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地下水中U的形态模拟与迁移研究的开题报告
一、选题背景
随着人口的增长和工业化的发展，地下水污染问题已经成为人们关注的重点。
重金属污染是地下水污染的主要来源之一，其中铀是一种具有放射性的重金属元素，对人类健康和环境都具有很大的危害性。
铀在地下水中存在着不同的形态，例如，六价铀（U（VI））和四价铀（U（IV）），它们的行为和环境效应有很大差异。
因此，对铀在地下水中的形态进行模拟和研究，对于更好地了解地下水污染的成因和特征，加强地下水资源的保护和管理具有重要意义。
二、研究目的
本项目旨在对地下水中铀的形态进行模拟和研究，重点考虑六价铀和四价铀在地下水中的迁移行为，分析其在不同环境条件下的变化规律，为地下水污染防治提供科学依据。
三、研究内容
（1）铀在地下水中的形态及其转化规律分析；
（2）地下水中六价铀和四价铀的模拟计算；
（3）地下水中铀迁移规律的研究；
（4）探究环境因素对铀形态及其迁移的影响；
（5）分析地下水铀污染的成因和特征。
四、研究方法
（1）收集相关文献，了解铀在地下水中的形态及其迁移规律；
（2）利用模拟软件对六价铀和四价铀在地下水中的形态进行计算；
（3）野外取样，测定采样点的环境因素，分析不同因素对铀形态及其迁移的影响；
（4）利用实验室方法，对采样点的地下水进行铀含量分析；
（5）结合实验室方法和模拟计算的结果，分析地下水中铀污染的成因和特征。
五、预期成果
（1）掌握地下水中铀的形态及其转化规律；
（2）建立地下水中六价铀和四价铀的模拟计算模型；（3）分析地下水中铀的迁移规律和影响因素；（4）研究地下水铀污染的成因和特征；
（5）撰写研究论文，发表学术论文。
基于K_(d)的某酸法地浸铀矿山地下水铀运移模拟杨冰;孟童;郭华明;连国玺;陈帅瑶;杨曦【期刊名称】《地学前缘》【年(卷),期】2024(31)3【摘要】地浸铀矿山地下水U污染问题是国际社会广泛关注的环境地质问题,准确预测地浸铀矿山采区外围地下水中U的运移范围对辐射风险评估至关重要。
本文以我国某酸法地浸铀矿山为研究对象,利用数值模拟方法定量模拟和预测了不同生产时间地下水中U的运移范围。
数值模拟结果表明,地浸生产会明显改变采区流场形态,形成指向采区内部的水力梯度,生产井的抽注是改变流场形态的主控因素。
在流场模拟的基础上,建立了不考虑吸附作用的地下水U运移模型与基于K_(d)值的U阻滞运移模型。
根据采区内生产井及采区外围不同距离处监测井地下水pH情况,对阻滞运移模型中的K_(d)进行了分区赋值。
对比两个模型的模拟结果可以发现,当考虑含水介质对地下水中U的吸附阻滞作用后,模拟结果能够跟现场监测数据更好拟合,表明地浸采区外围地下水中U的运移范围受含水介质的吸附阻滞作用明显;这种情况下,U在地下水中的运移距离缩短了53%,运移范围缩小了41%;阻滞运移模型预测的投产5年后采区外围地下水中U迁移距离为50 m。
该结果与现场监测结果基本一致,证明数值模拟手段可以为地浸铀矿山地下水U分布范围预测提供科学依据。
【总页数】11页(P381-391)【作者】杨冰;孟童;郭华明;连国玺;陈帅瑶;杨曦【作者单位】中核第四研究设计工程有限公司;中国地质大学(北京)生物地质与环境地质国家重点实验室;中国石油天然气股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】X523【相关文献】1.用SRB处理酸法地浸铀矿山地下水的研究2.基于地球化学模拟分析杂质矿物对酸法地浸采铀的影响3.某酸法地浸铀矿山全采区地下水流场变化数值模拟4.基于植酸水解液的酸法地浸铀矿污染地下水修复试验5.酸法地浸采铀矿山地下水修复技术应用与探讨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于GMS的某地浸铀矿地下水铀运移模拟铀矿地下水污染防治是地浸矿山环境保护的核心。
为了保护地浸铀矿采区地下水资源,现以某地浸铀矿环境调查报告为基础,通过收集相关水文地质资料,采用地下水模拟软件GMS建立某地浸铀矿地下水模型和溶质运移模型。
在溶质运移模拟中,岩石对铀的吸附模拟和不同抽注比的条件地下水中铀模拟是其中一个重要的研究内容之一。
首先,通过水文地质资料概化某地浸铀矿地下水模型。
其次,通过MT3DMS来模拟某地浸铀矿地下水中铀迁移规律和范围。
