:溶解-沉淀平衡后,无论是在去离子水还是北山地下水中,钚的主要存在价态为+4。Pu(Ⅳ)在北山地下水和去离子水中的溶解度分别为(2.8±0.9)×10-8 mol/L和(1.6±0.8)×10-9 mol/L。通过计算确定了Pu(Ⅳ)在去离子水和北山地下水中的溶解度控制固相为Pu(OH)4(am)。在去离子水体系中,Pu(Ⅳ)的主要存在形态为Pu(OH)4(aq);北山地下水体系中,Pu(Ⅳ)的主要存在形态为Pu(OH)4(aq)和Pu(OH)2(CO3)2-2。

钠-蒙脱石地球化学性能模拟研究

膨润土已经被许多国家确定为高放废物深地质处置系统的缓冲/回填材料。钠-蒙脱石作为钠基膨润土的主要矿物,对钠基膨润土的地球化学稳定性能起着关键作用。以地球化学模拟软件PHREEQC和GWB为平台,对内蒙古高庙子膨润土的关键矿物——钠-蒙脱石在无氧和不同温度条件下的地球化学行为进行了模拟研究,分析了钠-蒙脱石在北山地下水体系中矿物成分、液相化学成分、pH值的长期演变规律。