利用黄铁矿还原固定地下水中硒的机理研究

The reaction mechanism between pyrite and selenite is researched by batch and column experiments. The objectives of this study is to achieve the kinetic equation and the best conditions fixing selenium in groundwater under various conditions (different pH, temperature, organic matter, various ion, particle size of pyrite and water velocity). Then the possible material and optimum conditions are found that pyrite which is one of the rich minerals in China deoxidize the radioactive selenium. The results is valuable in decreasing the cost of nuclear waste disposal project in some extent and improving the performance for designing engineering barrier of long-lived nuclear waste disposal site.

通过批实验和柱实验的方法研究黄铁矿与亚硒酸根离子之间的反应机理,将分别进行pH值、温度、有机质、其他离子、黄铁矿粒径大小以及水流速度对黄铁矿与亚硒酸根离子之间反应影响的正交实验，并推导其反应动力学方程，从而最终获取能够最大限度固定地下水中亚硒酸根离子的条件。本项目拟利用我国丰富的矿产资源-黄铁矿作为还原材料，综合研究其作为阻滞长寿命核素硒的屏障材料的可能性及其最佳条件。本项目的研究成果将在一定程度上降低核废物处置工程的造价，为长寿命核废物处置场工程屏障设计提供依据，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

放射性废物的研究已经成为全世界研究的热点问题之一。79Se是乏燃料中的一个裂变产物，半衰期长达百万年(t1/2=327000年)。它在排放的乏燃料中所占的比例不到0.001%，但具有较强的迁移能力和生物可利用性，是高放废物地质处置中重点关注的少数几个放射性核素之一。因而，本项目采用批试验和柱实验相结合的方法系统开展了黄铁矿固定地下水中Se(IV)的动力学规律、影响因素和化学机理的研究。具体结论如下：.（1）纳米黄铁矿还原固定Se(IV)过程中，酸性环境下，黄铁矿中只有硫离子参与Se(IV)的还原反应，碱性环境下，黄铁矿中硫离子和亚铁离子均参与Se(IV)的还原反应。随着pH值的增大，黄铁矿还原固定Se(IV)为Se(0)的能力逐渐减弱。但在实验pH范围，黄铁矿对Se(IV)总体的原位固定能力呈现中间差两头强的趋势。.（2）体系温度对纳米黄铁矿去除Se(IV)的效果有显著影响。当温度从20oC升高到60oC时，其对应的表观速率常数由0.28h-1升高到0.88h-1，Se(IV)浓度半衰期由2.48h下降到0.79 h。利用阿龙尼乌斯方程求得纳米黄铁矿固定Se(IV)的活化能为25.4kJ/mol。.（3）机械化学活化法制备的黄铁矿粒径大小与球磨机的转数和球磨时间有关。在一定实验范围内，随着球磨机转速增加和球磨时间加长，球磨后的黄铁矿颗粒粒径越来越小，但是当球磨机转速从350r/min增加到450r/min时，晶粒粒径减小不明显。黄铁矿在450r/min的球磨机上连续球磨24h后，颗粒粒径减小到140nm。.（4）纳米级黄铁矿的反应活性明显高于微米级黄铁矿的反应活性高，12小时反应时间内，纳米级黄铁矿和微米级黄铁矿对Se(IV)的去除率分别为99.55%和18.08%，黄铁矿粒径越小，去除效果越好。.（5）GWB软件模拟计算结果证实了体系中硒元素最终的存在形态受pH影响，酸性条件利于Se(IV)生成Se(0)，中性至碱性条件则利于Se(IV)生成FeSe2 。此外，还证实黄铁矿还原固定Se(IV)的链式反应是由亚铁离子失电子首先引发的。