化学种态分析软件CHEMSPEC最新进展

我国高放废物地质处置研发工作已经步入建造地下实验室阶段。地下实验室建造安全评价和未来的处置库性能评价中均需要关键放射性核素在相应深部地质条件下的扩散和迁移参数,而关键核素的扩散和迁移参数与核素在相应水岩体系中的化学种态密切相关。为满足我国核设施退役治理工作的需要,尤其是我国高放废物地质处置相关安全评价的需要,北京大学核环境化学课题组于2008年开始编写具有完全著作权的化学种态分析软件CHEMSPEC。经过多次修改和完善,目前已经具备了较好的计算功能。本文介绍该软件在表面配合模型、数据库补充和程序优化方面的最新进展,以实例形式介绍该软件的新性能,以期为我国相关实验研究者使用该软件提供参考。

利用CHEMSPEC模拟计算Np和Pu在北山地下水中的种态分布及其在水合氧化铁上的吸附

利用软件CHEMSPEC模拟计算了Np和Pu在北山地下水中的种态分布以及两者在水合氧化铁上的吸附,并考察了氧化还原电位、酸碱度、溶液中不同离子及其浓度对种态分布的影响.结果表明:Np对环境的氧化还原条件十分敏感,随着pH在3~11范围内不断增加,在还原性以及弱氧化性的环境中主要以正四价形式存在,Np F_2^(2+)、Np(CO_3)_2(OH)_2^(2-)和Np(OH)_4为主要种态,在氧化性较强的环境中以正五价形式存在的种态NpO_2^+、NpO_2CO_3^-和NpO_2(OH)含量会显著上升,Np(V)在水合氧化铁上的总吸附量先快速后缓慢增加,表面吸附种态分别是≡FeOHNpO_2^+与≡FeOHNpO_3^-;Pu主要以正四价形式存在,在pH3~11的范围内,主要种态为PuSO_4^+和Pu(OH)_4,Pu(IV)在水合氧化铁上的总吸附量先增加后减小,pH8.1时达到最大,表面吸附种态为≡FeOHPuO^(2+)与≡FeOHPuO_2.溶液中的其他离子对Np和Pu的种态分布影响顺序分别为HCO_3^->F^->SO_4^(2-)>Cl^-和HCO_3^->SO_4^(2-)>Cl^->F^-.

化学种态分析软件CHEMSPEC(C＋＋)及其应用

我们采用C++语言编写了一款具有图形界面的化学种态分析软件CHEMSPEC(C++).本文主要介绍了该程序的原理和结构,图形界面的使用,最后采用了几个实例来说明该软件可以解决什么问题.结果表明,CHEMSPEC(C++)可视化程序使用方便,计算结果良好.该程序可用于计算部分关键放射性核素在水岩体系中的种态.

CHEMSPEC模拟铀在塔木素地下水中的种态分布

本文使用CHEMSPEC软件模拟了铀在塔木素地下水中的种态分布,并讨论了pH、Eh、离子浓度以及温度对铀种态分布的影响.结果表明,铀在强酸性条件下,主要以UO2^2+(aq)的形式存在;在弱酸性、中性以及弱碱性条件下,主要以UO2(OH)2(aq)的形式存在;在强碱性条件下,主要以UO2(OH)3^?的形式存在,可能会生成CaUO4沉淀.Eh<33 mV时,U(OH)4(aq)为优势种态;而Eh>33 mV时,U(VI)更为稳定.不同阴离子的引入对铀的种态分布影响的大小顺序为HCO3^?>F^?>SO4^2?>Cl^?.UO2^2+浓度的增加促进了CaUO2(CO3)32?和Ca2UO2(CO3)3(aq)的生成.温度升高使塔木素地下水中UO2OH+的浓度显著提高.

化学形态分析在铀工艺中的应用

运用新的化学形态分析软件CHEMSPEC研究了铀工艺溶液中游离酸浓度的测定和UF6转化中的问题,探讨了化学形态分析在铀工艺中的应用。研究结果表明,通过化学形态分析可以较准确地给出测定游离酸浓度的滴定终点,与实验结果一致;在UF6转化方法方面,直接水解需要精确地控制最终的pH值,还原水解法需要寻找合适的还原剂,而用Al(Ⅲ)掩蔽F-后萃取U(Ⅵ)则在低pH值范围内是可行的。化学形态分析可以为精确地控制铀工艺实验的进行提供帮助。

镅在榆次地下水中的溶解度分析

利用自行开发的化学形态分析软件CHEMSPEC计算了镅在榆次地下水中的溶解度,同时研究了pH值、地下水成分、温度等因素对镅在榆次地下水中溶解度的影响.结果表明,pH值、总碳酸根离子浓度和温度对溶解度有显著影响;而硫酸根离子浓度、氯离子浓度对溶解度的影响可以忽略.计算表明,镅在榆次地下水中的溶解度在1.4×10-10-6.3×10-3mol·L-1之间.在25℃,pH=6.0时,总碳酸根离子浓度为1×10-5mol·L-1时,镅的溶解度最大,该值可用于镅在榆次浅层含水层中的扩散和迁移行为的偏保守预测.

