Урановая кислота дренаж шахт

Урановая кислотная дренаж шахта относится к кислой воде, выделяемой из уранового добыча, используя такие процессы, как подземная добыча и выщелачивание на месте . ^{[ 1 ]} Подземные руды не так реактивны из -за выделения от атмосферного кислорода и воды. Когда урановые руды добываются, руды измельчаются в порошкообразное вещество, тем самым увеличивая площадь поверхности, чтобы легко извлечь уран. Руды, наряду с близлежащими камнями, также могут содержать сульфиды . После воздействия атмосферы порошкообразные хвосты реагируют с атмосферным кислородом и водой. После экстракции урана сульфидные минералы в хвостах урана облегчают высвобождение урановых радионуклидов в окружающую среду, которая может подвергаться дальнейшему радиоактивному распаду при снижении рН раствора. ^{[ 2 ]}

Урановая химия

Уран может существовать естественным образом как u ⁺⁶ в руде, но также образует водорастворимый уранилойоон UO ₂⁺² Когда урановые хвосты окисляются атмосферным кислородом в следующей реакции. ^{[ 2 ]}

В ⁺⁶ + O ₂ → UO ₂⁺²

Растворимость урана увеличивается в аналогичных условиях окисления, когда он образует уранилбокабонатные комплексы в следующей реакции. ^{[ 2 ]}

В ⁺⁶ + O ₂ + 2co ₃²⁻→ [UO ₂ (CO ₃ ) ₂ ] ²⁺

Экстракция урана из руды может происходить в кислотного или щелочного процессах выщелачивания с использованием серной кислоты и карбоната натрия соответственно. Если выщелачивается серной кислотой, уранил образует растворимый комплекс уранилсульфата в следующей реакции. ^{[ 2 ]} Ионы водорода в растворе реагируют с водой с образованием ионов гидрония , которые снижают рН раствора, делая его более кислотным.

UO ₂ + 3H ₂ SO ₄ + 1/2 O ₂ → [UO ₂ (SO ₄ ) ₃ ] ⁴⁻ + H ₂ o + 4h ⁺

ЧАС ⁺_(Aq) + h ₂ o _(l) → h ₃ o ⁺_(aq)

Во время выщелачивающегося уранила на месте с железом реагирует общий натуральный окислитель , образуя ураниловый триоксид, который дополнительно окисляется, затем выщелачивается с использованием щелочного карбоната натрия в следующих реакциях. ^{[ 2 ]}

UO ₂ + 2FE ³⁺ → UO ₂⁺² + 2fe ²⁺

UO ₂ + 1/2 O ₂ → U ₃

UO ₃ + 3NA ₂ CO ₃ + H ₂ O → [UO ₂ (CO ₃ ) ₃ ] ⁴⁺ + 4NA ⁺ + 2loohohh

При рассмотрении образования вторичные урановые минералы, как обсуждалось в разделе тематического исследования ниже, pH раствора, содержащего уранофан, является одним из определяющих факторов того, насколько уранофан находится в минеральной форме или в форме его ионов. Показано на рисунке 2, из исследования, проведенного Tatiana Shvareva et al. В 2011 году является растворение уранофана при рН 3 (рис. 3B) и рН 4 (рис. 3А). Графики демонстрируют, что в более кислой среде концентрации CA , U и SI с большей вероятностью будут более распространены в более основных средах, где более вероятно, что они будут образовывать минералы. ^{[ 3 ]} Это, скорее всего, произойдет, когда кислый дренаж шахты выпускается в реки или большие отложения воды, и они становятся разбавленными до pH ближе к приводе воды. ^{[ 4 ]}

