中文摘要：

针对高效低成本含铀放射性废物（液）安全处理的需求，开展沥青铀矿的合成实验与溶解实验研究，探索沥青铀矿的物理化学稳定域与固铀能力。通过研究（1）各类天然与合成沥青铀矿的物质组成、矿物内部结构与晶体结构及缺陷等矿物学特征；（2）天然沥青铀矿形成的表生沉积环境参量，包括pH/Eh、T/P、物质环境与生物环境等，以及已有合成实验的研究成果。针对U系放射性废液设计合成实验体系，进行低温常压条件下的合成实验与相关测试，研究各类沥青铀矿的形成、环境参量及其对矿物学特征的影响，探索快速形成沥青铀矿的最佳条件，综合研究沥青铀矿形成的物理化学与地球化学稳定域（Eh-pH-T-P范围及地球化学指标），绘制沥青铀矿形成的Eh-pH相图。同时，在常见地下水条件下进行各类沥青铀矿的溶解实验，以研究其物质成分、晶体结构及缺陷和pH/Eh、T/P等因素对沥青铀矿稳定性的影响，探讨其固铀能力。

结论摘要：

按照项目研究计划书的要求，本研究查明了沥青铀矿矿物学特征及其与形成条件的关系，从探索实现低成本高效处理含铀废液的目的出发,发明了一种“沥青铀矿结晶法”处理含铀废液，其关键技术参数为Eh值、pH值和温度，它们控制了产物的形式、除铀速度和除铀率。低的pH值、Eh值和较高温度有利于形成沥青铀矿，其除铀速度快，除铀率高，除铀率最高达99.6%，综合除铀效果好。较稳定沥青铀矿快速形成的基本物化条件是较低的pH值（3-8）与Eh值（小于100mV）和较高的温度(50℃左右)，在沥青铀矿形成过程中，pH与Eh值出现有规律下降。中酸性、还原条件更有利于沥青铀矿的形成，温度升高、Eh值降低使沥青铀矿形成的速度加快，沥青铀矿中的铀含量与四价铀升高、结晶度变好、晶胞参数增大。在低温时，在酸性条件下才能形成沥青铀矿，而在较高温度下，在酸性到弱碱性条件下都可以形成沥青铀矿。由于物理化学条件与溶液铀浓度的不同，在硝酸铀酰溶液体系中发生了不完全还原，沥青铀矿的形成过程可分为直接与间接形成两类共三种形成机理，一部分铀酰离子UO22+被还原为四价铀离子并结合氧形成四价铀化合物UO2，一部分铀酰离子UO22+直接结合氧形成六价铀化合物UO3，其中间过程形成了UO3、水合氢氧化铀酰、UO2和UO3的混合物等。提出并研究了沥青铀矿固铀能力的概念，它涉及到地质处置库的环境选择与营造，沥青铀矿较强的固铀能力表现为一定条件下含铀废液中铀可以较快地聚集形成沥青铀矿，且结晶度高的沥青铀矿固铀能力更强，但因环境氧化与酸性增强、不利的微生物以及温度升高导致的晶格畸变等会使其变得不稳定。从形成与分解的角度研究了沥青铀矿的物理化学稳定域，绘制了沥青铀矿形成的pH-Eh相图。这些成果为进一步探索低成本高效处理U系核废物的有效途径及其科学技术问题奠定了基础，向实现U系放射性核素安全回归自然界迈出了一步。