用MT3DMS 模拟了不同吸附常数下铀的运移范围。
然后,采用不同的数值解法对溶质运移模型进行求解。
最后,采用GMS软件模拟了不同抽注比的情况下,对地浸铀矿地下水中铀运移的影响。
获得主要结论如下:1、在某地浸铀矿正常工况条件下,采场地下水中铀不会进入东部河流,不会对河水产生污染。
但是铀具有往河流侧迁移的趋势。
2、水力坡度是影响溶质运移的一个重要因素。
通过对比某地浸铀矿周围的水力坡度,发现某地浸铀矿地下水中铀运移随着地下水流场运动几乎一致,都是从高水头位置向地水头位置运移。
3、空隙介质对地下水中铀的吸附会对铀运移产生影响,但其主要影响地下水中铀浓度。
4、运用GMS软件对某地浸铀矿地下水模型采用不同数值方法进行求解,发现不同数值方法求解,其模型结果值存在一定差异。
5、提高地浸铀矿的抽注比,可以降低地下水中铀浓度和缩减铀的运移范围。
通过使用GMS软件,模拟某地浸铀矿地下水中铀运移规律和范围,为地浸铀矿生产及地下水环境污染预防和治理提供合理的建议和措施。
某铀尾矿库区地下水238U迁移模拟
林碧美;徐卫东
【期刊名称】《世界核地质科学》
【年(卷),期】2008(025)001
【摘要】将铀尾矿库核素迁移问题概括为均质多孔介质中稳定的二维水流条件下的三维溶质迁移问题,利用Visual Modflow软件(MT3D)采用全隐式差分法对某铀尾矿库放射性核素迁移进行了模拟研究,模拟值结果与浓度实测值较吻合,揭示了尾矿库放射性核素时空迁移规律.
【总页数】5页(P57-61)
【作者】林碧美;徐卫东
【作者单位】东华理工大学,江西,抚州,344000;东华理工大学,江西,抚州,344000【正文语种】中文
【中图分类】TL941;P619.14
【相关文献】
1.铀尾矿库中238U运移数值模拟 [J], 李合莲;陈家军
2.铀尾矿库区浅层地下水中U(Ⅵ)迁移的模拟 [J], 谢水波;陈泽昂;张晓健;王开华;王清良;吕俊文
3.铀尾矿库区地下水铀污染研究 [J], 熊正为;彭福全;王志勇
4.铀尾矿库周围地下水运动数值模拟 [J], 李合莲;陈家军
5.铀尾矿渗滤液中铀在地下水中的迁移模拟 [J], 谢添;贺萌;李婷;朱君;石云峰
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第39卷第2期2022年6月World Nuclear Geoscience世界核地质科学Vol.39No.2Jun.2022核素铀、镅在地下水中赋存形态模拟黄淑龙1，张金2，毛亮1，李洪辉1，张冰焘1，武海花1，孟子贺1（1.中国辐射防护研究院，山西太原030006；2.秦山核电有限公司，浙江嘉兴314300）［摘要］核素在地下水中的赋存形态对其迁移扩散能力有一定影响。
为探究核素在黏土岩区域地下水中的赋存形态，以内蒙古阿拉善地区某黏土岩预选场址地下水为介质，采用PHREEQC 软件并结合OECD/NEA 发布的最新热力学数据库计算了核素铀、镅在地下水中的赋存形态，并分析了pH 对核素赋存形态的影响。
结果表明：内蒙古阿拉善地区地下水中铀主要以Ca 2UO 2(CO 3)3和CaUO 2(CO 3)32-形式存在，镅主要以Am(CO 3)+形式存在；pH 会对核素赋存形态有重要影响，核素发生的络合反应类型会随着pH 的变化而改变，进而生成不同的络合物。
［关键词］核素铀；核素镅；PHREEQC ；地质处置；地下水［文章编号］1672-0636（2022）02-0254-08［中图分类号］TL942；X946［文献标志码］ASpeciation of Nuclides U and Am in Groundwater Based onPHREEQCHUANG Shulong 1，ZHANG Jin 2，MAO Liang 1，LI Honghui 1，ZHANG Bingtao 1，WU Haihua 1，MENG Zihe 1（1.China Institute for Radiation Protection ，Taiyuan ,Shanxi 030006，China ；NC Qinshan Nuclear Power Co.Ltd ，Jiaxing,Zhejiang 314300，China ）Abstract ：Nuclide species in groundwater have a significant influence on their ability to migrate and diffuse.The