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近年来,随着世界核能事业的快速发展,对铀的需求与日俱增,不可避免的产生废水和废渣。我国又是一个贫铀的国家,现已探明的铀储量居世界第10名之后,而矿床规模又以中小为主(占总储量的60%以上)。铀资源的保障和核电环境安全成为核电发展的关键,本文针对铀矿与黄铁矿共生,特富铀矿与羟基磷灰石共存这一普遍地质现象,开展了铀(Ⅵ)与黄铁矿、羟基磷灰石在电子、离子、原子和分子间的相互作用。本文通过水热法合成纯度较高的黄铁矿,采用批次吸附试验,实验结果表明,黄铁矿吸附铀的过程由液膜扩散过程控制、以化学吸附为主,吸附过程是一个吸热的自发过程,其焓变△H=55.65 KJ/mol、熵变△S=241.31 J/(mol.K)、自由能△G=-16.29KJ/mol、拟二级反应速率常数K2=0.0085 mg/(g.min)和最大吸附容量Qm=43.01mg/g;通过X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、能谱色散谱仪(EDS)表征,验证了黄铁矿能还原铀酰离子,生成不片状铀化合物沉淀,且被吸附在黄铁矿表面;采用循环伏安(CV)技术,结果表明黄铁矿还原铀酰离子有一个过渡态U(V),其节点为黄铁矿与铀的摩尔比0.63;黄铁矿的光电子能谱(XPS)表明,黄铁矿与铀作用前后,S的外层电子结合能发生了明显变化,而Fe的外层电子结合能也有稍微变化,这说明在黄铁矿还原铀过程中,黄铁矿中元素S和Fe元素都起了作用,但元素S的作用更明显;还证实了腐殖酸对黄铁矿还原铀有抑制作用,氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿还原铀有协同促进作用;通过PHREEQC理论计算表明,随着pH值的增加,UO22+离子快速降低,铀逐步以UO2(OH)2、(UO2)3(OH)5+离子和(UO2)4(OH)7+离子形态存在,当黄铁矿与铀的摩尔比大于0.75时,开始生成U(IV)沉淀,当摩尔比大于约1.75时,U(VI)完全被还原成沉淀形式的U(IV);温度升高有利于提高黄铁矿的还原能力,当温度大于150℃时,黄铁矿还原铀的能力达到最佳。本文合成了羟基磷灰石,批次吸附试验的结果表明,羟基磷灰石吸附铀的过程更遵循液膜扩散、吸附速度更符合拟二级动力学;根据铀的浓度不同,羟基磷灰石吸附铀有两种不同的吸附方式,在铀的初始浓度为20~100mg/L时符合Langmuir等温吸附,在铀的初始浓度为700~1000mg/L更符合Freundlich等温吸附,说明在铀浓度低时是离子交换吸附为主,在铀浓度高时可以发生多层物理吸附。通过理论计算得出吸附过程的拟二级速率常数K2=0.137 mg/(g.min)、最大吸附容量Qm=1000 mg/g;通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱色散谱仪(EDS)及循环伏安法(CV)表征,表明羟基磷灰石吸附大量铀后发生了相变,由规则的六方晶系向四方晶系转变,没有价态的变化。黄铁矿是铀成矿的必要因素,磷灰石有利于富铀矿的形成。微生物对铀富集有促进作用,而腐殖酸等与铀有强络合能力的有机物不利于铀的还原与沉淀。