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1、兰州大学 硕士学位论文 污染土壤颗粒中钚的分布特征及结合形态研究 姓名：曾可 申请学位级别：硕士 专业：化学 无机化学 指导教师：吴王锁;金玉仁 20100501 兰州大学硕士毕业论文污染土壤颗粒中钚的分布特征及结合形态研究 摘要 研究钚在污染土壤各粒径的分布特征，是建立假想条件下该类土壤介质钚污染场地处 置方案的科学基础，并可初步分析钚的可悬浮性，以评估风致迁移的程度，为现场工作人 员的辐射防护提供参考。研究钚在土壤中的结合形态，可评价钚在假想状况下的可迁移性 及其生物效应，为该类土壤介质区域钚的迁移模型提供基础数据。研究土壤的基本理化特 征，是研究钚在土壤各粒径分布特征的前提，并可为钚的结
2、合形态研究提供参考数据。 应用湿法筛分及重力沉降分级装置，对所研究土壤的质地组成进行了评估，得到了土 壤的粒度分布特征，结果表明：土壤质地为砂壤。参考国标及相关报道，建立了土壤普通 理化性质的测量方法，得到了土壤的基本理化参数，结果表明：土壤为典型的荒漠土；显 强碱性，含水率、有机质、阳离子交换量极低，且处于强氧化条件下，保肥力极弱，现有 土壤条件下极不利于作物生长。土壤矿物以原生矿物为主，其首要组分石英主要存在于粗 粒组分中，随粒度减小含量呈降低的趋势。土壤中的次生矿物大都为层状硅酸盐，主要存 在于土壤黏粒组分中。土壤处于初期风化阶段。 采用Y 谱仪无损分析土壤各粒级中的钚含量，结果表明：近
3、9 0 的钚存在于O 1 l O m m 粒径中， 4 S 0 0 0 B q k g ，在清污目标 2 3 9 p u O 1 m m 粒级相关系数r = O 9 7 ， 0 1 m mp a r t i c l e s ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sr = O 9 7 ； 0 0 5 m m 的样品2 0 0 9 ，在水相中依次用孔径为2 0 m m 、1 0 m m 、 5 m m 、2 m m 、l m m 、0 5 m m 、0 2 m m 、0 1 0 m m 的分样筛筛分，重复上述操作直 至筛分出够后续实验各粒
4、级所需的样品量。各粒级样品置于恒温干燥箱中于 1 0 5 下烘6 h ，称重置于干燥器中备用( 研究钚含量及结合形态的样品于4 0 下风干，后同) 。 o 0 5 m m 颗粒筛分步骤如图2 1 ： 匾啊r 圃 匠互至鲴区堇蔓习 图2 1 0 0 5 m m 颗粒筛分步骤 2 1 3 2 1 0 M H N 0 3 - 00 5 M H F 5 M H F 。因此残渣忐的钚自然条件下不具有生 物活性。类似的土壤中贱渣态钚百分含量结果出现在：美翻内华达“钚谷”内污染土壤( 2 8 7 4 ) 鸭美国R o c k y 乏燃料处理J 受污染的各层土壤( I4 4 5 ) 1 7 。 4 3 各粒级
5、十壤中钚的结合形态 土壤各粒级结合形卷图为图4 - I ，表4 3 。 垡J 删坷 圈4 - 1 污染土壤中各粒级钚的结台形态卣分含最 注：图中竖线为选取部分样品三个平行样的实验结果 4 3 1 各粒级土壤可交换态钚的含量 各粒级土壤可交换态( F 1 ) 钚的百分含量为：l 2 m m 0 1 ：05 0 1 m m 0 1 ；02 05 0 m m ，04 ；01 0 02 r a m ，05 ：00 5 0I O m m ，08 ：0 0 1 5 00 5 m m ，04 ：00 l 00 1 5 m m ，03 ；00 0 5 00 1 r a m ，04 ；00 0 2 0 0 0