低浓缩铀靶辐照后溶液中铀的化学种态及主要裂变元素的影响

利用化学种态分析软件CHEMSPEC计算了低浓缩铀靶辐照后溶液中铀(U)的化学种态分布及其主要裂变元素对U化学种态的影响。结果表明,在单组分体系中,p H值和铀酰浓度都会显著影响U的化学种态分布。随着铀酰浓度的增大,溶液中将会生成多核配合物;在较高的NO3-浓度下,U在溶液中主要以UO22+和UO2NO3+的形式存在。CO2对不同浓度铀的种态分布影响结果表明,当铀酰浓度较低时,铀的化学种态多以碳酸铀酰的形式存在;当铀酰浓度较高时,铀的化学种态多以氢氧铀酰或柱铀矿沉淀的形式存在。计算发现,当裂片元素Tc、I、Mo的浓度小于0.01 mol·L-1并分别以Tc O4-、I-、Mo O42-的种态存在时,这些裂片元素不改变铀的各化学种态的分布。

Am在两种不同地下水中的种态分布及溶解度分析

利用自主编写的地球化学计算软件CHEMSPEC分析了 Am在北山地下水和我国西南某地下水中的种态分布,并计算了 Am在这两种地下水中的溶解度,考察了 pH、Eh、不同离子以及硅的存在等对种态分布的影响。结果表明,Am在这两种地下水中均以正三价存在,随 pH 值的不同 Am的种态会发生较大的变化,在偏酸性条件下,主要以 AmSO＋4、Am（SO4）-2及 Am3＋的形式存在,在中性至弱碱性条件下,以 AmCO＋3的形式存在,强碱性条件下,则基本转化为 Am（OH）3；当北山地下水中有 Si 存在时,在 pH=6.5-9.7范围内, Am的主要种态为 AmSiO（OH）2＋3；不同离子的浓度变化对 Am的种态分布会产生一定影响,其影响顺序为HCO-3〉F-〉SO2-4〉Cl-。pH 和 HCO-3对 Am溶解度的影响较大,随着地下水 pH 的升高,Am的溶解度逐渐减小。Am在两种地下水中的溶解度分别为2.01×10-7 mol/L（北山地下水 pH=7.56、Eh=164 mV）、1.60×10-7 mol/L（西南地下水 pH=7.50、Eh=0 mV）。

镎在北山地下水中的溶解行为分析

237 Np是高放废物地质处置库安全评价中的关键核素之一，其环境化学行为受到人们的重视。本工作利用化学种态分析软件CHEMSPEC计算了Np在北山地下水中的溶解度，并研究了氧化还原电位Eh值、pH值、总碳酸根离子浓度等对溶解度的影响。结果表明，Np的溶解度范围为8.19×10－8～3.29×10^-3 mol／L。Eh值对溶解度的影响最为显著。当Eh＝0.089 V或更小时，Np的沉淀为NpO2，溶解度较小；当Eh＝0.346 V或更大时，Np的沉淀为NaNpO2CO3或NpO2OH ，溶解度较大。Np的溶解度随pH值的变化趋势与其沉淀形式密切相关。当pH＝7.25时，对于NpO2和NpO2OH沉淀，增加总碳酸根离子浓度使得Np的溶解度增加；对于NaNpO2 CO3沉淀，增加总碳酸根离子的浓度会使 Np的溶解度降低。

计算模拟铀在北山地下水的种态分布及在两种不同材料上的吸附

为了解铀在北山地下水的存在种态和吸附行为,利用CHEMSPEC软件计算了铀在北山地下水的种态分布及其在石英和水合氧化铁两种材料上的吸附,并考察了pH、Eh和不同离子浓度的变化对铀种态分布的影响。结果显示:在酸性条件下,铀主要以U(OH)_4(aq)形式存在;在中性和弱碱性条件下,主要以UO_2(CO_3)_2^(2-)和UO_2(CO_3)_3^(4-)形式存在;在强碱性条件下,主要以UO2(OH)_3^-形式存在。U的价态受电位影响较大,在还原条件下,U(Ⅳ)较稳定,在氧化条件下,U(Ⅵ)较稳定。不同离子的引入会影响U的种态分布,其影响大小顺序为HCO_3^->F^->SO_4^(2-)>Cl^-。U(Ⅵ)在石英上的吸附随pH同步增大,并在pH=4.3处达到最大值,U(Ⅵ)在水合氧化铁的吸附随pH增大而先增大后减小,pH在5.7~8.2内达到最大值。