高庙子膨润土与北山地下水的长期作用试验

以内蒙古兴和县高庙子钠基膨润土和甘肃北山BS05号钻孔地下水为研究对象，依托低氧手套箱，在常温低氧条件下开展膨润土与地下水长期作用试验研究，获得了1年内膨润土 北山地下水体系pH和Eh值随时间的变化特征；得到了作用前后体系液相关键离子成分以及固相可交换阳离子、化学成分，依托拉曼光谱仪测定了作用前后膨润土的结构。结果表明，膨润土 北山地下水体系在本试验条件和时间范围内可以保持相对稳定的状态。     

高温低氧条件下膨润土添加碳酸钠和菱铁矿试验研究

为探究处置库高温低氧条件下，添加剂对膨润土-北山水体系化学性能的影响，开展了膨润土-北山水体系中添加菱铁矿和碳酸钠的试验研究。研究了体系pH值和Eh值、胶体zeta电位和黏度、膨润土中可交换阳离子和矿物成分以及液相离子成分随碳酸钠和菱铁矿添加量的变化。结果表明，90 ℃低氧条件下膨润土中添加碳酸钠不仅可使体系的pH值维持在7.84～8.99，而且膨润土中可交换Na⁺升高至60 mmol/100 g，有效阻止了钠基膨润土向钙基膨润土的转化，同时增强了胶体的稳定性；添加菱铁矿可使体系的Eh值降低至-124 mV，并维持在还原状态；碳酸钠和菱铁矿的加入对膨润土矿物成分无很大影响。最终得出高温低氧条件下，增强膨润土化学缓冲性能的膨润土、碳酸钠、菱铁矿的最佳质量配比为400∶12∶160。     

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。     

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。     

高温低氧条件下膨润土添加碳酸钠和菱铁矿试验研究

为探究处置库高温低氧条件下,添加剂对膨润土-北山水体系化学性能的影响,开展了膨润土-北山水体系中添加菱铁矿和碳酸钠的试验研究。研究了体系pH值和Eh值、胶体zeta电位和黏度、膨润土中可交换阳离子和矿物成分以及液相离子成分随碳酸钠和菱铁矿添加量的变化。结果表明,90℃低氧条件下膨润土中添加碳酸钠不仅可使体系的pH值维持在7.84～8.99,而且膨润土中可交换Na~+升高至60 mmol/100 g,有效阻止了钠基膨润土向钙基膨润土的转化,同时增强了胶体的稳定性;添加菱铁矿可使体系的Eh值降低至-124 mV,并维持在还原状态;碳酸钠和菱铁矿的加入对膨润土矿物成分无很大影响。最终得出高温低氧条件下,增强膨润土化学缓冲性能的膨润土、碳酸钠、菱铁矿的最佳质量配比为400∶12∶160。     

不同温度下Np（Ⅳ）在北山地下水中的溶解度

采用过饱和法研究了低氧条件下、30℃和60℃时Np(Ⅳ)在去离子水和甘肃北山地下水中的溶解度。结果表明,30℃时Np(Ⅳ)在去离子水和北山地下水中的溶解度分别为(3.4±1.0)×10-9mol/L和(1.0±0.3)×10-8mol/L;60℃时Np(Ⅳ)在去离子水和北山地下水中的溶解度分别为(1.9±0.6)×10-8mol/L和(3.7±0.5)×10-8mol/L;Np(Ⅳ)的溶解度随着温度升高而增加。同时利用SIT理论计算了实验条件下的热力学常数,确定了去离子水和北山地下水中的溶解度控制固相为Np(OH)4(am);去离子水体系中Np(Ⅳ)主要以Np(OH)4(aq)的形式存在,在北山地下水体系中Np(Ⅳ)主要以Np(OH)4(aq)和Np(CO3)2(OH)22-的形式存在。     

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。     

5 Pu在模拟地下水中的扩散行为研究

以甘肃北山BS03井地下水为水相，研究Pu在Ca-膨润土中的吸附行为。研究结果表明：Ca-膨润土对Pu具有较强的吸附能力，吸附行为可用Freundlich吸附等温式描述；Pu在Ca-膨润土中的吸附为不可逆吸附；吸附平衡后，Pu在水相和固相中的价态主要为四价；随着溶液pH值和离子强度的升高，Pu的吸附能力增强；地下水中无机离子（包括阳离子、无机阴离子）浓度增大有利于Ca-膨润土对Pu的吸附；地下水中DOC的浓度增大不利于Pu的吸附。     

温度对Np在北山花岗岩上吸附行为的影响

采用批式实验法研究了低氧条件下,温度对Np(Ⅳ)、Np(Ⅴ)在磁分离后的花岗岩和北山花岗岩上吸附行为的影响.测定了30、45、60、80℃下Np(Ⅳ)、Np(Ⅴ)在磁分离后的花岗岩和北山花岗岩上吸附的Kd值.研究发现,温度升高有利于Np(Ⅳ)、Np(Ⅴ)在花岗岩上的吸附;在近中性地下水体系中,Np(Ⅴ)较Np(Ⅳ)更易...     

Am的胶体行为研究

研究了低氧条件下去离子水、北山地下水、超滤地下水三种不同体系中Am的胶体行为.考察了pH值、离子强度、初始浓度等因素对Am胶体行为的影响.结果表明,实验范围(pH=6～9)内,pH的升高使Am胶体的含量增加;离子强度对Am胶体行为有显著影响;Am初始浓度远小于溶解度时,其对Am胶体行为影响不显著;研究还发现地下水中存在...     