nuclide species in groundwater of argillaceous rock area,and the effects of the potential pH on the species were investigated by using PHREEQC codes based on the lasted thermodynamic database published by the Nuclear Energy Agency of Organization for Economic Co-operation andDevelopment (OECD/NEA).The results show that Ca 2UO 2(CO 3)3and CaUO 2(CO 3)32-are the major species of uranium and Am(CO 3)+is the major species of americium in the groundwater of argillaceous rock area in Alashan of Inner Mongolia,China.The value of pH has an important influence on nuclidespecies.The type of complex reaction between nuclides and ions in groundwater solution will change with the change of pH,and then different complexes will be formed.Keywords ：uranium ；americium ；PHREEQC ；geological disposal ；groundwater对于高水平放射性废物，经过多年的研究和实践，目前公认的安全可靠且技术上可行的方法为深地质处置，即把高放废物深埋于距地表约500～1000m 的处置库中，依靠工程屏障和天然屏障与生物圈永久隔离［1-4］。
铀系同位素在地下水系统中的应用地下水是地球上重要的水资源之一，它广泛应用于饮用水、农业灌溉和工业用水等方面。
然而，地下水受到各种污染物的威胁，其中包括铀及其同位素。
铀及其同位素在地下水中的存在对人类健康和环境造成潜在风险。
因此，研究铀系同位素在地下水系统中的应用具有重要意义。
1. 铀系同位素的来源与迁移铀系同位素源自地壳中的天然铀矿石。
当地下水与岩石发生接触时，铀矿物会溶解并释放铀系同位素到地下水中。
这些同位素经过迁移，最终积聚在地下水体系中的不同部位。
研究铀系同位素在地下水中的来源和迁移途径，能够更好地了解铀污染的形成与演化规律，为地下水污染的治理提供依据。
2. 铀系同位素的地球化学特征铀系同位素主要包括天然铀的放射性同位素铀-238、铀-235和铀-234，以及它们的衰变产物：镭-226、镭-228和镭-224。
这些同位素在地下水中的存在呈非均匀空间分布，并受到水文地质条件、溶解度和氧化还原条件的影响。
因此，通过对铀系同位素的地球化学特征的研究，可以揭示地下水系统的物质运移规律和地质背景对污染的响应，从而指导地下水资源的合理利用和保护。
3. 铀系同位素的环境影响与风险评估由于铀及其同位素放射性衰变而产生的高能射线对人体健康构成潜在威胁。
此外，铀的毒性也被广泛关注。
因此，了解铀系同位素在地下水中的行为规律对环境影响和人类健康风险评估至关重要。
目前，科学家通过对不同地下水体系中铀系同位素含量的测量和分析，建立了一套相对完善的风险评估模型。
这些模型考虑了人体暴露途径、吸收途径和剂量效应等因素，有助于评估地下水中铀系同位素对生态环境和人类健康的潜在风险。
4. 铀系同位素的地下水污染治理方法针对地下水中铀系同位素的污染问题，科学家们提出了多种治理方法。
常见的治理方法包括生物修复、化学还原和吸附剂吸附等技术。
生物修复方法通过引入特定微生物和植物，促进铀的溶解和沉淀，进而降低地下水中铀的含量。
化学还原方法通过添加还原剂将水中的六价铀还原为四价铀，从而降低其毒性和溶解度。
铀在自然环境中的迁移与转化研究铀是一种具有放射性的元素，在自然界中广泛存在。
它是热核反应中的重要燃料，在核能开发和应用中扮演着重要的角色。
由于铀具有放射性，因此在工业领域和人们的生活中，铀也会成为一种有害物质。