Энтальпии образования (из элементов и из видов оксид) и свободных энергий формирования (из элементов) урановых минералов , нано-билтвудвуд и уранофана показаны в таблице 1. Те же самые минералы, определяемые с использованием калориметра бомбы в исследовании Shvareva, Tatiana et al. В 2011 году показаны в таблице 2. Свободные энергии образования Гиббса показывают, что процесс, когда реакции от отдельных элементов на оксиды принимаются во внимание, является спонтанным. Энтальпии формирования, если только рассмотреть реакцию оксидов на минерал, предполагают относительно высокую вероятность того, что их свободная энергия Гиббса также будет спонтанной. ^{[ 3 ]}

	Δ _{F, Ox} H (KJ/моль)	Δ _{F, El} H (KJ/MOL)	Δ _{F, El} G (KJ/MOL)
Boltwoodite: K (UO ₂ ) (HSIO ₄ ): TO	-251.2 ± 5.9	-2766.8 ± 6.5	-2758.6 ± 3.5
На-билтвудвуд: NA (UO ₂ ) (HSIO ₄ ): H ₂ O	-215.8 ± 6.0	-2948.8 ± 6.6	-2725.2 ± 2.6
Уранофан: ⁠ 1/2 ( ⁠ HSIO [CA (UO ₂ ) ₂ ] ₄ ): 5H ₂ O	-161.1 ± 5.4	-3399.5 ± 5.8	-3099.3 ± 5.6

Таблица 1. Энтальпия формирования (от оксида до минерала), энтальпия формирования (от отдельных элементов до минералов) и свободной энергии Гиббса (от отдельных элементов до минералов) Болтвудвуд, на-болтвудвуда и уранофана. ^{[ 3 ]}

	log ksp ± 2σ	Уравнения массовых действий
Болтвудвуд: K (UO ₂ ) (HSIO ₄ ): H ₂ O	4.12 (-0.48/+0.30)	K _sp = ${\frac {[\alpha _{K^{+}}][\alpha _{{UO_{2}}^{2+}}][\alpha _{{H_{2}}S{O_{4}}}]}{[\alpha _{H^{+}}]}}$
На-билтвудвуд: NA (UO ₂ ) (HSIO ₄ ): H ₂ O	6.07 (-0.16/+0.26)	K _sp = ${\frac {[\alpha _{Na^{+}}][\alpha _{{U{O_{2}}}^{2+}}][\alpha _{{H_{2}}{S{0_{4}}}}]}{[\alpha _{H^{+}}]}}$
Уранофан: ⁠ 1/2 ( ⁠ HSIO [CA (UO ₂ ) ₂ ] ₄ ): 5H ₂ O	10.82 (-0.62/+0.29)	K _sp = ${\frac {[\alpha _{Ca^{2+}}][\alpha _{{UO_{2}}^{2+}}][\alpha _{{H_{2}}S{O_{4}}}]}{[\alpha _{H^{+}}]}}$

Таблица 2. Константы растворимости и уравнения массовых действий для Болтвудвуда, на-Болтвудвуда и Уранофана. ^{[ 3 ]}

Урановая кислотная дренажная тематическая тематическое исследование

Две урановые шахты в северной Португалии , Quinta Do Bispo и Cunha Baixa , были неактивными с 1991 года. Кистная вода выкачивается из шахт для нейтрализации и осаждения радионуклидов с использованием гидроксида кальция . ^{[ 5 ]} Исследования в 2002 году показали, что имелись высокие концентрации растворимых и взвешенных радионуклидов урана в образцах речной воды вблизи шахт. ^{[ 5 ]} Река Кастело достигла подвешенных концентраций изотопа урана -72 кгкв /кг, что примерно в 170 раз выше нормальных концентраций в реке Мондего, но вернулась к норме после 7 км. ^{[ 5 ]} Шахта Квинта-до-биспо и Кунья Байха имела низкие значения рН в 2,67 и 3,48 с U-238 92 000 мбкв/л и 2200 мбкв/л соответственно. концентрациями ^{[ 5 ]}

Результаты исследований, проведенных в 2002 году, показали значительную отрицательную корреляцию между растворенными урановыми радионуклидами и ионами водорода с рН в водах шахты. ^{[ 5 ]} Сорбция растворенных урановых радионуклидов в реках в сочетании с близлежащими осадками горных пород может образовывать минералы, такие как уранофан. ^{[ 5 ]} Химия и результаты в этом случае по сути являются репрезентативными для других урановых рудников в мире.