Ca^(2+)盐溶液在高庙子膨润土中的扩散研究北大核心CSCD

高放废物地质处置库近场地下水可能会对处置库内的屏障体系产生影响,降低处置库的安全稳定。为研究地下水中盐离子在处置库内缓冲回填体系的扩散规律,本文开展了静态无外荷载条件下内蒙古高庙子(GMZ)膨润土在Ca^(2+)盐溶液中自发渗吸的吸附扩散室内试验。从土的微观结构和经典扩散理论对Ca^(2+)在不同干密度和初始饱和度的膨润土试样中的自发扩散规律进行了分析。研究结果表明,在膨润土初始饱和度相同的情况下,试样阻滞系数随其干密度增加而增大,此时Ca^(2+)的扩散能力减弱;当膨润土干密度相同时,随着初始饱和度的增加基质吸力作用减弱,阻滞系数减小,Ca^(2+)的扩散能力减弱。     

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。     

Preliminary study of spent UO2 fuel corrosion in the presence of bentonite

The corrosion of spent UO₂ fuel in the presence of a dilute suspension (1.5%) of bentonite in synthetic groundwater has been studied. No significant changes in the uranium concentrations no indications of increased corrosion due to changes in solution chemistry, or due to sorption was found when bentonite was introduced to the system. The measured uranium concentrations were (3 ± 2) × 10⁻⁶M in the presence as well as in the absence of bentonite. The concentrations of plutonium and cationic fission products in the aqueous phase were lowered considerably, by up to two orders of magnitude in the case of plutonium due to sorption onto the bentonite.     

Np在Np-水-膨润土平衡体系中的形态及价态分布

采用批式法和溶剂萃取法,研究了Np在Np-水-膨润土平衡体系中的形态及价态分布以及pH值对形态及价态分布的影响。结果表明：在Np-水-膨润土平衡体系中,水相中的Np全部为Np(Ⅴ),固相中的Np为Np（Ⅳ）、Np(Ⅴ);pH=8~9时,随着pH值的升高,固相中Np的比例升高,pH＞9时,固相中Np的比例降低;随着CO^2-₃浓度的升高,固相中Np的比例降低。PHREEQCI计算结果表明：pH＜9时,Np在水相中的主要形态为NpO⁺₂,pH＞9时NpO₂OH逐渐成为Np在水相中的主要形态;在高CO^2-₃浓度条件下,NpO₂（CO₃）^3-₂、NpO₂（CO₃）^5-₃是Np在水相中的主要形态;pH值对Np在水相和固相中的价态分布无影响。     

超铀核素与处置库工程屏障材料的相互作用

报道了超铀核素从玻璃固化体、水泥固化体和沥青固化体中的浸出行为，不同成分的地下水、不同氧化还原条件对浸出的影响以及核素浸出的机制。介绍了超铀核素在压实膨润土中的扩散，膨润土干密度对扩散的影响，超铀核索在膨润土上的吸附．氧化还原条件、水泥添加剂对膨润土吸附行为的影响。介绍了超铀核索在水泥材料上的吸附以及水泥改性对吸附的影响。     

高庙子膨润土胶体的基本性质

在高放废物处置库的演化过程中,地下水侵蚀缓冲回填材料膨润土会产生胶体。因此,有效提取膨润土胶体并表征其性质,对理解胶体对放射性核素迁移行为的影响具有重要意义。本工作以备选缓冲回填材料内蒙古高庙子膨润土和去离子水为实验材料,通过沸热分散方法提取膨润土胶体,并借助多种表征方法研究了膨润土胶体的性质。X射线粉末衍射和高分辨透射电子显微镜测试结果表明,膨润土胶体的主要成分为蒙脱石;动态光散射仪测试分析结果显示,膨润土胶体的水合动力学直径为94nm,zeta电位为-45mV,具有较好的稳定性;原子力显微镜测试结果表明,膨润土胶体的平均粒径和高度分别为(90±27)nm和(16.6±2.6)(1=0.1nm),且单片层膨润土胶体主要以附着双层和三层水分子的形式存在;电位滴定技术测得膨润土胶体的零电荷点的pH平均值约为9.9。     

缓冲/回填材料——内蒙古高庙子膨润土性能研究

研究按缓冲回填材料的性能要求,对内蒙古高庙子膨润土的物质组成与结构、物理化学性质、水理性质等进行了系统研究;对添加剂改善膨润土的压实性能进行了探索性实验研究。结果表明,高庙子钠基膨润土以蒙脱石为主要矿物成分,具有良好的吸附性、膨胀性、阳离子交换性和热稳定性;石英砂添加剂可以有效地改善膨润土的压实性能;进一步论证了内蒙古高庙子膨润土矿床可以作为我国高放废物地质处置库缓冲/回填材料的供给基地。     

高放玻璃多重屏障介质多因素耦合处置方法研究

地下水透过多重屏障介质与高放玻璃固化体直接接触后,放射性核素会从固化体中释放,因此成为高放废物处置库安全评价的源项。为更精确地预测玻璃固化体长期处置行为,本文考察了围岩、回填材料等因素对模拟高放玻璃固化体中各关键元素浸出的影响,实验处置温度为90 ℃,模拟高放玻璃固化体依据德国配方制备。结果表明,围岩对玻璃体中不同元素的阻滞作用有所差异。B、Re和U的浸出浓度在二长花岗岩中最大;膨润土含水量高时,玻璃体中元素释出量大;而含水量低时,释出量小;在膨润土中添加5%的素玻璃粉,对玻璃的腐蚀有抑制作用。