因此，在探索铀在自然环境中的迁移与转化过程中，可以更好地指导我们对于工业铀排放的管理和环境污染的控制。
铀在自然环境中的存在形式很多，可以是固体，也可以是液态，其中，在地质尺度上，铀主要分布在地层和矿物中。
据研究，地球上已知的铀矿床中含有约200万吨的铀，其中绝大部分采自的铀是以氧化铀UO2的形式存在于天然铀矿中。
其次，铀也会在自然环境中形成无机盐和有机盐。
无机铀盐可以溶解在水中，形成可溶性铀化合物，而有机铀盐则可以与天然有机物相结合，形成自然界中一种稳定的有机铀化合物。
此外，铀的化学性质也会受到水、矿物、微生物、土壤和植被等许多因素的影响。
铀在自然环境中的迁移和转化主要受环境因素的影响。
其中最主要的环境因素就是水。
因为铀可以在水溶液中形成可溶性铀化合物，所以当铀遇到水时，会发生溶解。
在自然环境中，水是最常见的介质之一。
地下水和表层水都是铀的重要介质，同时大气降水也是铀迁移的重要载体。
在不同的水体介质中，铀的浓度和形态都会有所不同。
例如，铀在地下水中通常以U(VI)的形式存在，而在河流或湖泊的表面水中，铀会以可溶性的U(IV)形式存在。
这表明，铀的形态和浓度是受到水体介质的影响的。
此外，土壤也是铀迁移的重要介质之一。
典型的自然环境中，土壤中的铀含量普遍较低。
但是，当人类的活动造成土壤改变时，铀的含量有时会增加，并且可能对环境造成负面影响。
例如，人类经常用化学肥料来提高农作物的生产力。
这些肥料中含有化学元素，其中包括铀。
如果使用过量，肥料中的铀就可能会对土壤的铀含量产生影响，并促进铀的迁移和转化。
铀迁移和转化的过程中，微生物也发挥着重要的作用。
微生物是自然界中一种重要的生物。
它们以化学元素为营养来源，并通过吸收和代谢过程来生存和繁殖。
收稿日期:2000-05-26①US Department of Health and Human Services.Toxicologicalprofile for uranium (Draft for public comment ),Atlanta ,G eorgia.1997.地下水中铀的反应运移模拟B.Merkel(德国弗莱堡工业大学地质学院,弗莱堡)摘要:地下水中铀的反应运移模拟对地下水保护和铀矿区的恢复都很重要,因为铀是一种化学毒害性很高的放射性元素.在地下水及水与固体之间都应考虑对流、弥散、稀释、吸附等化学相互作用.介绍了德国德累斯顿市附近的K oenigstein 矿区淋滤条件的可行性研究结果.由于反应运移模拟需占用大量的CPU 时间,所有的运行在一天内完成,但用简单的混合法进行了稀释.对于这种研究,PHREEQC 2.2证明是一个功能很强的工具.与PHREEQC 相对应的数据库WA TEQ4F 涉及到48种元素、400多种物质、300多种矿物.根据铀和镭的特性,对其作了一定的修改,以使它更具相容性和可靠性.关键词:地下水;铀;反应运移模拟.中图分类号:P641.2;P641.3;X753 文献标识码:A 文章编号:1000-2383(2000)05-0451-05作者简介:Broder Merkel ,男,1983年获德国慕尼黑大学博士学位,现任德国Freiberg 工业大学地质生态学院院长、水文地质主讲教授,主要从事地下水污染研究和教学工作.0 引言3种天然同位素(99.27%238U ,0.70%235U ,0.03%234U )的放射性元素.238U (半衰期4.9×109a )和235U (半衰期7.13×108a )是放射性衰变系列的母体,且234U 是238U 的蜕变物.铀和子体核素如镭(Ra )、钍(Th )、氡(Rn )和子氡都是放射线发射体,尤其对饮用水而言,即使它们浓度很低,高能量的α辐射也是很危险的.由于居住区空气中氡的浓度偏高,其来源和运移已经变得相当重要.但是,目前有关毒性资料证明,铀所有的毒性主要取决于它的化学特性①.因此几个国家正在讨论铀在国际标准中1×10-9～20×10-9范围内的MCL (最大污染浓度).目前美国环境保护署(EPA )建议饮用水中铀的质量分数为20×10-9,但它只考虑了铀的放射毒性,应当有所调整.相反,当前德国放射保护委员会300×10-9的建议相对EPA 的MCL (20×10-9)更不可靠.地下水中铀的天然质量分数变化很大,可从0.001×10-6变化到约1×10-6,这取决于不同地球化学边界条件和铀矿物的产出条件.深部采矿和露天采矿改变了地球化学边界条件(如氧气的供应),堆浸和铀水冶改变了p H 值,这些都危及到地下水.