集成缓冲材料对锶的长期阻滞效应

缓冲材料作为高放废物处置库中多重屏障体系的最后一道人工屏障,其对放射性核素的阻滞性能将直接影响到处置库的长期稳定性和安全性。以具有低渗透性和良好的膨胀自愈性的膨润土作为集成缓冲材料的基材,以沸石和黄铁矿作为矿物添加剂,三者按照质量比为63∶27∶10均匀混合构成集成缓冲材料B7ZP,并采用恒定源扩散实验分析了锶在干密度为1.70g/cm~3试样中的扩散特性,结果表明,B7ZP缓冲材料对锶具有良好的阻滞性能,其表观扩散系数为3.30×10~(-12) m~2/s。同时,以多孔介质污染物迁移理论为依据,建立了锶在集成缓冲材料B7ZP中迁移的对流-弥散-吸附多场耦合方程,并应用Matlab软件分析了不同的时间尺度、渗流速率、表观扩散系数和阻滞因子等因素下集成缓冲材料B7ZP对锶的长期阻滞性能,为高放废物处置库的缓冲材料设计和长期阻滞性能评价提供科学依据。     

Sr^(2+) 在阳江花岗岩上的吸附行为北大核心CSCD

以阳江中低放核废物处置库围岩花岗岩为研究对象,通过静态吸附实验探究了阳江花岗岩围岩吸附Sr^(2+)的行为,详细研究了接触时间、初始浓度、反应温度、pH值、阴阳离子对花岗岩吸附行为的影响,并通过表征手段研究了阳江花岗岩的物化组成。结果表明:阳江花岗岩是一种主要由硅氧化物构成的岩石,吸附后其表面变得粗糙。吸附在5 d达到吸附平衡,属于化学吸附行为。吸附和Langmuir等温模型拟合效果更好,Sr^(2+)更多吸附在阳江花岗岩的表面。酸性和碱性环境均会削弱阳江花岗岩对Sr^(2+)的吸附能力,且升高温度和增大初始浓度均有利于吸附。地下水中存在的Ca^(2+)、Mg^(2+)、Fe^(3+)、NO_(3)^(-)均会抑制阳江花岗岩对Sr^(2+)的吸附,CO_(2)-3会和Sr^(2+)生成聚合物而干扰吸附。此研究可以为阳江中低放核废物处置库的安全评估提供一定参考。     

压实膨润土砌块单轴压缩力学性能研究

膨润土是高放废物地质处置库中不可缺少的工程屏障材料,是确保处置库长期稳定的保障。为了研究膨润土压实砌块力学性能变化规律,对压实砌块不同部位采用不同加载速率进行单轴压缩试验。研究结果表明:压实膨润土无侧限抗压强度随压实干密度的增大而呈指数增大,干密度为1.75 g·cm~(-3)时,无侧限抗压强度可达8.01 MPa;试样上部应变变化量明显小于下部;体积应变随应力增大而先增大后减小,中、下部变化更为明显;压实膨润土砌块弹性参数变化保持同步;试样下部弹性模量最小,泊松比最大。     

缓冲/回填材料-压实高庙子钠基膨润土的胀缩性试验研究

选用内蒙古高庙子钠基膨润土压实试样进行了室内膨胀力、膨胀变形以及收缩变形的实验.结果表明:高庙子膨润土具有高膨胀、低收缩的良好特性.试样的膨胀力随时间呈渐近线趋势增长,随含水量呈线性增长,随干密度呈指数增长;膨胀变形受初始干密度影响较大,收缩变形受初始含水量的影响较大;在高水分和干密度态下,试样膨胀力为0.85 ～ 4.64 MPa,无荷膨胀率为24.4％ ～40.8％,收缩系数为0.19 ～0.50.     

