地下水的pH值
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-08-12
地下水的pH值是影響放射性元素在水中富集和遷移的重要因素之一。
由于水分子的離解，甚至在純水中也存在著氫離子，在一般水中，這一離解作用的強(qiáng)度很扇，一千萬(wàn)個(gè)水分子中只有個(gè)分子離解為離子，按質(zhì)量作用定律，離解產(chǎn)物的濃度，可表示為：
[H+]·[OH-]/[H2O]=K水＝1.8×10(-16次方)
[H2O]值是1升水中未離解的水的克分子數(shù)，即等于1000/18。將其代入上式，就得到水的離子積：
[H+]·[OH-]＝[H2O]×1.8×10(-16次方)＝1000×1.8×10(-16次方)/18=10(-14次方)
當(dāng)水分子離解時(shí)，所產(chǎn)生的H+離子數(shù)和OH-離子數(shù)是相等的，因此兩者的離子濃度相等，即[H+]＝[OH-]，而在純水中，
[H+]＝[OH-]＝√10(-14次方)＝10(-7次方)克離子/升，
氫離子[H+]使溶液具有酸性，而OH-離子使溶液具有堿性，在純水中，兩種離子的數(shù)量相等，具有完全的中性。這時(shí)氫離子濃度就等于10(-7次方)克離子/升，如認(rèn)為氫離子的克離子量接近于1，則氫離子濃度為10(-7次方)克/升。以負(fù)指數(shù)表示氫離子濃度不方便，一般用其負(fù)對(duì)數(shù)來(lái)表示，采用一個(gè)特殊的符號(hào)pH，所以pH=－lg[H+]。
很明顯，具有中性反應(yīng)的溶液pH為7，因?yàn)槠?span style="text-align: center;">[H+]＝10(-7次方)克/升，當(dāng)pH值大(氫離子濃度小)時(shí)，呈堿性反應(yīng)；相反，當(dāng)pH值小(氫離子濃度大)時(shí)，呈酸性反應(yīng)。
在地下水中，氫離子濃度主要決定于二氧化碳、重碳酸根與硫酸根離子的相對(duì)含量，同時(shí)也稍受其它離子的影響。鐵鹽的水合作用，水中有機(jī)物質(zhì)的離解，也對(duì)pH值有一定影響，這樣的水一般呈酸性。
地下水的pH值一般變化范圍是4.5-9，而大多數(shù)是在6.5-8.5之間。在自然界，大部分鈾礦物都難溶于天然水，鈾自巖石及礦物進(jìn)入天然水中，主要是在酸性水或堿性水的作用下進(jìn)行的。pH值降低時(shí)，瀝青鈾礦及云母類(lèi)鈾礦物溶解度增加2-3倍，鈾黑的溶解度能增加10-80倍，[UO2]2+經(jīng)常與砷、釩、磷生成難溶的化合物，所以也必須在酸性水作用下，才能使鈾從巖石中溶濾出來(lái)。
自然界中，pH值低的水，可以在成壤作用和水飽和二氧化碳的條件下形成，并使巖石中分散狀的鈾進(jìn)入水中。當(dāng)酸性水在硫化礦床氧化帶中形成時(shí)，則能使集中狀態(tài)的鈾進(jìn)入水中。硫化礦床氧化帶中富含鐵、錳及硫酸的酸性水，能夠強(qiáng)烈溶解鈾礦物：
UO2+2H2SO4→U(SO4)2+2H2O
U(SO4)2+Fe2(SO4)3+2H2O→UO2SO4+2FeSO4+2H2SO4
UO2SO4的溶解度很大，能大量存在于酸性水中。在酸性地下水(pH＜3)地段，水中鈾含量最高(n×10(-1次方)-2克/升，甚而更高)。
pH值低的水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與圍巖相互作用，很快被中和，因此酸性硫酸鹽水只存在于硫化礦帶中.假如是與非碳酸鹽巖石相互作用而被中和，溶液中的鈾與SO42-離子相平衡，溶液的pH增高，硫酸鈾便被水解而從溶液中沉淀出來(lái)。因此，在這種條件下，鈾只能在被氧化的礦化帶范圍內(nèi)遷移。而假如中和作用是與碳酸鹽巖石相互作用的結(jié)果.，其反應(yīng)式為
CaCO3+H2SO4→CaSO4+H2CO3
所生成的碳酸離解為重碳酸，使水富集HCO3-離子，并使鈾以Na4[UO2(HCO3)6]的形式遷移出礦床范圍。
由于地下水pH值的變化，可引起氫氧化鐵和氫氧化錳等在水中穩(wěn)定性的改變，這些物質(zhì)能強(qiáng)烈吸附鈾，當(dāng)他們從水中沉淀時(shí)，鈾也與之一起沉淀。而堿性反應(yīng)，可使硅酸鹽鈾礦物溶解。
地下水的pH值對(duì)鐳在水中的存在并無(wú)直接影響。但pH很低的酸性水，具有強(qiáng)烈的侵蝕性，能減弱鐳的吸附，使溶濾鐳的作用加強(qiáng)，有利于地下水富集鐳。因此，在硫化礦床氧化帶富含游離硫酸的酸性水中，鐳的含量可達(dá)1×10(-8次方)克/升。
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