An infrared spectroscopic study of the some Autunite minerals

A series of selected autunites with phosphate as the anion have been studied using infrared spectroscopy. Each autunite mineral has its own characteristic spectrum. The spectra for different autunites with the same composition are different. It is proposed that this difference is due to the structure of water and hydrated cations in the interlayer region between the uranyl phosphate sheets. This structure is different for different autunites. The position of the water hydroxyl stretching bands is related to the strength of the hydrogen bonds as determined by hydrogen bond distance. The highly ordered structure of water is also observed in the water HOH bending modes where a high wavenumber bands are observed. The phosphate and uranyl stretching vibrations overlap and are obtained by curve resolution.

Effect of pH and temperature on the carbonate promoted dissolution of sodium meta-autunite

Release of uranium from Na-autunite, an artificial mineral created as a result of polyphosphate injection in the subsurface at the DOE Hanford Site, takes place during slow dissolution of the mineral structure. Stability information of the uranyl-phosphate phases is limited to conditions involving pH, temperature, and a few aqueous organic materials. The carbonate ion, which creates very strong complexes with uranium, is the predominant ion in the groundwater composition. The polyphosphate technology with the formation of autunite was identified as the most feasible remediation strategy to sequester uranium in contaminated groundwater and soil in situ. The objectives of the experimental work were (i) to quantify the effect of bicarbonate on the stability of synthetic sodium meta-autunite created as a result of uranium stabilization through polyphosphate injection, (ii) calculate the kinetic rate law parameters of the uranium release from Na-autunite during dissolution, and (iii) to compare the process parameters with those obtained for natural calcium meta-autunite. Experiments were conducted using SPTF apparatus, which consists of syringe pumps for controlling flow rate, Teflon reactors and a heating/cooling system. 0.25 grams of synthetic Na-autunite was placed in the reactor and buffer solutions with varying bicarbonate concentrations (0.0005 to 0.003 M) at different pH (6 - 11) were pumped through the reactors. Experiments were conducted at four different temperatures in the range of 5 - 60oC. It was concluded that the rate of release of uranium from synthetic Na-autunite is directly correlated to the bicarbonate concentration. The rate of release of uranium increased from 1.90 x 10-12 at pH 6 to 2.64 x 10-10 (mol m-2 s-1) at pH 11 at 23oC over the bicarbonate concentration range tested. The activation energy values were invariant with the change in the bicarbonate concentration; however, pH is shown to influence the activation energy values. Uranyl hydroxides and uranyl carbonates complexes helped accelerate the dissolution of autunite mineral.

Two- and Three-Dimensional Open-Framework Uranium Arsenates: Synthesis, Structure, and Characterization

Hydrothermal reactions between uranium salts and arsenic pentoxide in the presence of two different amines yielded six new uranium arsenate phases exhibiting open-framework structures, ethylenediamine (en): [C2N2H9]-[(UO2)(ASO(4))] I; [C2N2H10][(UO2)F(HASO(4))]2 center dot 4H(2)O, II; [C2N2H9][U2F5(HASO(4))(2)], III; [C2N2H9][UF2(ASO(4))], IV; diethylenetriamine (DETA), [C4N3H16][U2F3(ASO(4))(2)(HAsO4)] V; and [C4N3H16][U2F6(AsO4)(HAsO4)], VI. The structures were determined using single crystal studies, which revealed two- (I, II, V) and three-dimensional (III, IV, VI) structures for the uranium arsenates. The uranium atom, in these compounds, exhibits considerable variations in the coordination (6 to 9) that appears to have some correlation with the synthetic conditions. The water molecules in [C2N2H10][(UO2)F(HAsO4)](2 center dot)4H(2)O, II, could be reversibly removed, and the dehydrated phase, [C2N2H10][(UO2)F(HAsO4)](2), IIa, was also characterized using single crystal studies. The observation of many mineralogical structures in the present compounds suggests that the hydrothermal method could successfully replicate the geothermal conditions. As part of this study, we have observed autunite, Ca[(UO2)(PO4)](2)(H2O)(11), metavauxite, [Fe(H2O)(6)][Al(OH)(H2O)(PO4)](2), finarite, PbCU(SO4)(OH)(2), and tancoite, LiNa2H[Al(PO4)(2)(OH)], structures. The repeated observation of the secondary building unit, SBU-4, in many of the uranium arsenate structures suggests that these are viable building units. Optical studies on the uranium arsenate compound, [C4N3H16][U2F6(AsO4)(HASO(4))), VI, containing uranium in the +4 oxidation state indicates a blue emission through an upconversion process. The compound also exhibits antiferromagnetic behavior.

