CN116354543A - 一种高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法，该方法包括以下步骤：a、在地表挖设注水口和抽水口；b、使用抽水泵通过抽水口抽取待修复处理的地下水到储液缸内；c、将储液缸内的地下水溶液中的悬浮物去除，得到待处理溶液；d、在磁力搅拌曝气的条件下，向待处理溶液中滴加HCl溶液；e、然后控制待处理溶液温度在35℃，保温12h后，加入NaOH溶液调至中性；f、根据待处理溶液的初始碱度和U(VI)浓度，向上步得到的处理溶液中加入Na2S溶液后，进行还原反应，反应结束后得到修复后溶液；g、将修复后的溶液通过注水口排入到地下；h、重复步骤b~f以完成含铀地下水的修复治理工作。本发明可用于高碳酸盐条件下地下水中去除铀的工程应用。

Description

一种高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法
技术领域
本发明涉及一种地下水污染修复技术，具体地说是一种高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法。
背景技术
原地浸出采铀工艺为当前天然铀生产的主要工艺，同时地浸铀矿床多为砂岩型铀矿，由于受到储量规模的战略性保护和生产工艺的制约，通常多个采区逐一进行开采。然而经过多年的开发利用，一些中性地浸矿山初期采区步入生产周期的末端，停产采区的地下水生态恢复问题逐渐成为环保主管部门的关注重点。针对低渗透性、高碳酸盐含量的中性开采工艺，构建新型地下水修复治理技术具有一定程度的紧迫性和必要性。
通过分析某矿山现有地下水水质数据，其含有较高浓度的碳酸盐，会进一步加剧含矿层表面的浸出作用，带来一定的修复难度。此类型采区的地下水修复治理，在世界范围内都具有一定的挑战，高碳酸根浓度背景下如何对U(VI)进行有效还原受到核工业行业内外格外关注。
发明内容
本发明的目的就是提供一种高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法，以对高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理。
本发明是这样实现的：一种高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法，包括以下步骤：
a、在地表沿待修复治理的地下水流向挖设两个井口，位于前方的为注水口，位于后方的为抽水口；
b、使用抽水泵通过抽水口抽取待修复处理的地下水，抽放到放置在地面上的储液缸内；
c、将储液缸内抽取的地下水溶液中的悬浮物去除，得到待处理溶液，测定待处理溶液的pH值、碱度以及初始U(VI)浓度；
d、在磁力搅拌曝气的条件下，向待处理溶液中滴加HCl溶液，使溶液的pH降至2.0以下；
e、然后控制待处理溶液温度在35℃，保温12h后，加入NaOH溶液将待处理溶液pH值调节至中性；
f、根据待处理溶液的初始碱度和U(VI)浓度，向上步得到的中性待处理溶液中加入Na2S溶液后，在摇床中保持13℃恒温、150rpm转速，摇晃12h，进行还原反应，反应结束后得到修复后溶液；
g、将修复后的溶液通过注水口排入到地下；
h、重复步骤b～f以完成含铀地下水的修复治理工作。
步骤d中的HCl溶液浓度为3mol/L。
步骤e中的NaOH溶液浓度为5mol/L。
步骤f中Na2S溶液的溶度为10g/L，其加入量使得摇床内的溶液中的Na2S含量控制在100～500mg/L之间。
本发明提供的方法能够通过调节pH控制U(VI)在地下水溶液中的形态分布，向更易被还原的形态转化，进一步提高还原剂的处理效率，减少药剂的用量，可用于高碳酸盐条件下地下水中去除铀的工程应用。
附图说明
图1、图2和图3是经过HCl和NaOH调节pH后，不同Na2S浓度对浸出液中铀的还原效率图。
图4为不同pH条件下铀酰离子的形态分布图。
具体实施方式
实施例1
铀酰离子的形态分布与溶液中各类离子的浓度息息相关，地下水中CO3 2-可与UO2 2+形成稳定的配合物，二者的配位结构满足能量最低原理，形成的较为稳定的化学结构。在中性溶液中含有碳酸根条件下，能与铀酰离子络合的主要形态为UO2(OH)+、(UO2)2(OH)2+、UO2CO3、UO2(CO3)2 2-、UO2(CO3)3 4-等，铀酰离子与碳酸根形成的UO2(CO3)3 (2n-2)-配合物是放射性核素铀在自然界中迁移的主要影响因素。
从微观化学视角来看，在含有高碳酸根体系的溶液中，可以通过调节pH改变位于铀酰离子中位于赤道位的碳酸根数量。配位数的不断改变，宏观体现为多种不同配合物的溶解和生成。当体系中的pH低于4.0时，通过计算配位化学稳定常数可得UO2(CO3)2 2-，而在pH大于8.0条件下，UO2(CO3)3 4-为最稳定的化合物形态。从以上结论不难看出，在赤道位处于碳酸根络合形态的铀酰离子，难以被硫化物为代表的还原剂(S2-、SO3 2-)进攻，从而阻碍了铀的还原。而位于轴向位的U＝O双键体系，具有更强的电负性，也难以被直接进攻还原。这也是高碳酸根体系下，铀酰离子难以被直接还原和吸附的主要原因。同时以S2-为主要组分的还原铀实验中，只有在低水平的总溶解碳酸(H2CO3+HCO3 -+CO3 2-)和低Ca2+条件下才能够形成对铀的快速有效还原。
针对上述铀酰离子的特点，本发明提供了一种高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法，该方法包括以下步骤：
S1、在地表沿待修复的地下水的流向挖设两个井口，其中一个为抽水口，另一个为注水口；
S2、使用抽水泵通过抽水口抽取待修复处理的地下水，抽入到放置在地面上的储液缸内；本步骤中所使用的抽水泵被市面上销售的常见抽水泵；
S3、将储液缸内抽取的地下水溶液中的悬浮物去除，得到较纯净的待处理溶液，测定待处理溶液的pH值、碱度以及初始的U(VI)浓度；由于铀都是与碳酸根形成稳定的Ca-U(VI)-CO3，因此通过检测碳酸根浓度即可得到U(VI)浓度；通过检测，本实施例中的待处理溶液的pH为7.32，通过碱度计测定其碳酸根含量约为2500mg/L，铀浓度为5.1mg/L；
S4、使用磁力搅拌器对待处理溶液进行搅拌，在磁力搅拌曝气的条件下，向上步得到的待处理溶液中滴加浓度为5mol/L的HCl溶液，使溶液的pH值降到2.0；本步骤所使用的磁力搅拌器为市面上销售的磁力搅拌器；
S5、控制待处理溶液的温度在35℃，保温12h后，加入5mol/L的NaOH溶液，将pH调回至7.0；
S6、根据待处理溶液的初始碱度和U(VI)浓度，向上步得到的中性待处理溶液中加入10g/LNa2S溶液后，在摇床中保持13℃恒温、150rpm转速，摇晃12h，进行还原反应，反应结束后得到修复后的溶液；
S7、将修复后的溶液通过注入口排入到地下；
S8、重复步骤b～f以完成含铀地下水的修复治理工作。
实施例2
为了测定不同量Na2S浓度对铀的还原效率的影响，本实施例做了对照试验，对照试验中分别采用上述修复方法，区别在于步骤S6中，加入不同量Na2S溶液后摇床内的Na2S浓度含量为10mg/L、30mg/L、50mg/L、100mg/L、300mg/L、500mg/L的溶液。分别在步骤S6反应结束后，取出修复后的溶液通过微量铀分析仪进行测定，并根据对浸出液中铀的还原效率进行计算，公式如下：
Figure SMS_1
其中，A为还原效率；C0为浸出液中U(VI)的初始浓度；Ct为还原反应结束后浸出液中的U(VI)浓度。
计算结果如图1～图3所示，从图中可以看出在步骤S6中加入Na2S溶液的量，使得摇床内溶液中Na2S含量控制在100～500mg/L，还原效率最高。
实施例3
通过水文地球化学软件模拟不同pH条件下铀酰离子的形态分布，如图4所示，从图4中可以看出在低pH条件下UO2 2+、(UO2)n(OH)2n-1 +占据主导地位，是参与还原反应的主要化学组分，因此在以Na2S作为还原剂的地下水修复实验中，涉及到的化学反应方程式如下所示：
UO2 2++HS-→UO2(s)+S(s) 0+H+
(UO2)n(OH)2n-1 ++nHS-→nUO2(s)+n/8S8(s) 0+n-1OH-+nH2O 。

