Informace o kvalifikační práci Geochemický výzkum vzniku a chování novotvořených částic v roztocích vyluhovacích polí uranového ložiska Stráž pod Ralskem
Sanace zbytkových technologických roztoků uranového ložiska Stráž pod Ralskem patří
k největším řešeným ekologickým zátěžím současnosti v České republice. Neutralizace
je jednou z plánovaných sanačních metod s in situ působností, která bude využita
v pozdější fázi sanace ložiska.
Disertační práce se zabývá geochemickými aspekty novotvořených pevných fází
vznikajících při neutralizačních reakcích kyselých technologických roztoků
s alkalickým činidlem. Práce přináší nové poznatky z oblastí chemie a mineralogie
novotvořených fází, kinetiky neutralizačních reakcí a jejich látkových bilancí. Řešeny
jsou otázky stability novotvořených sraženin v kyselém prostředí zbytkových
technologických roztoků. Byly dokumentovány tři různé mechanismy vzniku
novotvořených sraženin, z nichž nejvýznamnější jsou srážecí reakce. Vznik sraženin
během neutralizačních reakcí je rychlý, téměř okamžitý, gravitační separace
novotvořených sraženin se objevuje již v prvních minutách až prvních hodinách, avšak
chemické změny v roztoku probíhají mnohem delší dobu v řádu měsíců.
Mineralogicky jsou vzniklé sraženiny tvořeny většinou sádrovcem nebo jarositem,
avšak za specifických podmínek mohou vzniknout i jiné fáze jako kalcit, dolomit,
alunogen, epsomit, gibsit, etryngit a další minerály ze skupiny síranů a oxihydroxidů.
Minerální složení jednotlivých sraženin se mění v řádu měsíců až let. Část původně
mikrokrystalických sraženin přešla po 8 letech stárnutí v matečném roztoku do
amorfního stavu. Stabilita jejich mikrokrystalické struktury je podmíněna chemickým
složením matečného roztoku.
Množství vznikajících novotvořených sraženin je závislé na vhodném poměru reagentů
v neutralizované směsi, naopak pH vodné směsi a množství rozpuštěných látek nejsou
hlavními řídícími faktory. Obecně je podíl vysrážených látek navázaných do pevné fáze
nízký, v maximu okolo 12 hm. % (po 1 roce). Z celkového množství přítomných
rozpuštěných látek zůstává převážná většina mineralizace i po neutralizaci v rozpuštěné
formě. Vzniklé novotvořené sraženiny jsou minimálně po dobu 4 dní stabilní i po
přídavku dvojnásobného přebytku kyselého zbytkového technologického roztoku do
neutralizované směsi a nerozpouští se.
Kromě neutralizačních reakcí zbytkových technologických roztoků byly studovány i
rozpuštěné plyny v těchto vodách, což je oblast, která byla doposud opomíjená. Největší
podíl v obsahu rozpuštěných plynů ve vodách zaujímá inertní dusík (max. 96 obj. %),
avšak byly objeveny významné podíly reaktivního kyslíku (max. 17 obj. %) a oxidu
uhličitého (max. 9 obj. %). Zajímavé je zjištění vysoké koncentrace vodíku téměř
7 obj. % v silně kyselých zbytkových technologických roztocích.
Anotace v angličtině
The remediation of the acid residual technological solutions in the uranium deposit
Stráž pod Ralskem is one of the major environmental burden currently solved in the
Czech Republic. The in situ neutralization of the acidified groundwater is planned as a
Newly formed precipitates were stable even after the double volume addition of the acid
residual technological solution to the neutralized mixture for at least 4 days and they did
not dissolve.
The composition and origin of dissolved gases in groundwater of the Stráž pod Ralskem
deposit were studied because this property had been neglected so far. The largest
proportion of the dissolved gases consists of an inert nitrogen (max. 96 vol. %).
Significant proportion of reactive oxygen (max. 17 vol. %) and carbon dioxide (max.
9 % vol.) were discovered in some samples. A presence of high concentration of
hydrogen (almost 7 vol. %) was observed in some strongly acidified mine groundwater.
