铀尾矿充填体氡析出规律理论研究

堆浸铀尾矿用作地下充填法采场的充填料是处理铀尾矿的一种方法。将铀尾矿作为充填料时,其内残留的镭衰变产生的氡气会从其表面析出,污染井下作业环境。基于氡在介质中纯扩散的理论,研究了在尾矿介质孔隙率为0.3、铀尾矿中镭活度浓度为3 400 Bq/kg、干燥时铀尾矿的射气系数为0.1、铀尾矿的密度为2.5×103kg/m3的条件下,含水饱和度、孔隙率、覆盖层厚度等物理参数对铀尾矿充填体氡析出的影响规律。结果表明:无覆盖层时,含水饱和度在0~0.25的范围内,随含水饱和度增加,铀尾矿介质表面氡析出率先增加后减小,含水饱和度从0增加到0.12时,铀尾矿介质表面氡析出率从5 Bq/(m2·s)增加到11 Bq/(m2·s),含水饱和度从0.12增加到0.25时,铀尾矿介质表面氡析出率从11 Bq/(m2·s)减小到10.5 Bq/(m2·s);有覆盖层时,铀尾矿介质厚度为3 m,添加孔隙率为0.05的覆盖层,当覆盖层厚度从0增加到0.1 m时,介质表面氡析出率减小67.5%,当覆盖层厚度增加到0.5 m时,介质表面氡析出率减小91.8%。     

铀尾矿库中核素U(Ⅵ)的扩散迁移试验

利用自制的设备,采用水平土柱吸渗法,测定了不同参数土壤中铀溶液的质量浓度,通过Fick扩散第二定律推导的公式计算其扩散系数。并对比氯离子迁移试验,探讨了时间、距离、土质、孔隙度等对铀扩散的影响,进而研究尾矿库中核素U(Ⅵ)的运移扩散规律。结果表明:铀和氯离子在砂质土壤中的扩散均比在黏质土壤中快,氯离子在黏土中的扩散系数D=0.354×10~(-3)m~3/d,在砂土中的扩散系数D=1.830×10~(-3)m~3/d,铀在黏土的扩散系数D=0.950×10~(-3)m~3/d,在砂土中的扩散系数D=1.623×10~(-3)m~3/d;铀在土壤中的质量浓度随扩散时间延长逐渐增大,且与扩散距离呈比例关系;铀在土壤中的扩散系数随土壤孔隙度增大而变大。     

铀尾矿覆盖厚度的确定

以双区扩散理论为基础,导出铀尾矿单覆盖层体系和多覆盖层体系覆盖厚度的近似计算式。并通过覆盖前后氡析出率的测定,得到被覆盖材料和覆盖材料与氡扩散析出的有关参数,进而导出覆盖厚度的计算式。     

体积含水率对铀尾矿氡析出率影响的试验研究

选取我国南方某铀尾矿库的自然尾矿样品,分析了其粒径分布和主要化学成分,设计并制作了测定铀尾矿氡析出率的室内试验装置,采用RAD7氡检测仪测定氡浓度,SM200水分仪测定铀尾矿的体积含水率,并阐述了试验步骤。采用对照试验的方法研究了体积含水率对铀尾矿氡析出率的影响规律。结果表明,随着体积含水率的增加,氡的析出率先上升,当铀尾矿体积含水率达到10%~12%时,氡析出率最高;之后,氡析出率随着铀尾矿体积含水率增加而下降。     

地下铀矿山留矿法采场受限空间内氡迁移的数值模拟

为研究铀矿山留矿法采场氡迁移规律,依据留矿法采场的构造和物理几何尺寸,建立了受限空间内颗粒堆积型射气介质气体流动的数学模型和氡迁移方程,以10 m和20 m高爆破矿堆为对象,采用计算流体力学(CFD)方法,研究了不同通风条件下采场中氡的迁移规律。结果表明:1)采场下行通风方式降低矿堆上部作业空间氡浓度的效果优于上行通风方式,但对采场运输巷道氡浓度的效果相反;采场排风氡浓度与采场通风风量成反比,氡析出份额与通风风量成正比;2)在相同通风风量下,10 m高爆破矿堆与20 m高爆破矿堆氡析出份额之差随通风风流量增长而逐渐缩小;3)均压通风对渗透率高(k=1×10-8m2)的采场排风氡浓度、矿堆氡析出份额有明显影响。     

