Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(2)——Pu的种态分布及反应性迁移分析

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作者 刘东旭 黄流兴 +3 位作者 赵振华 胡立堂 司高华 叶远虑 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期296-307,共12页

为评估柯尔碱膨润土工程屏障材料的安全性能,采用考虑渗流扩散、溶解-沉淀、表面配位吸附、放射性衰变等多过程动态耦合的反应性迁移模拟方法,综合运用TOUGHREACT等程序开展了Pu在柯尔碱膨润土层中反应迁移的数值模拟,结合地下水-膨润... 为评估柯尔碱膨润土工程屏障材料的安全性能,采用考虑渗流扩散、溶解-沉淀、表面配位吸附、放射性衰变等多过程动态耦合的反应性迁移模拟方法,综合运用TOUGHREACT等程序开展了Pu在柯尔碱膨润土层中反应迁移的数值模拟,结合地下水-膨润土体系演化模拟分析了Pu的种态分布特征,叠加表面配位模型预测分析了Pu的长期迁移规律。结果表明:地下水中Pu主要以难迁移的Pu(OH)_(4)(aq)形式存在;由于膨润土的低渗透性和强吸附性,正常情景下Pu的扩散范围很小而将长期滞留于1 m厚膨润土中;在忽略强吸附阻滞作用的保守情景下,Pu在渗流作用下可扩散迁移出膨润土层;考虑到长时间尺度下不可避免存在的不确定性,建议重视渗流扩散为主导的其他过程和情景研究。 展开更多

关键词 PU 反应性迁移模拟 种态分布 膨润土 TOUGHREACT

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可变价核素在塔木素黏土岩合成地下水中的溶解度与种态分布

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作者 吴嘉程 康明亮 +4 位作者 康铱潇 吴涵玉 林巧雅 孙乐文 周菲 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期353-363,共11页

塔木素黏土岩是我国高放废物地质处置库黏土岩场址的候选围岩之一.以内蒙古塔木素地区Tzk1钻孔542m深(Tzk1-542)和Tzk2钻孔516m深(Tzk2-516)黏土岩岩芯样品为研究对象,采用浸泡平衡法合成了pH分别为945和824的地下水并分析了其组分.Tzk1... 塔木素黏土岩是我国高放废物地质处置库黏土岩场址的候选围岩之一.以内蒙古塔木素地区Tzk1钻孔542m深(Tzk1-542)和Tzk2钻孔516m深(Tzk2-516)黏土岩岩芯样品为研究对象,采用浸泡平衡法合成了pH分别为945和824的地下水并分析了其组分.Tzk1-542和Tzk2-516岩芯样品的Fe^(2+)和总Fe质量比分别为7836%和9192%,据此计算得到其氧化还原电势(Eh)分别为-1694mV和115mV.利用PHREEQC程序、OECD/NEA最新热力学数据及碳酸铀酰与Mg/Ca配合物的热力学参数,计算了U、79Se、99Tc和Np在合成地下水中的溶解度及种态分布情况.结果表明,在假设地下水氧气分压不变、pH为50~110的条件下,U、Se、Tc、Np在Tzk1-542合成地下水中的溶解度范围分别为10^(-11)~10^(-8)、10^(-16)~10^(-9)、10^(-14)~10^(-12)、10^(-18)~10^(-17)mol/L,在Tzk2-516合成地下水中的溶解度范围分别为10-14~10^(-5)、10^(-14)~10^(-5)、10^(-11)~10^(-4)、10^(-18)~10^(-17)mol/L,两组合成地下水中U、Se、Tc和Np的溶解态均主要以中性分子或阴离子形式存在.鉴于黏土岩地下水一般呈碱性,固定Tzk1-542和Tzk2-516合成地下水的pH分别为945和824,Eh在-1694~1694mV范围变化时,Tzk1-542合成地下水中U、Se、Tc、Np的溶解度范围分别为10^(-10)~228×10^(-4)、10^(-12)~10^(-3)、10^(-14)~10^(-2)、10^(-18)~10^(-12)mol/L,其溶解态主要以UO_(2)(CO_(3))_(4)^(-3)、CaUO_(2)(CO_(3))_(2)-3、SeO_(2)^(-3)、HSeO-_(3)、TcO-_(4)、NpO_(2)OH等带负电或中性种态的形式存在;Tzk2-516合成地下水中U、Se、Tc、Np的溶解度范围分别为10^(-11)~10^(-5)、10^(-11)~10^(-3)、10^(-16)~10^(-2)、10-19~10^(-13)mol/L,其溶解态主要以Ca_(2)UO_(2)(CO_(3))_(3)、CaUO_(2)(CO_(3))_(3)^(2-)、SeO^(2-)_(3)、HSeO-_(3)、TcO-_(4)、NpO_(2)OH等形式存在.本工作仅对均相溶液体系进行模拟,针对地下水-岩体系的实际情况,仍需进一步开展相关核素的实验研究. 展开更多