Stráž pod Ralskem, acid residual technological solutions, newly formed precipitates,
mineralogy of precipitates, dissolved gases, sedimentary deposit of uranium
remediation technique which will be used in a later stage of the deposit remediation.
This PhD thesis deals with the geochemical aspects of the newly formed solid phases
occurring during neutralization of acid residual technological solutions with an alkaline
solution from a neutralisation decontamination plant. The thesis brings new insights into
the fields of chemistry and mineralogy of newly formed phases, the kinetics of
neutralization reactions and their mass balances. It was investigated the stability of the
newly formed phases in the acid groundwater environment. Three different mechanisms
of formation of the new phases were documented. The most important appeared to be
the neutralisation precipitation reaction. Formation of precipitates is rapid during the
neutralization reaction. It is almost instantaneous, a gravitational separation of the
newly formed solid phases occurs within the first minutes up to several hours after
mixing; however chemical changes take place in the solution for a period of several
months.
From the mineralogical point of view, the newly formed precipitates are mostly gypsum
and jarosite. Other minerals precipitate under specific conditions. They are calcite,
dolomite, alunogen, epsomite, gibsit, etryngit and other minerals from the groups of
sulphates and oxihydroxides. The mineral composition of precipitates changes in a
period of months and years. It was found that a part of the microcrystalline precipitates
changed to an amorphous state after eight years of aging. The stability of the
microcrystalline structures depended on the chemical composition of the neutralised
solution mixture.
The amount of precipitates directly depended on a suitable ratio of the reagents in the
neutralized mixture, while the pH of the solution and the amount of dissolved solids
were subsidiary controlling factors. The proportion of the precipitated phases compared
to the dissolved solids in solution was low, at a maximum of about 12 wt. % (after 1
year). The dissolved solids remained in the solution after the precipitation.
formed precipitates were stable even after the double volume addition of the acid
Stráž pod Ralskem, acid residual technological solutions, newly formed precipitates,
mineralogy of precipitates, dissolved gases, sedimentary deposit of uranium
Rozsah průvodní práce
101 stran
Jazyk
CZ
Anotace
Sanace zbytkových technologických roztoků uranového ložiska Stráž pod Ralskem patří
k největším řešeným ekologickým zátěžím současnosti v České republice. Neutralizace
je jednou z plánovaných sanačních metod s in situ působností, která bude využita
v pozdější fázi sanace ložiska.
Disertační práce se zabývá geochemickými aspekty novotvořených pevných fází
vznikajících při neutralizačních reakcích kyselých technologických roztoků
s alkalickým činidlem. Práce přináší nové poznatky z oblastí chemie a mineralogie
novotvořených fází, kinetiky neutralizačních reakcí a jejich látkových bilancí. Řešeny
jsou otázky stability novotvořených sraženin v kyselém prostředí zbytkových
technologických roztoků. Byly dokumentovány tři různé mechanismy vzniku
novotvořených sraženin, z nichž nejvýznamnější jsou srážecí reakce. Vznik sraženin
během neutralizačních reakcí je rychlý, téměř okamžitý, gravitační separace
novotvořených sraženin se objevuje již v prvních minutách až prvních hodinách, avšak
chemické změny v roztoku probíhají mnohem delší dobu v řádu měsíců.
Mineralogicky jsou vzniklé sraženiny tvořeny většinou sádrovcem nebo jarositem,
avšak za specifických podmínek mohou vzniknout i jiné fáze jako kalcit, dolomit,
alunogen, epsomit, gibsit, etryngit a další minerály ze skupiny síranů a oxihydroxidů.
Minerální složení jednotlivých sraženin se mění v řádu měsíců až let. Část původně
mikrokrystalických sraženin přešla po 8 letech stárnutí v matečném roztoku do
amorfního stavu. Stabilita jejich mikrokrystalické struktury je podmíněna chemickým
složením matečného roztoku.