Claims (4)

1.一种高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法，其特征是， 包括以下步骤：
a、在地表沿待修复治理的地下水流向挖设两个井口，位于前方的为注水口，位于后方的为抽水口；
b、使用抽水泵通过抽水口抽取待修复处理的地下水，抽放到放置在地面上的储液缸内；
c、将储液缸内抽取的地下水溶液中的悬浮物去除，得到待处理溶液，测定待处理溶液的pH值、碱度以及初始U(VI)浓度；
d、在磁力搅拌曝气的条件下，向待处理溶液中滴加HCl溶液，使溶液的pH降至2.0以下；
e、然后控制待处理溶液温度在35℃，保温12h后，加入NaOH溶液将待处理溶液pH值调节至中性；
f、根据待处理溶液的初始碱度和U(VI)浓度，向上步得到的中性待处理溶液中加入Na2S溶液后，在摇床中保持13℃恒温、150rpm转速，摇晃12h，进行还原反应，反应结束后得到修复后溶液；
g、将修复后的溶液通过注水口排入到地下；
h、重复步骤b~f以完成含铀地下水的修复治理工作。
2.根据权利要求1所述的高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法，其特征是，步骤d中的HCl溶液浓度为3mol/L。
3.根据权利要求1所述的高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法，其特征是，步骤e中的NaOH溶液浓度为5mol/L。
4.根据权利要求1所述的高碳酸盐体系下含铀地下水的修复治理方法，其特征是，步骤f中Na2S溶液的溶度为10g/L ，其加入量使得摇床内的溶液中的Na2S含量控制在100~500mg/L之间。
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