在地下水污染中铀的淋滤已受到特别关注.在冷战时期(1945—1989年),前东德是世界上第三大产铀国,在面积相当小的萨克森州和图林根州就有几个采矿和选矿区.因此恢复这些目前废弃的矿区是德国一项重要而费用昂贵的工作.危害最大的是邻近德累斯顿市(图1)的K oenigstein 深矿,该区砂岩卷积前缘的铀矿床已用常规法和一种特殊的原位硫酸淋滤法进行了开采.此矿区埋藏于上森诺曼阶(Cenomanian )的砂岩中,上覆土仑阶(Turonian )砂岩,其中含有为有效隔水层的Plaener 2Mergel 夹层.图2为4号含水层中穿过采铀区的示意横剖面.自K oenigstein 作为一个常规的深矿开采以来,4号含水层完全被疏干,3号含水层也在一定程度上被疏干.该矿1990年停止采矿,但由于淋滤区仍有大量的硫酸,故以60m 3/h 的抽水使矿区保持无水.抽出的水经过处理后排入易北河(Elbe ).总体上考虑了以下措施来恢复矿区:(1)自然衰减法(不采取任何措施);(2)增强型自然衰减法(在隧道和矿井中填入第25卷第5期地球科学———中国地质大学学报Vol.25 No.52000年9月Earth Science — Journal of China University of G eosciencesSep. 2000图1 德累斯顿市东南的K oenigstein 矿区(萨克森州)Fig.1Site map of the K oenigstein uranium mine in southeast of Dresden (Saxonia)图2 K oenigstein 矿区穿过易北河地堑山谷的南北向横剖面Fig.2S 2N cross section through the Elbe graben valley at the K oenigstein site1.滞水层;2.地下水位;3.花岗岩;4.K oenigstein 矿区;5.径流方向反应物质);(3)通过环形排水进行水力隔绝;(4)修建排入易北河的隧道;(5)带水处理的控制淹水法;(6)带水处理的冲洗法.本文的目的不是讨论上述措施或各措施结合的优缺点,而是表明反应运移模拟对决策者是一非常重要的工具.因此选择“自然衰减法”来模拟污染物如U ,Ra ,和Ca ,Mg ,K ,Na ,Cd ,Pb ,Zn ,As ,S ,N ,Cl的运移以及氧化还原反应和p H 的变化情况.1 数据处理含水系统中浓度为c i 的溶质i 的运移可用二级偏差方程表示5S5t +5c i 5t=-μΔc i +Δ(D +D m )Δc i +σi .式中:D m ,分子扩散系数;D ,弥散系数;c i ,元素i 的浓度;μ,水相的实际流速;5S /5t ,源汇项;σi ,元素i 的衰减速率.当孔隙水多多少少不能运移,水主要在裂隙(连通的孔隙)中流动时,砂岩可能成为“双重孔隙度”系统.但是裂隙水和孔隙水之间会发生扩散.一个简单的处理方法是假设在这两相之间存在恒定的交换速率,并可进行动力学描述[1].通过示踪实验或试错法可确定该方法中的动力学参数.对输运模拟和热动力学模拟进行迭代耦合,以及同时求解输运和热动力学方程,都有现成的技术.输运模拟中的极限点与陡浓度梯度有关,因为这时数值弥散现象很可能出现.另一个众所周知的问题是弥散系数的尺度效应.但是在地下水反应系统中,化学反应的影响总比弥散的影响要重要得多.通过计算机程序PHREEQC 2.2版,运移和化②Parkhurst D L ,Apello C A ers guide to PHREEQC.Version 2.Water 2resources investigation report.Denver ,Colorado ,1999.学相互反应都在一天内完成②.目前PHREEQC 可以处理弥散和双重孔隙运移问题.PHREEQC 既考虑了溶解物和矿物之间的分解、沉淀和溶解反应,又考虑了阳离子交换和表面络合反应.分解动力学或矿物反应是引起观察和模拟的地下水组分之间存在偏差的主要原因.通过反应速率或根据非零饱和指数定义不平衡状态,可用PHREEQC 处理反应动力学.由于未考虑水动力弥散,这种1d 输运模拟很大的一个缺陷就是稀释问题,但这可以通过PHREEQC 的混合选项来解决.254地球科学———中国地质大学学报第25卷2 有关过程元素与无机或有机配位体的络合反应可用物质反应定律描述,并且对于许多这样的反应,热力学常数是已知的,但是这些数据有时是从离子强度很高的实验导出的,因此它对低矿化的水系统是否有效还不能确定.