铅锌尾矿砂混凝土屏蔽性能试验研究与数值模拟

发布时间：2020-08-25 10:37

【摘要】：近年来,尾矿砂作为二次资源已逐渐受到重视。除日本、德国、瑞典等国家对尾矿砂开发利用以外,尾矿砂的综合利用也已在其他发达国家得到重视。现在中国的尾矿资源也逐渐受到利用,并取得了一些进展和成果,但与国外相比,其利用率相对较低,尾矿砂的开发有利于节省资源、改善环境,是响应矿业经济可持续发展的新途径。铅锌尾矿砂是一种新型防辐射混凝土材料,以普通混凝土为基础,将铅锌尾矿砂作为细骨料,按不同比例替代普通砂掺入到混凝土中,本文较为系统地研究了铅锌尾矿砂不同比例替代率对铅锌尾矿砂防辐射混凝土的基本工作性能和防辐射屏蔽性能的影响。论文的主要研究与结论内容如下:(1)研究了以铅锌尾矿砂替代率为变量,配制六种不同铅锌尾矿砂替代率的铅锌尾矿砂混凝土(分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%),并与普通混凝土的工作性能进行对比,通过测定坍落度、铅的毒素浸出、立方体抗压强度等试验方法来综合分析铅锌尾矿砂工作性能。试验结果表明铅锌尾矿砂掺量为40%~60%时,铅锌尾矿砂的坍落度、强度等均符合设计要求,当铅锌尾矿砂掺量超过60%时,混凝土的强度下降明显,超过80%后,下降幅度较大。(2)对比分析了铅锌尾矿砂混凝土在不同板厚下对γ射线的屏蔽能力,通过分析发现,随着混凝土厚度的增加,混凝土对γ射线的屏蔽能力增强,穿过混凝土的γ射线脉冲数逐渐减小,混凝土的厚度与衰减倍增系数呈现一定的相关性,随着厚度的增加而增加,说明屏蔽能力与材料的厚度有关,混凝土越厚,防辐射性能越好。(3)同普通混凝土相比,在20%、40%、60%、80%、100%五种不同掺量下,铅锌尾矿砂混凝土的屏蔽性能得到明显的改善,线性衰减系数分别提高了3.06%、6.74%、10.42%、11.65%、12.88%。半衰减层与十倍衰减层厚度随着掺量的增加逐渐变薄,厚度最高可减少约11%,在同一γ放射源中,普通混凝土需要4.252cm厚使射线强度衰减到原来的一半,而铅锌尾矿砂混凝土则只需3.767cm厚。+-(4)用铅锌尾矿砂配制防辐射砂浆,试件屏蔽后的线性衰减系数最低与最高分别为0.134、0.161,γ源脉冲数与穿过砂浆屏蔽后的脉冲数相比,脉冲减小效果明显,线性衰减系数也相应增大。(5)用光子截面数据库模拟1KeV~10GeV不同掺量铅锌尾矿砂混凝土的质量衰减系数u_m,分析混凝土屏蔽性能,结果表明铅锌尾矿砂混凝土在低能量区内质量衰减系数比普通混凝土优势明显。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528
【图文】：

日本,核电站,电磁辐射

随着核电站、医疗行业以及航空航天等领域的快速发展，辐射带来的影响对人类的生存环境带来了威胁，一旦受到这些射线长期的辐射，能够诱发一系列病症，据相关研究表明：电磁辐射容易造成人体的内分泌紊乱，也是很多健康问题发生病变的诱发因素，如孕妇流产、不育、畸胎等；长时间暴露在电磁辐射下，会直接影响细胞组织存活，与细胞发生电离使正常化学反应受到干扰，血液系统、免疫系统等受到破坏[1]。电离辐射造成的危害大小与其辐射类型、受照时间、剂量大小等有关。2011 年日本福岛核电站发生的里氏 9 级大地震，导致核泄漏，日本岛大部分地区被污染，给临海环境造成了巨大的影响（如图 1.1、图 1.2 所示）。因此，防辐射材料的屏蔽性能和结构稳定已经成为一个重要的研究方向。防辐射混凝土的水泥一般为普通硅酸盐水泥、高铝水泥、含硼水泥、钡水泥和锶水泥等，骨料采用密度大的重质骨料，如重晶石、（赤）磁铁矿、铅锌矿石和钢铁屑等。

扬尘污染

或未治理的尾矿库累计量超过 200 亿吨，占地约 67000hm2，而综合利用率不及28.5%[2]，国内矿山选矿对尾矿的处理方式大多是直接排放，这样不仅会占用大量的耕地，还容易污染库区周围环境(如图 1.3、1.4 所示）。在尾矿受到剥蚀时，进入到尾矿中的迁移元素可发生生化迁移，它们会污染大气和水土，还将会对周边地区的生态环境产生不利影响，导致土壤污染、土地退化、植被破坏甚至直接威胁到人类和动物的生存。因此，各矿山尾矿资源的综合利用已成为环境保护的重要课题之一[3]。随着经济的高速发展，对资源的利用显得尤为重要，特别是鉴于资源短缺，对二次资源的再利用应愈发重视，在防辐射材料中，铅锌尾矿砂的来源广泛，价格低廉且属于资源再利用，开展对铅锌尾矿砂混凝土的研究工作，具有一定的现实意义与理论意义，有利于进一步的在工程中应用与推广。

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