6、5 m m ，02 ： 0 1 m m 各粒级中 有机结合态中钚的百分含量与有机质含量存在良好的线性关系( r = O 9 7 ，图4 - 2 ) 。 O 1 m m 颗粒土壤中有机结合态钚百分含量与土壤有机质含量的关系图 4 9 兰州大学硕士毕业论文污染土壤颗粒中钚的分布特征及结合形态研究 4 5 4 4 一 、一4 3 丑 鑫4 2 蠢 把4 l 蛀 撩f i - 4 0 妃 躲3 9 # 忙3 8 3 7 O 5I 52 53 54 55 5 土壤有机含量( g k g ) 图4 3 0 1 m m 颗粒土壤中有机结合态钚百分含量与土壤有机质含量的关系图 4 3 4 各粒级土壤铁锰氧化物
7、结合态钚的含量 各粒级铁锰氧化物结合态( F 3 ) 钚的百分含量为：l “ - - 2 m m ，2 3 7 ；0 5 0 “ - l m m ，2 4 9 ； 0 2 O 5 0 m m ，1 6 6 ；0 1 0 0 2 m m ，5 2 ；0 0 5 O 1 0 m m ，1 5 1 ；0 0 1 5 0 0 5 m m ，1 5 6 ；0 0 1 “ - - 0 0 1 5 m m , 1 6 5 ；0 0 0 5 “ - - - 0 O l m m ，1 0 9 ；0 0 0 2 “ 0 0 0 5 m m ，1 0 O ； 0 0 0 2 m m ，11 4 。 各粒级土壤颗粒中
8、铁锰氧化物结合态( F 3 ) 钚百分含量为5 2 , - - - , 2 4 9 ，有机结合态中钚 含量的变化直接影响到钚在铁锰氧化物结合态中钚的分布，由于随土壤粒径减小其次生矿 物组分增加，会导致如由伊利石产生的氧化铁，氧化铝含量的增加，理论上铁锰氧化物中 的钚含量应该有增加的趋势，而结果并不是这样，表明土壤中有机物对钚结合形态的影响 远大于土壤的铁锰等金属氧化物组分对钚结合形态的影响。 4 3 5 各粒级土壤残渣态钚的含量 各粒级残渣态( F 5 ) 钚的百分含量为：1 “ - 2 m m ，3 4 9 ；O 5 0 “ - - l m m ，1 9 4 ；0 2 “ - - “ O 5
9、 0 m m ，2 4 4 ；O 1 0 “ - - 0 2 m m ，2 7 7 ；0 0 5 “ - 0 1 0 m m ，4 5 3 ；0 0 1 5 “ - - 0 0 5 m m ，4 3 8 ； O 0 1 O 0 15 m m ，4 4 6 ；0 0 0 5 “ - - 0 0 1 m m ，4 4 7 ；0 0 0 2 “ - - - 0 0 0 5 m m ，4 5 3 ； 0 1 m m 颗粒残渣态中的钚含量 也大致随土壤粒径减小有增加的趋势( 1 2 m m 粒级除外) ，该现象直接的原因可能为小 粒径的氧化钚，其结晶时形成的氧化钚晶格结构较完整，其一旦形成氧化钚晶格后，
10、不易 与土壤中的有机分子及其他组分结合，造成小粒径中残渣态的钚含量较高。 O 1 m m 颗粒 中各结合态钚百分含量一致，可认为小粒径的钚粒子极易粘附于土壤颗粒上，形成直径为 兰州大学硕士毕业论文 污染土壤颗粒中钚的分布特征及结合形态研究 O 0 0 1 0 1 m m 的钚气溶胶颗粒，由于各粒径气溶胶中的钚热粒子”形成的晶格结构相似， 且有机物含量相当，因此 0 1 m m 各粒级中钚的各结合形态百分含量几乎一致。另一原因 为土壤中次生矿物组分增加( 如伊利石含量由2 0 6 增加为6 0 3 ) ，导致钚与矿物组分 结合更紧密，并呈现良好的相关性( 图4 ，3 ，r = O 7 9 ) 。