Identification and dissolution behavior of the secondary uranium minerals in the corrosion products of Depleted Uranium (DU) ammunition formed in soils

In der vorliegenden Studie wurden verschiedene Techniken eingesetzt um drei Proben (4, 7, and 8) die aus denrnKorrosionsprodukten von aus dem Kosovo Krieg stammenden Munitionskugeln, bestehend aus abgereichertem Uranrn(Depleted Uranium - DU), zu untersuchen. Als erstes Verfahren wurde die Raman-Spektroskopie eingesetzt. Hierbeirnzeigte sichin den Proben, charakterisiert durch einen Doppelpeak, die Anwesenheit von Schoepitrn(UO2)8O2(OH)12(H2O)12. Der erste und zweite Peakzeigte sich im Spektralbereich von 840,3-842,5 cm-1rnbeziehungsweise 853,6-855,8 cm-1. Diese Werte stimmen mit den Literaturwerten für Raman-Peaks für Schoepitrnüberein. Des Weiteren wurde bei dieser Untersuchungsmethode Becquerelite Ca(UO2)6O4(OH)6(H2O)8 mit einemrnPeak im Bereich zwischen 829 to 836 cm-1 gefunden. Aufgrund des Fehlens des Becquerelitespektrums in derrnSpektralbibliothek wurde eine in der Natur vorkommende Variante analysiert und deren Peak bei 829 cm-1 bestimmt,rnwas mit den Ergebnissen in den Proben korrespondiert. Mittels Röntgenbeugung (X-Ray Diffraction, XRD) zeigtenrnsich in allen Proben ähnliche Spektren. Das lässt darauf schließen, dass das pulverisierte Material in allen Probenrndas gleiche ist. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Schoepit und/oder meta-rnSchoepit(UO2)8O2(OH)12(H2O)10, sowie Becquerelite. Weiterhin war weder Autunit, Sabugalit noch Uranylphosphatrnanwesend, was die Ergebnisse einer anderen Studie, durchgeführt an denselben Proben, wiederlegt. DiernAnwesenheit von P, C oder Ca im Probenmaterial konnte ausgeschlossen werden. Im Falle von Calciumkann diesrnmit der Anwesenheit von Uran erklärt werden, welches aufgrund seines Atomradius bevorzugt in Becquerelite (1:6)rneingebaut wird. Die beiden Hauptpeaks für Uran lagen im Falle von U 4f 7/2 bei 382.0 eV und im Falle von U 4f 5/2rnbei 392 eV. Diese Werte mit den Literaturwerten für Schoepit und meta-Schoepitüberein. Die Ergebnissernelektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen U, O, Ca, Ti als dominante Komponenten in allen Messungen.rnElemente wie Si, Al, Fe, S, Na, und C wurden ebenfalls detektiert; allerdings kann nicht ausgeschlossen werden,rndass diese Elemente aus dem Boden in der unmittelbaren Umgebung der Munitionsgeschosse stammen. Gold wurdernebenfalls gemessen, was aber auf die Goldarmierung in den Probenaufbereitungsbehältern zurückgeführt werdenrnkann. Die Elektronenmikroskopie zeigte außerdem einige Stellen in denen elementares Uran und Bodenmineralernsowie sekundäre Uranminerale auftraten. Die Elementübersicht zeigt einen direkten Zusammenhang zwischen U andrnCa und gleichzeitig keine Korrelation zwischen U und Si, oder Mg. Auf der anderen Seite zeigte sich aber einrnZusammenhang