关键词 塔木素 合成地下水 可变价核素 溶解度 种态分布

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铀在北山地下水中的种态分布及溶解度分析 被引量：19

3

作者 康明亮 蒋美玲 +2 位作者 杨颛维 陈繁荣 刘春立 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期160-166,共7页

为了解铀酰离子在北山地下水中的吸附、扩散和迁移行为,利用地球化学计算软件PHREEQC,采用由OECD/NEA发布的最新铀的热力学数据,计算了铀在我国高放废物地质处置库重点研究区甘肃北山地下水中的种态分布,并分析了围岩中存在的方解石对... 为了解铀酰离子在北山地下水中的吸附、扩散和迁移行为,利用地球化学计算软件PHREEQC,采用由OECD/NEA发布的最新铀的热力学数据,计算了铀在我国高放废物地质处置库重点研究区甘肃北山地下水中的种态分布,并分析了围岩中存在的方解石对铀溶解度的影响。计算结果表明,在北山地下水组成不变的前提下,在偏酸性条件下,铀主要以UO2F+、UO2SO4、UO22+、UO2F2和UO2(SO4)22-的形式存在,而在中性至弱碱性条件下,主要以UO2(CO3)43-、UO2(CO3)22-、UO2(OH)3-和UO2(OH)24-的形式存在。我国计划建造的高放废物处置库的设计深度为地下500～1 000m,其水岩体系一般呈弱碱性。在这样的弱碱性水岩体系中,以阴离子形式存在的铀酰配合物具有较强的可移动性。当地下水的pH=7.56时,在Eh<24mV的条件下,铀主要以沥青铀矿的形式存在,而在更高的Eh条件下,则主要以UO22+与CO23-和OH-形成的阴离子配合物的形式存在。当地下水与空气接触时,O2的存在会使Eh升高,此时铀的主要存在种态为UO22+及其各种配合物。当围岩体系中存在方解石时,在pH<8.0的条件下,铀在地下水中的溶解度会显著提高,而在更高pH条件下,方解石对铀的溶解度无明显影响。 展开更多

关键词 铀酰离子 水岩体系 种态分布 溶解度

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Am在两种不同地下水中的种态分布及溶解度分析 被引量：3

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作者 蒋美玲 王祥云 +3 位作者 刘春立 王东文 刘福强 张灏 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期263-271,共9页

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... 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）。 展开更多

关键词 CHEMSPEC AM 种态分布 溶解度

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天然海水中痕量重金属元素种态分布的数值模拟 被引量：3

5

作者 夏彧 徐真 +3 位作者 马英杰 陈浩峰 王雷 李崇瑛 《桂林理工大学学报》 CAS 北大核心 2016年第3期597-602,共6页

热力学数据是元素种态计算的基础,在PHREEQC原有数据库的基础上利用HSC Chemistry v6.0软件计算得到的log K与Delta_h(自由能变化)对重金属元素Cu、Cd热力学数据进行了补充,进而研究了重金属元素Cu、Cd、Zn、Pb在天然海水中种态分布的... 热力学数据是元素种态计算的基础,在PHREEQC原有数据库的基础上利用HSC Chemistry v6.0软件计算得到的log K与Delta_h(自由能变化)对重金属元素Cu、Cd热力学数据进行了补充,进而研究了重金属元素Cu、Cd、Zn、Pb在天然海水中种态分布的影响因素及变化规律。结果表明:天然海水中重金属元素Cu、Cd、Zn、Pb的种态分布需考虑pH的影响,温度对其种态分布有影响但不显著;而海水中典型的变价重金属元素的种态还需讨论pE(平衡状态下的电子活度)的影响,这对今后关于水质重金属元素种态的研究提供了基础支撑。 展开更多

