Page 39 - 腐蚀与防护2024年第十一期
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第45卷 第11期                                  腐蚀与防护                                  Vol.45 No.11




    2024年11月                          CORROSION &PROTECTION                          November2024
                                                                              DOI : 10.11973 / fs y fh220579
        在含       U      模拟地下水溶液中                          p H    对纯铁腐蚀行为
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                              和还原沉积                 U      的影响
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                           褚栋良 , 黄国凯 , 王玲钰 , 崔大庆 , 李 腾 , 杨 淼              1
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       ( 1. 武汉理工大学化学化工与生命科学学院, 武汉 430070 ; 2. 中国原子能科学研究院放射化学研究所, 北京 102413 )
       摘 要:采用电化学测试、 浸泡腐蚀试验、 电感耦合等离子体发射光谱仪( ICP-OES )、 扫描电子显微

       镜 / 能谱分析( SEM / EDS ) 和 X 射线光电子能谱分析( XPS ) 等方法研究了 p H 对纯铁在含 U 模拟
                                                                                         6+
       地下水溶液中的腐蚀行为及还原沉积 U 的影响。结果表明: 随着 p H 的升高, 纯铁的腐蚀速率逐
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       渐减缓, 腐蚀程度逐渐减轻; 在初始72h内, 在 p H 为5.2的溶液中 U 的还原沉积速率最快, 随着

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      p H 的增大, U 的还原沉积速率逐渐减慢, 在 p H 为9.2溶液中还原沉积速率最慢; 纯铁表面的产物
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                   、      、                        。
       主要为 Fe 2O 3 Fe 3O 4 Fe ( OH )、 FeOOH 和 UO 2
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       关键词:纯铁; 模拟地下水; H ; 腐蚀; 铀还原沉积

                              p

       中图分类号: TG172 ; TL942   文献标志码: A   文章编号: 1005-748X ( 2024 ) 11-0031-07
      铀( U ) 是高放废物深地质处置研究的关键核                        态, 而在 HCO 3    浓度高于0.02mol / L 溶液中长期

                                                                  -
   素, 主要包括 U 、 U 和 U 三种氧化态, 虽然也                      浸泡后则处于钝化状态; 主要腐蚀产物为 α-FOOH
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   存在 U ( III ) 氧化态, 但其化学性质十分不稳定             [ 1-4 ] 。  和 Fe 3O 4 CUI 等 [ 11-13 ] 研究了模拟地下水低氧环境
                                                              。
   其中 U 具有较高的溶出性, 极易形成线性铀酰                           中纯铁与 U 的氧化还原反应, 发现纯铁表面生成
                                                                6+
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   ( O=U=O ) , 与氢氧化物和碳酸盐反应生成可溶                                                晶体; 进一步研究了铀、
              2+
                                                     了绿锈和微米尺寸的 UO 2
   性络合物。在弱酸到碱性的范围内, U 形成的化                           锝、 镎和钚在铁容器表面的还原沉积作用, 结果发现
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   合物难溶于水       [ 5-6 ] 。 U 在水溶液中很不稳定, 易发            铁及其腐蚀产物可使溶液中的铀( VI )、 锝( VII )、 镎
                      5+
   生歧化, 其水化学性质研究比较困难。在漫长的深                           ( V )、 钚( VI ) 等还原沉积在其表面。
   地质处置过程中, 金属处置容器会发生腐蚀失去屏                                尽管深地质处置相关领域的研究较多, 但是地下
   蔽功能, 导致地下水浸入。高放废物与浸入的地下                           水体系十分复杂, 即使同一地点不同深度的地下水在
   水直接接触, 发生氧化溶解。放射性核素铀会以                            成分及 p H 上也有差别        [ 14 ] 。其中, H 不仅会对铁基
                                                                                   p
   U 的形式溶解进入地下水中并发生扩散迁移, 对                           材料的腐蚀产生影响, 也会影响溶液中 U 与金属离
    6+
                                                                                         6+
   生物圈产生极大的危害           [ 7-8 ] 。                    子及 无 机 配 体 的 相 互 作 用, 以 及 U       6+  的 还 原 沉
       近年来, 作为我国金属处置容器内衬结构的候                         积 [ 15-17 ] 。目前在深地质处置领域, 关于 p H 影响的研
   选材料, 铁基材料在模拟地下水条件下的耐蚀性及                           究很少。探明 p H 对深地质处置环境中纯铁的腐蚀
                                                                     6+
   其对放射性核素的还原能力得到了广泛研究。 LI                           行为及纯铁还原 U 的影响具有非常重要的意义。
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   等 [ 9 ] 研究了纯铁在模拟地下水溶液中的腐蚀, 发现:                         作者在不同 p H 的含 U 模拟地下水溶液中对
     -                                    2-  浓度     纯铁进行了电化学测试和浸泡腐蚀试验, 并结合电
   Cl 的含量升高会加快纯铁的腐蚀, 当 CO 3

   达到20mmol / L时, 样品表面会很快形成钝化膜,                      感耦合等离子体发射光谱仪( ICP-OES )、 扫描电镜 /
   从而提高纯铁的耐腐蚀性能。文怀梁等                    [ 10 ] 在无氧   能谱( SEM / EDS ) 和 X 射线光电子能谱分析( XPS )
                     -  含量对低碳钢腐蚀活化 / 钝化              等分析表征方法, 探讨了 p H 对纯铁在该环境中腐
   条件下研究了 HCO 3
                                                                        6+
                                       -  溶液中长       蚀行为及还原沉积 U 的影响。
   状态的影响, 发现: 在0.01mol / LHCO 3
   期浸泡后, 低碳钢发生阳极溶解, 处于极限扩散状
                                                     1 试 验
                                                     1.1 试样与溶液
   收稿日期: 2022-10-07
   通信作者: 杨淼( 1984- ), 副教授, 博士, 研究方向为金属腐                试验材料为纯铁, 其化学成分见表1 。将纯铁制

   蚀与防护、 辐射化学与工业, y an g miao@whut.edu.cn            成两种尺寸的试样。( 1 )尺寸为20mm×20m m×
                                                                                            · 3  ·
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