天然有机质固定铀的作用机制：基于铀氧化态与有机质官能团的证据

本综述系统探讨了天然有机质（NOM）在铀固定化中的关键作用，通过XPS、SEM、FTIR等分析技术，揭示了铀的赋存形态（U(Ⅵ)/U(Ⅳ)）与有机质官能团（如羧基/羟基）的关联性，为铀矿成矿机制及环境污染修复提供了重要科学依据。

　　

Section Snippets

Geological setting

鄂尔多斯盆地是一个位于内蒙古-大兴安岭褶皱带和祁连-秦岭褶皱带之间的陆内坳陷盆地（图1a）。以“小而富”著称的双龙铀矿床位于鄂尔多斯盆地南部的东斜坡带与渭北隆起过渡区，而东胜铀矿床则位于盆地北部的伊盟隆起邻近区域。

Materials and methods

本研究选取了13件样品，包括9件含铀碳质碎屑（CD）砂岩和4件无CD砂岩，样品覆盖不同有机碳和铀含量范围，均取自ZK01、ZK02和ZK03钻孔的含铀地层。9件铀-CD富集砂岩中，1件（ZK03-01和ZK03-03）来自东胜地区，其余（ZK01-01至ZK01-03、ZK02-01至ZK02-04）来自双龙地区。4件无CD砂岩样品则作为对照组。

TOC Compositions and chemical valence of elements U and C from uranium-CD-rich sandstones

总有机碳（TOC）含量范围为0.02%至28.44%，铀丰度从0.89ppm至200338ppm（表1）。富含CD的砂岩中铀含量显著高于同一钻孔中无CD的砂岩（表1）。此外，铀含量与TOC呈正相关关系（图4a），表明铀富集可能与有机质有关。XPS分析显示，元素U的化学价态包括U(Ⅵ)和U(Ⅳ)，且U(Ⅵ)占主导（76.49%）。

Discussion

广泛报道表明，CD是铀沉淀和富集的重要吸附剂和还原剂，这可能归因于有机质、无机质和微生物的物理化学特性，进而通过吸附、络合、还原和沉淀等方式促进铀以配合物或铀矿物的形式富集。根据TOC与U(Ⅵ)的相关性（R2=0.7），部分U(Ⅵ)与CD的吸附有关，另一部分与铀矿物相关，这一点也得到了FTIR检测到的复杂铀氧化物存在的支持。此外，羧基与U(Ⅵ)呈正相关。黄铁矿被铀矿物不均匀蚀变，钙铀云母与黄铁矿的共存表明黄铁矿对U(VI)还原有增强作用，且存在微生物活动。因此，综合来看，CD直接促进铀的沉淀和富集，同时伴随黄铁矿和微生物活动的参与。与羟基相比，羧基更有利于U(Ⅵ)的吸附。

Conclusions

在研究区，CD直接促进了铀的沉淀和富集。U(Ⅵ)和U(Ⅳ)均存在于CD中，且U(Ⅵ)占主导。分散的铀和铀矿物出现在微组分、细胞孔隙和裂缝中。部分钙铀云母与黄铁矿共存。铀矿物为复杂铀氧化物，其化学价态主要为U(Ⅵ)。与羟基相比，羧基对U(Ⅵ)的吸附更有利且稳定。黄铁矿和微生物活动对铀的还原和固定也有贡献。