粤北退役铀矿放射性污染物的迁移行为与分布研究

发布时间：2020-06-03 00:08

【摘要】：近年来,随着世界人口数量的激增,人类对于核能的需求也随之日益扩大。此时,铀作为核燃料中的主要原料,其元素半衰期很长,又常与其它重金属之间形成协同毒性效应,它的开采、冶炼和最终退役都会对其采矿场地或周围地区的生态环境和居民健康产生长期的影响,而这种环境污染问题的治理目前是世界各国公认的严峻挑战之一。对此,我国铀矿山退役治理的工作也已经开展了一段时间,但对于某些特定的地质、气候、水文条件下铀矿的后期工作的安全性和稳定性情况知之甚少。并且有些铀矿山在退役治理后依然存在环境问题,这些问题体现在区域内的不同介质中均出现有大量放射性核素和伴生重金属污染物上。本研究通过对我国粤北上世纪铀生产基地之一的中核集团745铀矿三个退役工区和矿点(蕉坪工区、斜州工区和小桃园矿点)各环境要素(土壤和水体)的不同季节(丰水期和枯水期)进行野外采样,利用全球卫星定位系统(GPS)定位,同时记录便携式仪器测定出可以反映水体质量的基本理化指标(pH、氧化还原电位、总溶解固体、电导率和温度)。又在实验室条件下,了解该区域土壤的基本性质后,对预处理过的土壤样品使用高纯锗伽马能谱仪(High Purify Germanium Gamma Spectrometer)进行可以指示放射性污染的五种核素(~(238)U、~(235)U、~(226)Ra、~(232)Th和~(40)K)的测定,并使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行重金属分析;运用ICP-MS分析水体含有的放射性元素和伴生金属的种类、浓度,结合测定得到阴离子的结果分析相互之间的影响,以此探讨不同污染物在研究区域中的迁移行为与分布特征。另外,运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对污染物浓度较高的土壤点位进行形貌和成分分析,继而得出污染物可能发生的变化。研究结果显示:首先,矿区土壤整体呈酸性(pH7),利于放射性元素与其它金属发生迁移;废石堆放射性核素以~(238)U和~(226)Ra为主,随土壤深度的增加出现先增大后减小的趋势,在20-22cm处达到峰值;土壤中含有的重金属浓度最高的为锰(Mn),还伴随一定量的砷(As)、铅(Pb)和镉(Cd)。三个退役工区及周边区域土壤和废石中主要由石英(SiO_2)组成,另有不同种类的含铀化合物和次生矿物(高岭石和绿锥石)出现。其次,水体中污染物含量受季节影响,枯水期含量小于丰水期。三个工区中铀(U)含量的平均值为0.184 mg/L,最大值达到1.12 mg/L;钍(Th)含量的平均值为0.052 mg/L,最大值达到0.296 mg/L;类金属砷(As)的浓度在0.0002-0.012 mg/L范围内,与铀含量存在正相关关系。放射性污染物和重金属含量最高的分别出现在蕉坪工区矿硐水和下游水(W10)位置。总体来看,退役矿区土壤和水体中均检出放射性核素和伴生重(类)金属,其浓度明显高于未开采区土壤中的含量,矿区整体水中U和Th含量超出北江水系参考值。放射性和重金属污染物在两种环境介质之间均发生扩散,人体直接接触硐口流出物存在严重隐患,矿区土壤不利于农业种植,其随水迁移后的影响范围更为广泛。
【图文】：

广州大学理学硕士学位论文第三章 实验材料及方法.1 野外采样本研究根据研目标区域的污染源位置、水系分布和气候情况，分两次在 2016 年 （枯水期）和 2017 年 5 月（丰水期）对 745 铀矿的土壤、地表水体、硐口流出水及区整体北部、西部背景区域进行了样品的采集工作，过程中使用 GPS 对点位进行定。各采样点的相对位置如图 3-1 所示。

图 4-1 蕉坪工区矿山废石堆Fig. 4-1 The uranium waste rock pile of Jiaoping region学角度来看，745 退役铀矿水中 U 和 Th 没有显著的 Pearson 相关合 4.1.1 中所述的区域水基本理化性质，，讨论可以得出 U 与电导率关系，如图 4-2 和图 4-3 所示。120160200conductance( /cm)s
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X753;X131

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