平地型铀尾矿库氡大气扩散数值模拟及环境效应分析

以平地型铀尾矿库为研究对象,采用数值模拟方法,分析了铀尾矿库下风向的氡扩散和浓度分布,并预测了该地区常年主导风向下氡对公众所致的年有效剂量。结果表明,风速从0.5 m/s变化到2.0m/s时,氡在尾矿库下风向的积聚范围由5 000 m缩减为2 500 m,尾矿库下风向2 500 m距离以内的氡浓度降低较快,随着距离的增大,近地面区域氡浓度不断降低,5 000 m外氡浓度变化渐趋平缓。U10=0.5m/s时尾矿库下风向地区的氡浓度比其他风速下最高高出近43%。对照公众个人的年有效剂量标准,考虑风频风速影响,对氡的环境效应分析表明,低风速下现行标准中铀尾矿库防护距离的规定值偏小,应进行适当调整。     

铀尾矿库滩面析出氡在覆土中运移的数值模拟

基于多孔介质模型及CFD方法,数值模拟了铀尾矿库滩面析出氡在覆土中的竖向运移及分布特性。结果表明:影响覆土中流体速度的主要因素是铀尾矿库滩面氡析出通量,覆土中氡通量随覆土高度增加呈指数规律降低;对于同一铀尾矿库滩面氡析出通量(10Bq/(m2·s)),低氡扩散系数(0.5×10-6m2/s)覆土中氡通量要远小于高扩散系数(3×10-6m2/s)覆土中氡通量,达到退役铀尾矿库氡析出通量的限定值0.74 Bq/(m2·s)所需的覆土高度前者为1.27 m,后者为3.45 m,前者仅为后者的36.8%;当覆土氡扩散系数为2×10-6m2/s、铀尾矿库滩面氡析出通量分别为2 Bq/(m2·s)和20 Bq/(m2·s)时,达到退役铀尾矿库氡析出通量的限定值0.74 Bq/(m2·s)所需的覆土高度分别为0.97 m和3.54 m,前者仅为后者的27.4%。     

铀矿井排风放射性尾气在大气中扩散的数值模拟及实验研究

对某铀矿山排风尾气中核素氡在大气中的扩散进行数值模拟,同时建立了物理实验模型,在水槽中进行PIV实验.将数值模拟结果与实验结果进行了对比,发现两者能较好地吻合.结果表明,在排风井下风向200 m以内核素氡浓度衰减较快;随着下风向距离的增大,地面浓度不断降低,到了300 m的位置氡浓度变化缓慢;继续增大距离,地面浓度变化不大.研究方法及结论可以为铀矿区安全防护距离的科学制定提供一定的参考.     

堆放参数对瑞安矿煤堆自燃风速的影响

为确定瑞安矿煤堆自燃的环境风速,提高煤堆自燃的预判能力,使用COMSOL Multiphysics 5.0数值仿真软件,开展了5个不同尺寸分别在孔隙率0.2~0.6和环境风速0.05 m/s~13 m/s条件下堆放180 d的自热-自燃过程数值模拟。结果表明,煤堆自燃风速范围因孔隙率和堆放参数不同而异,孔隙率越小煤堆的自燃风速范围越宽,且最小、最易、最大自燃风速与孔隙率之间具有幂函数关系;影响煤堆最小、最易、最大自燃风速显著的参数分别为顶宽、底宽、高度、角度和孔隙率、孔隙率、高度和孔隙率,并构建了三个自燃风速的合理解算方程。     

温度对多孔射气介质氡析出影响试验研究

为了研究围岩中温度对氡析出率的影响,选取某铀矿铀尾矿矿砂试样,根据相似准则设计并制作了测量多孔射气介质氡析出率的室内试验装置。采用RAD-7氡测量仪,运用等时间间隔取样方法测量氡浓度。采用对照试验的方法研究了温度对多孔射气介质氡析出率的影响规律。试验结果表明,在自然压力下,在温度为20℃到60℃范围内,随着温度的升高,多孔介质氡析出率逐渐增大,并且氡析出率与温度符合线性函数关系。     