有时甚至用分析法还不能确定是否生成某些络合物.氧化还原反应的描述类似于络合反应,基本考虑两个半反应(氧化/还原反应),但主要的区别在于氧化还原反应的反应速率一般较低.大部分的氧化还原反应都有微生物作催化剂,因此反应速率取决于相关的生物元素如C,O,S,N,P和温度条件.只要矿物不是固溶体,它在地下水中的溶解过程可以很好地描述.许多矿物溶度积均已列表公布,但是一些数据的可靠性值得怀疑.只有几种矿物(如方解石、长石类等)有可靠的动力学常数(溶解速率).另外一个问题是能否确定在某含水层中会出现某些特定的矿物.标准矿物学研究矿物的特征就是具有非常高的检出限.因此对地下水水质有重要影响的少部分矿物组分还不能检出.故需要用能检出微量矿物的方法.地下水中的微量元素大部分并不取决于微量矿物的溶度积,而是或者取决于微量元素对造岩矿物的主要元素的不规则取代,或者取决于表面控制的风化作用(某种矿物是否暴露于风化表面?).矿物的沉淀并不总是与饱和指数(S I)相关.因此饱和或过饱和只是简单地表示了矿物或岩石组分的潜在趋势.温度、压力、和微生物边界条件都应考虑,还应具备特定知识,才能预测是否会生成某种矿物.在水岩界面上的反应可以概括为离子交换和吸附.尤其是粘土矿物,由于表面具永久负电荷,可以吸附阳离子,但是一些粘土矿物跟可被质子化的表面电荷一样,在p H很低时,吸附阴离子.氢氧化物和腐殖酸的吸附现象可用几个模型来描述,它可以概括为具不同键合能力(强或弱)的表面络合反应.尤其是氢氧化铁根据p H大小,可吸附阳离子、阴离子、和不带电荷的络合物.与溶度积和稳定常数不同的是,交换能力、选择性常数和表面络合及反应常数则是取决于特定部位的参数,不能从目前的热动力学数据库中获得.反应运移模拟基本上不是数值运算问题,但却强烈依赖于可取得的数据.在含水层中,少部分矿物如方解石和黄铁矿,对含水层中的化学反应可能有巨大影响.更为关键的问题是,在特定的时间内是否会发生某一特定的氧化还原反应.因此在反应模拟时做任何预测时都应特别小心.尽管保守的运移模拟并不总是带来最坏的结果,但它不可能解决这个问题.图3 酸性矿淋滤水和未被污染的地下水混合后铀的浓度随p H变化Fig.3Concentration of uranium2s pecies with respect to p H2 value due to mixing acid mine leaching water withuncontaminated groundwatera.UO2SO4;b.UO2(SO4)2-2;c.UO2+2;d.UO2F+;e.UO2CO33 结论下面将讨论一些结果.在p H为4～8的范围内,铀酰-碳酸络合物被认为是最重要的物质.但是由于K oenigstein矿区的硫酸浓度很高,在p H为2～5.5时,UO2SO4和UO2(SO4)2-络合物为主要物质,故这个结论在此并不正确.图3列出了经砂岩淋滤得到的酸性孔隙水和未被污染的地下水混合后的结果.从图3可明显看出,由于UO2+2和UO2F+带正电荷,因此阳离子交换并不是很重要,只在p H值小于3时才发生.假设弥散度为10m,弥散速度(kf)为10-6m/ s;裂隙体积为0.01,孔隙体积为0.15,并在含水层中出现了不同浓度的不同矿物(如氢氧化铁,方解石,黄铁矿),用PHREEQC运移模拟软件来计算矿区4.5km处的穿透曲线.可以看出,方解石、黄铁矿和铀的浓度呈正相关,若p H值变到6.5时,黄铁矿就会降低氧化还原势,这样铀矿就可沉淀下来.但是354 第5期 B.Merkel:地下水中铀的反应运移模拟图4 铀和一些元素的穿透曲线,表明阳离子交换对铝和钙很重要,但对铀却并非如此Fig.4Breakthrough curve for uranium and selected elements showing that cation exchange is an important process foraluminum and calcium but not foruranium图5 铀和一些元素的穿透曲线,假设柱铀矿、石膏和氢氧化铁可能出现Fig.5Breakthrough curve for uranium and selected elements assuming that schoepite ,gypsum and Fe (OH )3may form铀矿的沉淀是一个漫长的过程,可获得的数据非常少.