zwischen Si und Al da beide Konstituenten von Bodenmineralen darstellen. Eine mit Hilfe derrnElektronenstrahlmikroanalyse durchgeführte quantitative Analyse zeigte den Massenanteil von Uran bei ca. 78 - 80%,rnwas mit den 78,2% and 79,47% für Becquerelite beziehungsweise Schoepit aufgrund ihrer Summenformelrnkorrespondiert. Zusätzlich zeigt sich für Calcium ein Massenanteil von 2% was mit dem Wert in Becquerelite (2.19%)rnrecht gut übereinstimmt. Der Massenanteil von Ti lag in einigen Fällen bei 0,77%, was auf eine noch nicht korrodierternDU-Legierung zurückzuführen ist. Ein Lösungsexperiment wurde weiterhin durchgeführt, wobei eine 0,01 M NaClO4-rnLösung zum Einsatz kam in der die verbliebene Probensubstanz der Korrosionsprodukte gelöst wurde;rnNatriumperchlorate wurde hierbei genutzt um die Ionenstärke bei 0,01 zu halten. Um Verunreinigungen durchrnatmosphärisches CO2 zu vermeiden wurden die im Versuch für die drei Hauptproben genutzten 15 Probenbehälterrnmit Stickstoffgas gespült. Eine Modelkalkulation für den beschriebenen Versuchsaufbau wurde mit Visual MINTEQrnv.3.0 für die mittels vorgenannten Analysemethoden beschriebenen Mineralphasen im pH-Bereich von 6 – 10 imrnFalle von Becquerelite, und Schoepit berechnet. Die modellierten Lösungskurven wurden unter An- und Abwesenheitrnvon atmosphärischem CO2 kalkuliert. Nach dem Ende des Lösungsexperiments (Dauer ca. 6 Monate) zeigten diernKonzentrationen des gelösten Urans, gemessen mittels ICP-OES, gute Übereinstimmung mit den modelliertenrnSchoepit und Becquerelite Kurven. Auf Grund des ähnlichen Löslichkeitverhaltens war es nicht möglich zwichen denrnbeiden Mineralen zu unterscheiden. Schoepit kontrolliert im sauren Bereich die Löslichkeit des Urans, währendrnbecquerelit im basichen am wenigsten gelöst wird. Des Weiteren bleibt festzuhalten, dass ein Anteil an CO2 in diernverschlossenen Probenbehälter eingedrungen ist, was sich mit der Vorhersage der Modeldaten deckt. Die Löslichkeitrnvon Uran in der Lösung als Funktion des pH-Wertes zeigte die niedrigsten Konzentrationen im Falle einer Zunahmerndes pH-Wertes von 5 auf 7 (ungefähr 5,1 x 10-6 mol/l) und einer Zunahme des pH-Wertes auf 8 (ungefähr 1,5 x 10-6rnmol/l bei). Oberhalb dieses Bereichs resultiert jeder weitere Anstieg des pH-Wertes in einer Zunahme gelösten Uransrnin der Lösung. Der ph-Wert der Lösung wie auch deren pCO2-Wert kontrollieren hier die Menge des gelösten Urans.rnAuf der anderen Seite zeigten im Falle von Becquerelite die Ca-Konzentrationen höhere Werte als erwartet, wobeirnwahrscheinlich auf eine Vermischung der Proben mit Bodensubstanz zurückgeführt werden kann. Abschließendrnwurde, unter Berücksichtigung der oben genannten Ergebnisse, eine Fallstudie aus Basrah (Irak) diskutiert, wo inrnzwei militärischen Konflikten Uranmunition in zwei Regionen unter verschiedenen Umweltbedingungen eingesetztrnwurden.