碱性溶液对高庙子膨润土缓冲性能的影响

膨润土是高放废物地质处置库中重要的缓冲屏障。但在处置库运营过程中,地下水溶蚀衬砌混凝土产生的强碱性溶液会扩散进入膨润土缓冲屏障,使屏障性能发生退化。本研究设计了专门的接触扩散装置,模拟研究碱溶液在压实高庙子膨润土试样内的扩散过程及对膨润土矿物和微观结构的影响。试验发现随着反应时间增长,膨润土的缓冲能力会下降。膨润土中主要矿物蒙脱石的溶解与碱溶液pH值、温度、时间成正相关关系。相同pH值的KOH和NaOH溶液对膨润土具有相似的影响,从微观结构试验观察到蒙脱石的溶解使膨润土完整性丧失,产生大量的裂隙进而加速溶蚀进程。同时,与KOH溶液反应后观察到新生成的伊利石微晶,表明蒙脱石的溶解和相变是直接导致膨润土缓冲性能退化的主要原因。     

静力压实膨润土-砂混合物膨胀特性研究

为研究缓冲回填材料静力压实试样的膨胀特性,选用高庙子钠基膨润土(GMZ)为缓冲回填材料的主料,对不同掺砂率的膨润土-砂混合物静力压实试样进行了室内膨胀力和膨胀率试验,并与动力击实高庙子膨润土-砂混合物试样的膨胀试验数据进行对比。结果表明,静力压实的高干密度试样膨胀特性试验数据结果可以很好地分布在动力击实低干密度试样数据拟合曲线上,说明静力压实与动力击实两种制样方法获得试样的膨胀特性具有完全的一致性,在现场施工时可以根据需要自由选择;同时也验证了最大膨胀力随初始干密度呈指数增长,最大膨胀率随初始干密度呈线性增长的正确性,说明高干密度与低干密度试样的膨胀特性,随掺砂率增大符合相同的变化趋势。     

膨润土-砂混合物缓冲层轴向热传导性研究

膨润土-砂混合物作为高放废物处置库缓冲材料,在高放废物衰变释热作用下,其物理力学性能对处置库的稳定和安全性具有重要影响。本研究采用自行设计的装置,对按比例缩小后的不同干密度、含水率、掺砂率试样进行热传导模拟试验,并对缓冲层热-力耦合过程进行数值模拟分析,得到了缓冲层温度、应力和应变的变化及分布情况,重点分析了温度的影响。结果表明,增大试样干密度、含水率和掺砂率均可提高其导热性,应变也随之增大,应力受温度影响较早达到平衡;缓冲层靠近热源的位置温度、应力和应变最大,沿轴向方向递减,初始时刻变化明显。     

高庙子钠基膨润土静力学性能初析

膨润土是核废物处置多重屏障系统之缓冲材料的主要组成材料，对其工程物理性能和化学缓冲性能研究是缓冲材料屏障层工程设计的基础。膨润土具有适宜的力学性能，是保证多重屏障系统稳定的一个基本因素。内蒙古高庙子膨润土矿床是我国高放处置库缓冲材料的供应基地。对高庙子钠基膨润土样品GMZ-1室温条件下无侧限抗压强度随干密度（1．4，1．6，1．8g／cm^3）和含水率（9％，14％，17％）的变化进行了系统测试。测试表明：无侧限抗压强度随干密度增加而增大；特定压实密度的膨润土无侧限抗压强度随含水率增加而减小。     

99Tc在膨润土和北山花岗岩中的弥散行为

⁹⁹Tc因其半衰期长达21万年且以TcO₄^-形式存在时随地下水迁移能力强,是高放地质处置中重点关注的核素之一。为估测⁹⁹Tc在北山高放候选处置废物地质场址中的迁移能力,研究了北山地下水中TcO₄^-在高庙子膨润土和北山花岗岩中的弥散行为。结果表明：地下水中TcO₄^-和³H在高庙子膨润土和北山花岗岩中的弥散行为类似,表明膨润土和花岗岩对TcO₄^-迁移的阻滞能力很弱。地下水中TcO₄^-在高庙子膨润土和北山花岗岩中的弥散系数随水流速和温度的增大而增大,弥散度相对稳定。     

缓冲回填材料膨润土胶体的提取与分析

我国拟建造的高放废物地质处置库计划使用膨润土作为缓冲回填材料。有效提取膨润土在处置库地下水中形成的胶体,检测其各项物理化学参数,对理解胶体对关键放射性核素在处置库近场的吸附、扩散和迁移行为的影响具有重要意义。本工作分析了原状高庙子膨润土的矿物组成及其元素含量。对原状高庙子膨润土胶体预处理、提取方法进行了优化,建立了稳定、可靠获取膨润土胶体的实验方法。结果表明：超声振荡或沸热分散后再离心分离的方法不仅能在较短的时间内获得尺寸在100 nm左右的膨润土胶体,且有较好的单体分散性,此外,不同批次胶体样品的zeta电位均大于-60 mV,显示其良好的稳定性。能量色散X射线光谱分析结果表明,膨润土胶体主要成分为SiO₂。     