11、A B H i r d 等人1 9 9 5 年的文献报道， 尽管多数情况下认为土壤中的有机配体能络合1 3 7 C s ，阻止其向土壤深处迁移，但伊利石 等土壤矿物的吸附作用才是阻止1 3 7 C s 停留在浅地表的主要原因。 1 ： 。! 竺 图4 _ 3土壤中残渣态钚百分含量与土壤伊利石含量的关系图 。匠妲求职扑晕雾奄g嗳鞋剞嚣求g巢 n 睽蚕价o0v。嘲舡求陋僚龄如姆蝽导柏期 餐噬始如姆霉嚣忙，谗如嘏雾睾 龉举，谗如姆蕞甾莲，谗鞲俄碡惜懈蒹求n，一皿州警掣蜷S眯姆咖器咯妾卓妊牛七幅样刊睾求掣靶牛岌喏婪求雅备划。烈 卜o + N o o 心o+叫oo 口o + N 6 no + 田N 9口
12、o+田卜寸o + n 6口o + 衄n o “ 口o - l 凼t 心 心o + 幽一吨卜o + 田吨寸口o + N o “ N 寸n8 寸c o 口n 卜n母1 nN 6 N S 心N 一nN “寸 吨H 书n “甘 t 荨荨 nI刊寸崞I 卅n “寸no卅卜卜N寸卜剞寸寸N 冀6 I 【8 槲口寻n 寸寸吼“ 吮_ N “N “ t H A “t 寸卜“ 乜一 q n o哪H荨 弋n 寸 n 8 n n “卅Y N 寸n I 坩吐卜nN “书吐n 【口啪卜卜n 吨N n A _ 尝。寸 t n 寻 N 寸 A 口c乜n 均“H冀_ H 一I千0o A o _ 【乜心H N “千9 “一冀_
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14、 曲芒亨 n d 珀 零 熏$ 价 盖 霉暴铝 寸函 n o d 山 n 摹 n o U 爵U 2 墨口 g _ l l 熙巢 =再舡缃碘如蟓譬蝽岳群书嶷爨雄n斗啭 恹警怕龄如蜾越始鼗梏求星堆仁b靶臣藿刊襟贮 议嵇爿蚪书警扑K丢州 兰州大学硕士毕业论文 污染土壤颗粒中钚的分布特征及结合形态研究 4 3 6 各粒级土壤结合形态含量结果不确定度讨论 如表4 3 ，由于I C P - M S 测量的不确定度( 1 4 ) 相比三个平行样品结果的不确定 度( 可交换态结果最大不确定度可达3 0 0 ) 小很多，因此I C P M S 测量的不确定度在此 可以忽略。测量结果的不确定度主要由两方面带来：(
15、 1 ) 全实验流程，( 2 ) 单个样品的 代表性。由于可交换态及碳酸盐结合态中钚含量很低( 总量最大值 5 3 ) ，其结果不确 定度大也在情理之中。钚主要存在于有机结合态中，而有机结合态中结果的不确定度随土 壤粒径减小而降低( 由1 9 3 降至1 8 ) 。所有粒径中，结果偏差大致数0 0 0 2 “ - 0 0 0 5 m m 颗粒最小。由于所有数据都源于同一批分析流程，表明结果的不确定度主要并不是由实验 流程带来的，而是由各粒径样品的代表性差异造成。造成这种现象的其原因为：依据样品 代表性的切乔特公式，最小取样量与样品粒径的平方成反比，在一定取样量下，粒径越小， 样品代表性越好，测量结果的不确定度也低。 4 4 各粒级土壤中( O 1 “ - - - 2 m m ) 镅的结合形态 各粒级土壤中A m 结合形态见图4 4 ( 选取部分粒径样品分析2 4 1 A m 的结合形态) ， 数据见表4 - 4 。连续提取法所得各粒级2