关键词 海水 痕量元素 种态分布 数值模拟

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PHREEQC在Pu的种态分布及废水处理中的应用 被引量：2

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作者 赵庆凯 桑培伦 +1 位作者 李顺 庞敏 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第17期357-362,共6页

为了探究不同水化学条件下Pu的种态分布,对含Pu废水的处理提供指导,通过地球化学软件PHREEQC对Pu的种态进行了模拟。结果表明:Pu对环境的氧化还原条件十分敏感,p H在2~12范围内增加时,Pu的主要价态不断升高,水解程度变大;随着pe的提高,P... 为了探究不同水化学条件下Pu的种态分布,对含Pu废水的处理提供指导,通过地球化学软件PHREEQC对Pu的种态进行了模拟。结果表明:Pu对环境的氧化还原条件十分敏感,p H在2~12范围内增加时,Pu的主要价态不断升高,水解程度变大;随着pe的提高,Pu的主要价态不断升高。不同价态Pu的络合(水解)能力大小为:Pu(Ⅳ)>Pu(Ⅵ)≈Pu(Ⅲ)>Pu(Ⅴ);对于指定价态Pu,与各离子络合能力大小为:OH^-、CO3^2->F^-、SO4^2->Cl^-、NO3^-;反渗透对离子半径大、所带电荷高的种态截留率更高。 展开更多

关键词 PHREEQC PU 种态分布 无机离子

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北山地下水中可变价核素的溶解度和种态分布研究 被引量：3

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作者 程曦 康明亮 +2 位作者 杨广泽 马悦 王驹 《辐射防护》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期316-324,共9页

北山28号钻孔(BS28)毗邻我国拟建高放废物处置库首座地下实验室场址。近期,基于现场动态连续测量,并结合地下水中溶解铁含量及围岩中Fe2+/Fe3+的比例推算,获得该钻孔365~690 m深处地下水在温度为18.4℃和pH值为(8.1±0.2)条件下,Eh... 北山28号钻孔(BS28)毗邻我国拟建高放废物处置库首座地下实验室场址。近期,基于现场动态连续测量,并结合地下水中溶解铁含量及围岩中Fe2+/Fe3+的比例推算,获得该钻孔365~690 m深处地下水在温度为18.4℃和pH值为(8.1±0.2)条件下,Eh值范围为-56至98 mV。基于此,本文利用PHREEQC程序及碳酸铀酰与Mg、Ca和Sr的三元配合物的热力学数据,计算了U、99Tc、79Se和Np在该地下水中的溶解度及种态分布情况。结果表明,地下水的pH值为8.1,Eh值在-56 mV到98 mV之间时,U、Tc和Se的溶解度范围分别为10-9~10-6mol/L、10-14~10-4mol/L和10-14~10-7mol/L,而Np的溶解度始终低于10-15mol/L。在上述条件下,溶解态U、Se与Tc主要以Ca2UO2(CO3)3、CaUO2(CO3)32-、HSeO3-、SeO32-、TcO4-等中性分子或阴离子形式存在。在假定地下水氧气分压不变的情况下,在pH值为8.1时Eh值分别取-56 mV(最小值)、21 mV(中间值)和98 mV(最大值),本文也研究了pH值在5~11范围内变化的影响。本工作仅针对均相溶液体系进行模拟,由于北山花岗岩围岩中富含二价铁,针对地下水-岩体系的实际情况,仍需进一步开展相关核素的还原固定实验研究。 展开更多