磷酸盐对Se(Ⅳ)在高庙子膨润土中扩散的影响

高放废物地质处置环境中存在大量的磷酸盐,势必会影响放射性核素的迁移行为。采用贯穿扩散(through-diffusion)法研究了磷酸盐对Se(Ⅳ)在高庙子膨润土中扩散行为的影响。采用自编扩散参数分析程序获得有效扩散系数(De)约为(0.61~1.3)×10-11 m2/s,岩石容量因子(α)约为0.16~0.58。结果表明:磷酸盐浓度对Se(Ⅳ)的扩散行为影响不明显。酸性条件下,Se(Ⅳ)的有效扩散系数和岩石容量因子均升高。由于Se(Ⅳ)能够吸附在膨润土的表面,使得表观扩散系数(Da)降低。而碱性条件下,岩石容量因子小于总孔隙率,Se(Ⅳ)不吸附在膨润土表面。     

腐殖酸对Re(Ⅶ)在高庙子膨润土中扩散的影响研究

腐殖酸是环境中普遍存在的一种有机物,它能通过络合作用和氧化还原反应影响放射性核素的迁移。本文通过贯穿扩散实验,在不同膨润土密度和不同腐殖酸接触时间下,研究了Re(Ⅶ)在高庙子膨润土中的扩散,得到了有效扩散系数De和容量因子α。结果显示,随着膨润土密度从1 600kg/m3增加至1 800kg/m3,De从1.8×10-11 m2/s减小至0.59×10-11 m2/s。随着腐殖酸接触时间由0d增加到60d,De由0.59×10-11 m2/s增大至0.83×10-11 m2/s。实验得到的α值均小于总孔隙率,说明在腐殖酸存在的条件下,Re(Ⅶ)可能仍以阴离子的形态在膨润土中扩散。     

水相环境对239Pu在高庙子膨润土中吸附行为的影响

以高庙子膨润土作为吸附介质,通过静态吸附实验,研究了高庙子膨润土在不同水相环境中对核素²³⁹Pu的吸附行为。探讨了接触时间、水相pH值、离子种类以及离子浓度等因素对吸附行为的影响。研究结果表明：高庙子膨润土对钚具有很强的吸附能力,吸附率达到99%以上,且吸附速率较快,4 d即可达到吸附平衡。随着水相pH值增大,膨润土对钚的吸附能力逐渐增强。水相中CO₃^2-、Fe³⁺和Ca²⁺对钚吸附有较强抑制作用,并且当离子浓度小于0.02mol/L时,随着浓度的增大,分配系数K_d值逐渐减小;当离子浓度大于0.02mol/L时,分配系数K_d值基本趋于稳定。     

层状金属硫化物硫化锡钾的制备及其对Sr2+的吸附性能研究

本文用水热法合成了硫化锡钾（KSnS），利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）仪等对KSnS的形貌和组成进行了表征分析，并通过静态吸附实验分别研究了pH值、接触时间、共存离子和Sr²⁺初始浓度对KSnS吸附Sr²⁺的影响。结果表明，在40 ℃、pH=7.25、Sr²⁺初始浓度为5.5 mg/L的条件下，KSnS对Sr²⁺的吸附平衡时间约为35 min，Sr²⁺去除率为99.62%。吸附反应可操作pH值范围较宽，52+去除率保持在80%以上。溶液中含有K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等共存离子时，二价离子的干扰大于一价离子。KSnS对Sr²⁺的吸附动力学行为可用准二级动力学方程描述，吸附过程属于化学吸附。通过Weber-Morris模型和Boyd模型分析可知，液膜扩散是主导吸附速率的步骤。     

The influence of calcium ions on the development of acidity in corrosion product deposits on SIMFUEL, UO2

