铀是乏燃料的主要组成部分。重水堆（我国秦山三期采用加拿大重水堆技术）由于使用天然铀作为核燃料，产生的乏燃料中²³⁵U含量只有 0.3%，因此国内外一直采取“一次通过”的方针，即产生的乏燃料不经后处理而直接进行地质处置。除了没反应完的铀，乏燃料中还含有多种对人体危害极大的高放射性元素或核素（钚、次锕系元素和⁷⁹Se、⁹⁹Tc等裂变产物），其氧化破损也会导致这些放射性元素或核素的浸出迁移。因此了解铀、硒和锝在处置库条件下的环境地球化学行为对处置库的安全评价具有重要意义。
甘肃北山花岗岩地区和内蒙古塔木素黏土岩地区分别是我国高放废物地质处置库花岗岩场址和黏土岩场址的候选区。为此，我们开展了铀在这两处场址围岩上的氧化还原行为研究。结果表明，由于北山花岗岩（主要以氟铁云母形式存在）和塔木素黏土岩（主要以氟铁云母和黄铁矿形式存在）富含二价铁，其对铀酰、亚硒酸和高锝酸具有一定的还原沉淀作用；同时花岗岩中所含的少量三价铁对UO₂具有一定氧化作用，因此在北山花岗岩场址和塔木素黏土岩场址条件下，UO_2+x(s)是最稳定的存在形态，有利于处置库的长期安全性。
目前，铜-铸铁是国际上普遍认可的废物罐的结构材料。在无氧的地下环境中，铁的腐蚀会释放Fe²⁺或产生磁铁矿（Fe₃O₄），并释放氢气。热力学上，零价铁或磁铁矿能将铀酰还原至UO₂状态，因此废物罐及其腐蚀产物有可能在阻滞放射性核素迁移的过程中起到重要作用。然而，已有的磁铁矿还原铀酰实验既有观察到UO₂产物的报道，亦有观察到非完全还原产物（如U₄O₉、U₃O₇或U₃O₈）的报道。对于引起实验产物与理论产物不一致的原因，目前尚未有统一结论。我们系统研究了零价铁和Fe₃O₄对U(VI)/UO₂的氧化还原作用，认为磁铁矿中的Fe³⁺和铀酰配体的NO₃^-是重要氧化剂，是影响最终产物的重要因素。在废物罐腐蚀破损过程中，只有铁完全氧化成Fe³⁺及其氧化物时，乏燃料才可能完全氧化成U(VI)而溶解浸出。
黄铁矿是地球上含量最多的硫化物，并广泛存在于处置库围岩或缓冲回填材料中，有望在阻滞可变价核素的迁移中发挥重要作用。我们探究了黄铁矿还原铀酰反应活性的受控制因素，结果表明pH和As、Pb杂质以及由于Fe(II)-S键断裂而在表面形成类磁黄铁矿物质对黄铁矿还原铀酰的反应活性及产物具有重要的影响，研究工作阐明了黄铁矿在阻滞铀迁移中的作用机制。
 

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