关键词 北山 可变价核素 溶解度 种态分布

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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 被引量：10

8

作者 蒋京呈 王晓丽 +4 位作者 蒋美玲 周万强 王祥云 杜良 刘春立 《中国科学：化学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期816-822,共7页

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... 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^-. 展开更多

关键词 CHEMSPEC 镎 钚 种态分布 吸附

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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 被引量：8

9

作者 周万强 蒋京呈 +5 位作者 何建刚 王祥云 杜良 王晓丽 谭昭怡 刘春立 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期21-26,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 铀 CHEMSPEC 种态分布 吸附

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CHEMSPEC模拟铀在塔木素地下水中的种态分布 被引量：2

10

作者 徐雪雯 周万强 +3 位作者 董亮 谭昭怡 王祥云 刘春立 《中国科学：化学》 CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1308-1314,共7页

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... 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. 展开更多

关键词 CHEMSPEC 铀 塔木素 种态分布 影响因素

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地下水体系核素化学形态模拟系统软件开发

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作者 张积桥 兰友世 +5 位作者 黄昆 张飞天 那平 陈锦言 杨素亮 张生栋 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期177-184,I0006,共9页

为评估处置库的安全性,核素化学形态信息是准确预测核素的运移行为研究的前提。鉴于我国核能工业的迅速发展以及建立环境中核素的确认需求,在我国开展处置库周围核素的化学形态研究具有十分重要的意义。针对地下水中元素种态分布的研究... 为评估处置库的安全性,核素化学形态信息是准确预测核素的运移行为研究的前提。鉴于我国核能工业的迅速发展以及建立环境中核素的确认需求,在我国开展处置库周围核素的化学形态研究具有十分重要的意义。针对地下水中元素种态分布的研究需求,以JAVA为开发工具、MySQL作为数据库、Tomcat为容器,开发了一套B/S架构的元素种态分布模拟软件。针对模拟计算中遇到的化学反应平衡非线性方程组求解收敛困难的问题,引入了根据化学反应势能求解的方法和反应因子控制迭代步长,实现了对化学反应非线性方程快速地求解,并可拓展多相平衡计算。以塔木素地下水中镎为考察对象,利用所开发化学形态模拟软件(simulation software on chemical species,SSCS)计算环境中镎的形态和量,并对比PHREEQC的计算结果,相对偏差在10%以内,针对环境中痕量元素的分布,提供了理论计算的解决方案。 展开更多

关键词 化学形态 模拟软件 SSCS PHREEQC 镎 种态分布 软件开发

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地球化学模拟在高放废物地质处置中的应用与发展 被引量：4

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作者 蒋美玲 陈涛 +2 位作者 康明亮 王祥云 刘春立 《中国科学：化学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1508-1520,共13页

随着核能事业的发展,高放废物的处理和处置问题日益突出.其中,研究高放废物在环境介质中的吸附、扩散和迁移行为是获取放射性核素对周围环境和人群健康影响的基础参数的最重要和最直接的途径.近年来,人们利用已有的实验数据及核素的基... 随着核能事业的发展,高放废物的处理和处置问题日益突出.其中,研究高放废物在环境介质中的吸附、扩散和迁移行为是获取放射性核素对周围环境和人群健康影响的基础参数的最重要和最直接的途径.近年来,人们利用已有的实验数据及核素的基础热力学和动力学数据,附以相应的数学模型,建立了一些地球化学模拟软件,用于分析核素在地质介质中可能发生的连续性和长期性变化.目前,国内外常用的地球化学模拟软件有十多种.本文从热力学平衡计算原理、种态分布计算方法和表面配位模型假设等几个方面对地球化学模拟软件进行了简要介绍,对近年来地球化学模拟软件在核素种态分布计算和表面配位模型模拟两方面的应用进行了举例分析,并以Ca-U-CO3配合物为例,说明完备的热力学数据对地球化学模拟软件发展的重要性,以期促进我国地球化学模型的应用和发展. 展开更多

关键词 地球化学模型 种态分布 表面配位模型 热力学数据

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