Урановые радионуклиды в окружающей среде

Радинуклид урана является радиоактивным изотопом. Радиоактивность естественна в окружающей среде, однако радионуклиды урана могут привести к радиоактивному распаду. В случае урановых шахт эти радионуклиды могут вымыть в воду и вызывать перенос радиоактивности в другом месте, а также образуют осадки, которые могут быть вредными для окружающей среды. Урановые радионуклиды в конечном итоге можно перенести в фрукты и овощи через загрязненные воды. Серная кислота, окисление и щелочное выщелачивание - это процессы того, как радионуклиды попадают в окружающую среду. Когда уран разлагается, он также производит изотопы ²²⁶Ра и ²²²RN , который может быть экологически вредным из -за того, что радон присутствует как инертный газ и, следовательно, может войти в почву или атмосферу. Затем радон может излучать альфа -частицы и гамма -излучение . ^{[ 6 ]} Три различных радиоактивных изотопов урана-уран-238, уран-235 и уран-234 . Каждый имеет различный период полураспада , который определяет скорость распада изотопа. ^{[ 7 ]} Когда уран-235 в сочетании с другими молекулами создает химическую реакцию, которая может привести к вредному воздействию воды. Несмотря на то, что образование изотопов происходит естественным образом, в сочетании с другими элементами оно может привести к тому, что рН воды становится более кислым, как обсуждалось ранее. ^{[ 8 ]}

Ссылки

^ Вирджиния, комитет по добыче урана в; Ресурсы, комитет на земле; Совет, Национальные исследования (2011-12-19). Потенциальное воздействие на окружающую среду добычи урана, обработки и мелиорации . Национальная академическая пресса (США).
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Abdelouas, A. (2006-12-01). «Урановые заводы: геохимия, минералогия и воздействие на окружающую среду». Элементы . 2 (6): 335–341. doi : 10.2113/gselents.2.6.335 . ISSN 1811-5209 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Shvareva, Tatiana Y.; Мазейна, Лена; Горман-Льюис, Дрю; Бернс, Питер С.; Szymanowski, Jennifer ES; Фейн, Джереми Б.; Navrotsky, Alexandra (2011). «Термодинамическая характеристика болтвудвуда и уранофана: энтальпия формирования и водной растворимости» Geochimica et cosmochimica acta 75 (18): 5269–5 Bibcode : 2011gecoa..75.5269s Doi : 10.1016/ j.2011.06.0
^ Перейра, Вагнер де Соуза; Kelecom, Альфонс Гермен Альберт Чарльз; Сильва, Адемир Ксавье да; Кармо, Алессандер Са; Junior, Delcy de Azavedo Py (2018). «Оценка выброса урана в окружающую среду от уранового шахты с ограниченными возможностями в Бразилии». Журнал экологической радиоактивности . 188 : 18–22. Doi : 10.1016/j.jenvrad.2017.11.012 . PMID 29153863 . S2CID 4215263 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон П., Карвалью, Фернандо; М., Оливейра, Жоао; Изабель, Фария (2009). «Альфа -излучающие радионуклиды в дренаже от пятого от Бишпо и кунха низкоурановых рудников (Португалия) и связанный с связанным радиооксикологическим риском» . Бюллетень загрязнения окружающей среды и токсикологии . 83 (5): 668–673. Doi : 10.1007/s00128-009-9808-3 . ISSN 0007-4861 . PMID 19590808 . S2CID 38648832 . {{cite journal}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Мир, Фероз А.; Скорее, Саджад А. (2015-04-01). «Измерение радиоактивных нуклидов, присутствующих в образцах почвы районного гандербала провинции Кашмир для целей радиационной безопасности» . Журнал радиационных исследований и прикладных наук . 8 (2): 155–159. doi : 10.1016/j.jrras.2014.03.006 .
^ Чанг, серый. «Расчет скорости радиоактивного распада 1,00 грамма натурального урана в KBQ» . ataridogdaze.com . Получено 2017-11-28 .
^ Карвалью, Фернандо П.; Оливейра, Жоао М.; Фария, Изабель (ноябрь 2009 г.). «Альфа -излучающие радионуклиды в дренаже от пятого от епископа и кунья байсиум урановых рудников (Португалия) и связанный с этим радиотоксикологический риск». Бюллетень загрязнения окружающей среды и токсикологии . 83 (5): 668–673. Doi : 10.1007/s00128-009-9808-3 . ISSN 1432-0800 . PMID 19590808 . S2CID 38648832 .