而且,在未被污染的地下水中p H (6)和氧化还原条件(600mV )表明出现方解石和黄铁矿的量不多.阳离子交换对铝和钙都有重要影响(图4).同样它表明柱铀矿和石膏都不限制矿物的状态.相反,非晶质的氢氧化铁可能沉淀(图5).因此模拟了氢氧化铁上的铀表面络合物,但是其对穿透曲线的影响并不重要,对铀的浓度也没有显著影响.即使考虑了热动力学常数的不确定性,尤其是阳离子交换和表面络合反应常数,“自然衰减法”也可能并非一个好的选择,因为没有可识别的自然衰减过程可以把矿区下游铀的浓度减少到一个适宜的值.有关镭的结果由Nitzsche 等[2]提供.(付素蓉译,王焰新校)454地球科学———中国地质大学学报第25卷参考文献:[1]K inzelbach W.Numerische Methoden zur Modellierung desStofftransports von Schadstoffen im Grundwasser [J ].M ünchen ,Wien :Oldenbourg Verlag ,1987.[2]Nitzsche O ,Merkel B.Reactive transport modeling of ura 2nium 238and radium 226in groundwater of the K oenig 2stein uranium mine ,G ermany[J ].Hydrogeology Journal ,1999,7(5):423～430.REACTIVE TRANSPORT MODE L ING OF URANIUM IN GROUN DWATERB.Merkel(Instit ute of Geology ,Freiberg Technical U niversity ,Freiberg ,Germ any )Abstract :Modeling migration of uranium in groundwater is important for both groundwater protection and rehabilitation strategies of uranium mining sites due to the fact that uranium is both a radioactive element and an element with high chemical toxicity.Advection ,dispersion ,dilution ,sorption and chemical interac 2tions both in water and between water and solids have to be taken into account.This paper presents results which have been done in the context of the feasibility study for the in situ leaching mine K oenigstein near Dresden (G ermany ).Since reactive transport modeling is consuming a lot of CPU time all runs were per 2formed 1d but taken into account dilution by means of a simple mixing approach.PHREEQC version 2.2proved to be a powerful tool for this kind of investigations.The database WA TEQ4F which comes with PHREEQC containing 48elements ,more than 400species and more than 300minerals ,was modified with respect to uranium and radium making it more consistent and reliable.K ey w ords :groundwater ;uranium ;reactive transport modeling.554 第5期 B.Merkel :地下水中铀的反应运移模拟。