In order to clarify the influence of groundwater constituents on the formation of corrosion products and secondary phase deposits on corroding/dissolving nuclear fuel surfaces under waste disposal conditions we have investigated the influence of Ca²⁺, present as CaCl₂. The influence of calcium ions on the anodic dissolution of SIMFUEL (doped uranium dioxide) has been characterized over the potential range 0–500 mV (vs. SCE). Through the use of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) the surface composition over this potential range has been determined. Ca²⁺ was found not to influence the conversion of U^IVO₂ to , but to suppress the subsequent formation of a U^VI surface species which lead to the formation of a hydrated deposit, UO₃ · yH₂O. The adsorption of Ca²⁺ on the UO₂ surface is believed to inhibit fuel dissolution either via inhibiting the stabilization of the cation precursor (UO₂(OH)₂)_ads or by blocking the O²⁻ anion transfer reaction from the fuel surface.     

LiCl-KCl-LaCl_(3)熔盐体系中La^(3+)的反应动力学机理北大核心CSCD

在LiCl-KCl共晶盐中,研究了在不同温度下La^(3+)的反应动力学机理。首先,在723~873 K范围内,利用循环伏安法(CV)测得La^(3+)的扩散系数D为3.06×10^(-5)~6.08×10^(-5)cm^(2)/s,并根据Arrhenius方程计算了La^(3+)在电解质中的扩散活化能E_(D)=34.51 kJ/mol。随后,利用电化学阻抗谱技术(EIS)研究了La^(3+)在电极上的动力学参数并测得交换电流密度i_(0)为0.48~1.39 A/cm^(2)、反应速率常数k_(0)=2.04×10^(-4)~5.90×10^(-4)cm/s及反应活化能E_(a)=35.04 kJ/mol。通过Nyquist图和拟合的等效电路图研究La^(3+)在W电极上的反应动力学机理,发现在LiCl-KCl共晶盐中La^(3+)的电化学反应速率不仅受扩散控制还受电荷转移控制,且与温度成正相关。     

聚丙烯腈基钛酸钾球形复合吸附剂的制备及其对Sr2+的吸附性能研究

以钛酸钾（KTiO）为有效成分、聚丙烯腈（PAN）为基体，制备了聚丙烯腈基钛酸钾球形复合吸附剂（PAN-KTiO）。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等对PAN-KTiO进行了表征，并通过静态吸附实验，研究了接触时间、pH值、竞争离子、Sr²⁺初始浓度等对PAN-KTiO吸附Sr²⁺效果的影响，分析了吸附过程的反应动力学和吸附等温线。结果表明，PAN-KTiO对Sr²⁺的吸附平衡时间约为24 h，PAN-KTiO吸附Sr²⁺时，溶液最佳pH值约为6.55；Ca²⁺、Mg²⁺对Sr²⁺在PAN-KTiO上的吸附存在较强的抑制作用；准二级动力学方程能更好地描述PAN-KTiO对Sr²⁺的吸附动力学过程，而Langmuir模型能更好地描述PAN-KTiO对Sr²⁺的吸附等温线；PAN-KTiO对Sr²⁺的吸附过程是以化学吸附为主的单分子层吸附，PAN-KTiO对Sr²⁺的饱和吸附容量可达53.850 mg/g。     

赣杭构造带某铀矿区地下水中铀的存在形式研究北大核心CSCD

为研究铀矿区地下水化学性质对铀的存在形式的影响,本文以赣杭构造带某铀矿区地下水为研究对象,在对9个典型采样点地下水化学成分分析的基础上,采用数理统计软件SPSS 18.0和地球化学模拟软件PHREEQC及llnl.dat数据库,探究了研究区内地下水水化学特征及U的存在形式。结果表明:本研究区地下水水化学类型以HCO_(3)-Na与HCO_(3)-Na·Ca为主,U含量与Ca^(2+)和Mg^(2+)浓度体现出较强正相关性,与SO_(4)^(2-)的相关性次之;地下水中U元素主要以六价为主,几乎占100%,主要存在形式依次为UO_(2)(CO_(3))_(2)^(2-)、UO_(2)(CO_(3))_(3)^(4-)、UO_(2)CO_(3)、UO_(2)(OH)2、UO_(2)(OH)_(3)^(-)、UO_(2)OH^(+)等6种,其中UO_(2)(CO_(3))_(2)^(2-)占绝对优势,整体以碳酸铀酰形式为主,这也与研究区地下水酸碱性相对应。