[:1-1] Вирджиния, комитет по добыче урана в; Ресурсы, комитет на земле; Совет, Национальные исследования (2011-12-19). Потенциальное воздействие на окружающую среду добычи урана, обработки и мелиорации . Национальная академическая пресса (США).

[:0-2] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Abdelouas, A. (2006-12-01). «Урановые заводы: геохимия, минералогия и воздействие на окружающую среду». Элементы . 2 (6): 335–341. doi : 10.2113/gselents.2.6.335 . ISSN 1811-5209 .

[:3-3] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Shvareva, Tatiana Y.; Мазейна, Лена; Горман-Льюис, Дрю; Бернс, Питер С.; Szymanowski, Jennifer ES; Фейн, Джереми Б.; Navrotsky, Alexandra (2011). «Термодинамическая характеристика болтвудвуда и уранофана: энтальпия формирования и водной растворимости» Geochimica et cosmochimica acta 75 (18): 5269–5 Bibcode : 2011gecoa..75.5269s Doi : 10.1016/ j.2011.06.0

[4] Перейра, Вагнер де Соуза; Kelecom, Альфонс Гермен Альберт Чарльз; Сильва, Адемир Ксавье да; Кармо, Алессандер Са; Junior, Delcy de Azavedo Py (2018). «Оценка выброса урана в окружающую среду от уранового шахты с ограниченными возможностями в Бразилии». Журнал экологической радиоактивности . 188 : 18–22. Doi : 10.1016/j.jenvrad.2017.11.012 . PMID 29153863 . S2CID 4215263 .

[:2-5] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон П., Карвалью, Фернандо; М., Оливейра, Жоао; Изабель, Фария (2009). «Альфа -излучающие радионуклиды в дренаже от пятого от Бишпо и кунха низкоурановых рудников (Португалия) и связанный с связанным радиооксикологическим риском» . Бюллетень загрязнения окружающей среды и токсикологии . 83 (5): 668–673. Doi : 10.1007/s00128-009-9808-3 . ISSN 0007-4861 . PMID 19590808 . S2CID 38648832 . {{cite journal}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[6] Мир, Фероз А.; Скорее, Саджад А. (2015-04-01). «Измерение радиоактивных нуклидов, присутствующих в образцах почвы районного гандербала провинции Кашмир для целей радиационной безопасности» . Журнал радиационных исследований и прикладных наук . 8 (2): 155–159. doi : 10.1016/j.jrras.2014.03.006 .

[7] Чанг, серый. «Расчет скорости радиоактивного распада 1,00 грамма натурального урана в KBQ» . ataridogdaze.com . Получено 2017-11-28 .

[8] Карвалью, Фернандо П.; Оливейра, Жоао М.; Фария, Изабель (ноябрь 2009 г.). «Альфа -излучающие радионуклиды в дренаже от пятого от епископа и кунья байсиум урановых рудников (Португалия) и связанный с этим радиотоксикологический риск». Бюллетень загрязнения окружающей среды и токсикологии . 83 (5): 668–673. Doi : 10.1007/s00128-009-9808-3 . ISSN 1432-0800 . PMID 19590808 . S2CID 38648832 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]