26
\ begingroup美元

我一直在做一些磷石膏污染问题的研究。磷石膏是用“湿法”方法从磷矿中提取磷酸形成的废物副产品,该方法使用硫酸和水将其分解:

$$\ce{Ca10(PO4)6F2 + 10H2SO4 + 20H2O -> 10CaSO4.2H2O + 6H3PO4 + 2HF}$$

返回磷酸和石膏(硫酸钙,或CaSO4)。这里的问题是磷矿中的铀在衰变过程中会产生226Ra(以及其他放射性核素),由于226Ra是一种“碱土金属”(它在元素周期表的第二列),它可以形成硫酸镭并模拟钙,从而产生放射性石膏。

这里的重点是,磷矿为什么在铀中富集能产生镭?磷酸盐和铀是否有聚集在一起的趋势?如果有,地球化学原因是什么?

我已经发现:

沉积岩磷酸盐比火成岩磷酸盐含有更高浓度的潜在危险元素(As、Cd、Cr、Pb、Se和U)。(1)

磷矿中U、Ra和Th的含量差异很大,这取决于其开采的地理区域。(2)

1 - Mamdoh Sattouf,利用同位素比值技术和重金属模式确定岩石磷肥和磷肥的起源。

2 - John J. Mortvedt和James D. Beaton,磷肥中的重金属和放射性核素污染物。

提前感谢你的帮助!!

\ endgroup美元
2
  • 4
    \ begingroup美元 很好的研究问题。 \ endgroup美元
    - - - - - -gansub
    2015年4月2日12:12
  • 1
    \ begingroup美元 你让我意识到一些我不知道的事情。 \ endgroup美元
    - - - - - -弗雷德
    2015年4月2日12:23

2答案2

20.
\ begingroup美元

为了解磷矿为何沉积(以下简称磷矿)磷灰石)的铀含量升高,我们首先需要了解它们是由什么组成的,以及它们最初为什么形成。

磷矿是由磷灰石组成的岩石,磷灰石是一种分子式的矿物$ \ ce {Ca5 (PO4) 3 (F, Cl,哦)}$.这种矿物质(尤其是OH变体)是生物骨架的主要成分之一。例如,牙齿和骨骼的坚硬矿化部分是由磷灰石组成的。

死去的海洋动物(如鱼)的骨骼以磷灰石的形式沉积在海底。磷灰石的来源不一定是生物成因的:它也可以来自海底的火成岩或热液活动,或者来自大陆的碎屑物质。最终的结果是磷灰石沉积成磷灰石。

磷灰石的一个重要性质是它可以容纳一些铀。其机制尚未完全了解,但很可能是与$ \ ce {U ^ 4 +} $在磷灰石的矿物结构中,取代钙。有意思的是,海水中的铀主要以$ \ ce {U ^ 6 +} $(以铀酰离子的形式)。铀酰离子比$ \ ce {U ^ 4 +} $因此,铀在海水溶液中大多以utanyl离子的形式存在。但是,正如我们前面提到的,磷灰石沉积物是由死亡的海洋动物腐烂形成的。这种腐烂的有机物质的积累降低了$ \ ce {U ^ 6 +} $$ \ ce {U ^ 4 +} $,有利于其与磷灰石结构的结合。

这只是硬币的一面。显然$ \ ce {U ^ 6 +} $也可吸附在磷灰石颗粒上。在某些情况下,这甚至被用来阻止铀污染通过土壤迁移——通过添加磷灰石来固定它。

无论铀与磷灰石成为好朋友的确切过程(或过程的组合)是什么,最终结果是磷灰石(以及含有磷灰石的岩石)相对于其所处的环境富集了铀。

\ endgroup美元
6
  • \ begingroup美元 谢谢你这么好的回答。我什么都明白除了那部分铀酰离子比U4+溶解性差,所以大部分都以溶液形式存在于海水中.我想,为了让铀更容易融入磷灰石,它应该进化成一种不易溶解的物质。如果有机物质使其演化为U4+,且U4+更容易进入磷灰石的结构,则其溶解度应低于U6+。如果我说错了请指正! \ endgroup美元
    - - - - - -antortjim
    2015年4月2日14:23
  • 1
    \ begingroup美元 “磷灰石的来源一定不是生物的”你的意思是……不一定是生物的?“Must not be”意味着它是被禁止的,而我怀疑你的意思是“这不是必须的情况”,也就是说它不是强制性的。 \ endgroup美元
    - - - - - -大卫Richerby
    2015年4月2日17:17
  • \ begingroup美元 @antortjim和David,是的。原谅我没有校对:)现在应该没问题了。 \ endgroup美元
    - - - - - -Gimelist
    2015年4月3日4:08
  • \ begingroup美元 你能补充一份参考资料吗?谢谢你! \ endgroup美元
    - - - - - -antortjim
    2015年4月29日16:12
  • \ begingroup美元 我对上面的解释一无所知。我的想法是,由于磷盐往往比其他具有相同阴离子的混合盐更难溶解(参考任何溶解度表并查看),那么混合磷盐颗粒不太可能由于部分溶解而形成裂缝,所以它应该形成裂缝身体上的把放射性元素困在里面。也许是关键因素,也许只是一个促成因素,但10年前我认为它是主要因素。 \ endgroup美元
    - - - - - -marathon16
    2015年5月27日19:58
-1
\ begingroup美元

请阅读这篇文章。解释了湿法分离重金属的原因。

http://dx.doi.org/10.1016/j.jrras.2014.01.001

我相信铀衰变系列中钍到镭的衰变速率是77000年。因此,无论你在样品中测量了多少镭/钍/铀,它在你的一生中都不会真正改变。

据联合国原子辐射影响科学委员会称,土壤中铀的正常浓度为300 μg/kg至11.7 mg/kg。它自然存在于大多数土壤和岩石中,浓度变化很大。

磷矿中含有铀/钍/镭,直到提取过程分离和浓缩了这些金属。用硫酸处理磷矿时,铀和钍集中在水相中,镭集中在石膏中。许多其他重金属也被纳入磷酸相,因为大多数可溶于稀酸溶液。我认为这些污染物可以作为磷肥产品中的微量营养素进行销售。

\ endgroup美元
4
  • \ begingroup美元 如果你能在回答中解释这篇文章的要点,那就太好了。链接可能会改变或消失。 \ endgroup美元
    - - - - - -
    2016年5月23日21:41
  • \ begingroup美元 磷矿中含有铀、钍、镭,只有在提取过程中将这些金属分离和浓缩后才会富集。这个句子没有意义。天然存在的磷酸盐岩石绝对可以是U和Th富人。这与它后来经历的提取过程无关。 \ endgroup美元
    - - - - - -Gimelist
    2016年5月23日21:41
  • \ begingroup美元 @bon改变了doi的链接-现在它不会消失。不过,这个答案还有其他问题。 \ endgroup美元
    - - - - - -Gimelist
    2016年5月23日21:43
  • \ begingroup美元 钍衰变系列与铀衰变系列完全不同,产生的镭同位素Ra-224与产生Ra-226的U-238不同。但你是正确的,Th-232和U-238都有很长的半衰期。迈克尔是正确的,磷矿中富含铀——与你引用的文章一致。但是,如果你看了文章,你会发现Ra在石膏废料中的活性浓度降低了。但是,还原系数只有铀的十分之一。 \ endgroup美元
    - - - - - -haresfur
    2016年5月25日6:48

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