某铀尾矿库渗水中铀的化学形态和影响因素模拟分析

铀尾矿库中铀是污染周边环境的主要根源,其半衰期长难以处置。本文以我国南方某铀尾矿库为例,利用地球化学模拟软件PHREEQC对尾矿库渗水铀的主要化学形态和影响因素进行模拟分析。结果表明:(1)尾矿库渗水中铀主要以正六价存在,约占总铀浓度的99.99%,且其6种主要化学形态所占百分比大小为:UO_2F~+UO_2F_2UO_2SO_4(UO_2SO_4)_2~(2-)UO_2~(2+)UO_2F_3~-。(2)铀的6种主要化学形态摩尔浓度在4.1pH值6.1受影响较小,而当pH值6.1时,摩尔浓度下降明显;温度除了对UO_2(SO_4)_2~(2-)的摩尔浓度影响较大之外,对铀的其他主要化学形态摩尔浓度影响较小。(3)随着p E值的增大,渗水溶液中U6+摩尔浓度减小,U~(4+)和U~(5+)摩尔浓度增加。(4)该场地下U~(6+)迁移占绝对优势,建议采用阻滞材料阻滞迁移。     

超临界电站锅炉高温过热器管壁磨损数值研究

高温烟气磨损是影响高温过热器安全长周期运行的主要因素,但锅炉系统高温过热器内部管排数目众多,烟气流动复杂多变,难以得到精确的磨损速率。利用Fluent软件对某电站锅炉系统的高温过热器进行数值模拟,研究了过热器内部流场分布规律。结果表明:最大磨损速率为1. 55×10~(-7)kg/(m~2·s),结合材料密度计算可得磨损减薄速率为0. 609mm/a;磨损速率最大的区域为靠近烟气入口侧的最外层管道下方及底部;烟气速度是影响管排磨损速率的因素之一。     

焦作室内氡对人体健康影响的评价

采用RAD-7型测氡仪对焦作市室内氧浓度进行调查.焦作室内氡浓度范围为19.2～ 160.5 Bq/m3,平均浓度为62.94 Bq/m3.采用氡剂量学评价方法,得出焦作室内氡年平均有效剂量为1.98mSv,同时评估焦作市因接受室内氡辐射剂量引起的终生肺癌危险度为1.53 × 10-4.     

某铀尾矿库地震和渗流耦合作用下稳定性研究

为了研究某铀尾矿库在不同工况下渗流流态和安全系数,以南方某铀尾矿库为对象,耦合GEO-Studio软件中SLOPE/W和SEEP/W模块,并利用极限平衡理论模拟研究了不同工况下坝体渗流流态和安全系数。结果表明:水流主要通过尾粉土层流过尾矿坝,使水力坡降主要集中在初期坝坡前底部;随着水位上升,坝体中水力等势线越来越稀疏,同时尾矿坝3个渗流截面流速加大; 6~9度地震烈度激励下,尾矿坝安全系数维持在1.23~0.91之间,不能满足规程要求。建议初期坝坡坝底埋设排水管,减小水流对初期坝压力,同时对尾矿坝,特别是尾粉土层进行灌浆加固,提高尾矿坝稳定性。     

西安市室内外氡的变化特征及影响因素研究

于2015年10月到2016年9月,利用RAD7测氡仪对西安市室内外氡浓度进行监测,考察了室内外氡的日变化特征,探讨了气象因素与通风条件对氡浓度变化的影响规律。结果表明,室内氡浓度日变化范围在40~100 Bq/m~3,呈现夜高昼低的分布特点,且与温湿度分别呈负、正相关关系。自然通风3 h氡浓度可降至室外水平。不同气流形式下,室内氡浓度均随换气率增大而减小,且均在换气率为2次/h的情况下降至室外水平,下降速率从大到小依次为侧送顶排、侧送底排、侧送侧排。室外氡浓度日变化范围在3~33 Bq/m~3。受气象条件影响显著。清洁天与霾天时,氡浓度日变化仍为夜高昼低,清洁天变化范围较霾天更为明显;雨天无明显变化规律。不同天气下,室外氡浓度水平从大到小依次为霾天、清洁天、雨天。加强室内通风、选取合适的气流组织形式,以及保持空气清洁可作为室内外降氡防氡的重要措施。     

铀矿区放射性核素氡在大气中的迁移研究

以堆浸场、废石场为污染源项,对铀矿区大气中放射性核素氡在复杂地形条件下的迁移情况进行了模拟研究.结果表明,风速对山谷地形的氡气流场的分布影响比较明显.风速为1 m/s时,在矿区内某居民点处没有涡流; 当来流风速为2 m/s和7 m/s时,产生了涡流,且涡流随风速的加快而加大.风速越大,污染物扩散越快,对居民点处的氡浓度的贡献越大.风速为1 m/s时,居民点处的氡浓度为5.4 Bq/m3,2 m/s时6.5 Bq/m3,7 m/s时达10 Bq/m3.对铀矿区内某居民点处的氡浓度进行了实际测量,测量值与模拟结果吻合较好.     