Množství vznikajících novotvořených sraženin je závislé na vhodném poměru reagentů
v neutralizované směsi, naopak pH vodné směsi a množství rozpuštěných látek nejsou
hlavními řídícími faktory. Obecně je podíl vysrážených látek navázaných do pevné fáze
nízký, v maximu okolo 12 hm. % (po 1 roce). Z celkového množství přítomných
rozpuštěných látek zůstává převážná většina mineralizace i po neutralizaci v rozpuštěné
formě. Vzniklé novotvořené sraženiny jsou minimálně po dobu 4 dní stabilní i po
přídavku dvojnásobného přebytku kyselého zbytkového technologického roztoku do
neutralizované směsi a nerozpouští se.
Kromě neutralizačních reakcí zbytkových technologických roztoků byly studovány i
rozpuštěné plyny v těchto vodách, což je oblast, která byla doposud opomíjená. Největší
podíl v obsahu rozpuštěných plynů ve vodách zaujímá inertní dusík (max. 96 obj. %),
avšak byly objeveny významné podíly reaktivního kyslíku (max. 17 obj. %) a oxidu
uhličitého (max. 9 obj. %). Zajímavé je zjištění vysoké koncentrace vodíku téměř
7 obj. % v silně kyselých zbytkových technologických roztocích.
Anotace v angličtině
The remediation of the acid residual technological solutions in the uranium deposit
Stráž pod Ralskem is one of the major environmental burden currently solved in the
Czech Republic. The in situ neutralization of the acidified groundwater is planned as a
Newly formed precipitates were stable even after the double volume addition of the acid
residual technological solution to the neutralized mixture for at least 4 days and they did
not dissolve.
The composition and origin of dissolved gases in groundwater of the Stráž pod Ralskem
deposit were studied because this property had been neglected so far. The largest
proportion of the dissolved gases consists of an inert nitrogen (max. 96 vol. %).
Significant proportion of reactive oxygen (max. 17 vol. %) and carbon dioxide (max.
9 % vol.) were discovered in some samples. A presence of high concentration of
hydrogen (almost 7 vol. %) was observed in some strongly acidified mine groundwater.
Stráž pod Ralskem, acid residual technological solutions, newly formed precipitates,
mineralogy of precipitates, dissolved gases, sedimentary deposit of uranium
remediation technique which will be used in a later stage of the deposit remediation.
This PhD thesis deals with the geochemical aspects of the newly formed solid phases
occurring during neutralization of acid residual technological solutions with an alkaline
solution from a neutralisation decontamination plant. The thesis brings new insights into
the fields of chemistry and mineralogy of newly formed phases, the kinetics of
neutralization reactions and their mass balances. It was investigated the stability of the
newly formed phases in the acid groundwater environment. Three different mechanisms
of formation of the new phases were documented. The most important appeared to be
the neutralisation precipitation reaction. Formation of precipitates is rapid during the
neutralization reaction. It is almost instantaneous, a gravitational separation of the
newly formed solid phases occurs within the first minutes up to several hours after
mixing; however chemical changes take place in the solution for a period of several
months.
From the mineralogical point of view, the newly formed precipitates are mostly gypsum
and jarosite. Other minerals precipitate under specific conditions. They are calcite,
dolomite, alunogen, epsomite, gibsit, etryngit and other minerals from the groups of
sulphates and oxihydroxides. The mineral composition of precipitates changes in a
period of months and years. It was found that a part of the microcrystalline precipitates
changed to an amorphous state after eight years of aging. The stability of the
microcrystalline structures depended on the chemical composition of the neutralised
solution mixture.
The amount of precipitates directly depended on a suitable ratio of the reagents in the
neutralized mixture, while the pH of the solution and the amount of dissolved solids
were subsidiary controlling factors. The proportion of the precipitated phases compared
to the dissolved solids in solution was low, at a maximum of about 12 wt. % (after 1
year). The dissolved solids remained in the solution after the precipitation.
formed precipitates were stable even after the double volume addition of the acid
Stráž pod Ralskem, acid residual technological solutions, newly formed precipitates,
mineralogy of precipitates, dissolved gases, sedimentary deposit of uranium