U(Ⅵ)在天然黏土介质中的分配系数及其影响因素研究

采用静态吸附法测定了铀(U)在黏土中的分配系数,并考察了固液比、pH值、U(Ⅵ)质量浓度和吸附时间等因素对分配系数的影响,分析了其吸附过程中的热力学和动力学,通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)探讨了相关吸附机理。结果表明,吸附在120 min时基本达到平衡,在pH=6时吸附效果最好,铀在黏土中的分配系数达到4.9×104mL/g,且黏土对铀的吸附过程符合Freundlich、Langmuir等温模型,准二级吸附动力学方程能很好地描述黏土对铀的吸附规律(R20.993)。铀的吸附分配系数随固液比增大先增大后减小。     

用钻孔通风解决长独头坑道的氡尘问题

我局在某铀矿71号竖井工程施工中,由于坑道长,穿脉、峒室多,弯曲度大;加之矿体暴露面积大,地质上又不允许密闭,给通风和氡、尘防护工作带来很大困难,氡尘浓度有时超标几十倍。后来,我们采用φ320mm 钻孔通风,从而使坑内的氡气由原来的5～7×10~(-10)Ci/L 降低为1.3×10~(10)Ci/L,氡子体潜能值由23.5GB 降至0.68GB,矿尘由3mg/m~3降到0.6～1.0mg/m~3。铀矿地质勘探坑道,绝大多数是独头坑道,并且平巷居多,一般采用混合式通风即     

堆积参数对MSW生物干化的影响

采用生物干化技术来处理高含水率城市生活垃圾(Municipal Solid Waste,MSW),研究了堆积高度(0.75 m、1.0 m、1.2 m、1.5 m)、堆积密度(0.46×10~3~0.64×10~3kg/m~3)对城市生活垃圾生物干化的影响。通过生物干化装置和数据收集系统监测MSW生物干化过程中温度、含水率、挥发性固体(VS)质量分数、热值的情况。微生物发酵的产热量通过堆体内部温度的累积来表征。经过15 d的生物干化试验,当垃圾堆积高度为1.2 m、堆积密度为0.51×103kg/m~3时,垃圾的含水率降到最低,仅为33.6%,低位热值提高130%,达到12 264 k J/kg。试验产物的平均低位热值提高到10 973 k J/kg,达到制备垃圾衍生燃料的要求。结果表明,通过优化垃圾的堆积参数,可有效提高垃圾含水率下降幅度、单位质量垃圾水分去除率、单位质量垃圾有机物降解率和低位热值。     

不同质地土壤对核素Sr-90阻滞及迁移的影响

为了给放射性废物填埋场选址、设计、建造和安全评估提供科学支撑,选择3种代表性质地的土壤(砂土、粉质壤土、黏土),采用室内动态土柱法,通过3个土柱体剖面Sr-90的浓度分布曲线和浓度峰迁移距离,研究Sr-90在不同质地土壤介质中的吸附特性和迁移规律。砂土、粉质壤土、黏土的喷淋量分别为60 m L/d、52 m L/d、60 m L/d,试验时间分别为102 d、390 d、390 d。试验结束后Sr-90浓度峰在砂土、粉质壤土、黏土中垂直向下迁移了46.2 cm、3.0 cm、1.2 cm。Sr-90在砂土柱剖面的浓度分布曲线存在明显的不对称性和拖尾,即Sr-90从源层上洗脱下来后,受到砂土介质的吸附作用,待浓度峰值通过后,更多的Sr-90从之前的砂土介质中解吸出来,使得很长时间段内土柱体中保持相对较高的浓度,该现象在粉质壤土和黏土不明显。应用HYDRUS-1D软件建立平衡吸附、非平衡吸附两种模式下的核素迁移数值模型,发现砂土柱中两种模式的计算结果差别较大,粉质壤土、黏土柱两种模式的计算结果却逐渐接近,非平衡吸附模式考虑一级速率系数β能更好地描述浓度分布曲线的"拖尾"。Sr-90在砂土、粉质壤土、黏土中的一级速率系数β分别为0.56 d-1、13.2 d-1、42.0 d-1,随β增大,吸附、解吸速率加快,越容易达到平衡。