铀尾砂固化体物理力学特性及降氡效果的实验研究

发布时间：2020-04-03 03:16

【摘要】：铀尾砂是铀矿石经过固液分离或萃取等一系列复杂工艺后形成的,一般贮存在铀尾矿库中。铀尾矿库中含有的废物量巨大、物质种类多且毒性高,其中近30%的核素为长寿命核素。铀尾砂与重金属元素可通过空气、生物和水等方式迁移和扩散,这些核素将给自然环境带来潜在辐射危害。某铀尾矿库滩面主要通过真空预压法和水泥搅拌桩法进行治理,但上述方法在局部区域无法实施。因此,为了保证该铀尾矿库退役治理的安全性和可靠性,仍需选择添加化学固化剂来进行固化处置。对于中低放射性废物,目前主要采用水泥固化技术,也取得了较好的效果,但纯水泥固化有增容和经济成本较高等缺陷。本文选用高炉矿渣、粉煤灰、生石灰和水泥共同固化铀尾砂,因为前三种材料与水泥一样在固化过程中可以水化生成胶凝物质和膨胀性水化物,这样可以减少水泥用量,降低工程造价。本文分别将高炉矿渣、生石灰、和粉煤灰三种材料分别与水泥、铀尾砂按照一定质量百分比混合后进行固化研究,对不同配比的铀尾砂固化体的物理性能参数、力学性能参数和降氡效果等进行了较为系统的研究。实验结果得出掺有高炉矿渣的固化效果最佳,具体内容包括:(1)对某铀尾矿库内铀尾砂的理化特性进行了测定,包括:化学组成、物相分析、微观形貌和能谱分析、含水率、粒径分布以及γ剂量率等。通过查阅相关文献,综合分析确定选用高炉矿渣、生石灰和粉煤灰这三种材料作为固化铀尾砂的基料,配合水泥使用。(2)将三种材料分别与水泥等比例混合后,以15%、20%和25%的掺量掺入铀尾砂中,通过配料、搅拌、装料、振捣、脱模和养护后制备70.7×70.7×70mm、Φ50×100mm、Φ50×25mm和150×150×150mm的试样;对掺有三种材料的固化体试样进行了物理参数(包括微观形貌和渗透系数等)、力学参数(抗压强度、抗拉强度和抗剪强度)和降氡效果的实验研究。(3)与铀尾砂原状砂相比,同种掺量下高炉矿渣试样胶结程度最佳,其次是粉煤灰试样,最差的为生石灰试样;固化后的高炉矿渣2号试样、高炉矿渣3号试样、生石灰3号试样、粉煤灰2号试样和粉煤灰3号试样的渗透系数值比铀尾砂原状砂5.58×10-3cm·s-1和铀尾砂筑坝的现场测定值小,均达到0.136×10-3cm·s-1;高炉矿渣2号试样、高炉矿渣3号试样、粉煤灰2号试样、粉煤灰3号试样和生石灰3号试样均达到退役治理的抗压强度要求,同时同种掺量下试样的抗压强度(抗拉强度和抗剪强度)值从大到小依次为高炉矿渣试样、粉煤灰试样和生石灰试样,而且得出固化体试样的抗压强度值是抗拉强度的8-10倍,是抗剪强度的3-5倍。(4)本文基于小波理论,对测得的累积氡浓度值进行降噪处理后重新获得氡析出率、氡扩散长度和氡扩散系数值。结果表明:降噪后拟合斜率的相关系数从降噪前的0.90-0.94提高至0.96以上,各试样氡析出率、扩散长度和扩散系数值分别增大0.0002Bq·m-2·s-1、0.06m和0.008×10-6m2·s-1。采用小波理论进行降噪处理可提高氡析出率、扩散长度和扩散系数的准确度,同时为本文铀尾砂固化降氡效果提高说服力。本研究中取得的相应成果可为铀尾矿库退役治理提供技术参考。
【图文】：

研究路线图

微观形貌,铀尾矿库,滩面,尾矿库

含水率、微观形貌与能谱特征，为铀尾砂的固化实验提供基础。2.1 铀尾砂来源铀尾矿样品采自某铀尾矿库，如图 2.1 所示。随着水冶厂生产时间的延长，尾矿贮存量逐渐增加，所需要贮存尾矿的容积将越来越大，由最初的初期坝单面放矿筑坝，改为由初期坝和拦水坝双面放矿筑坝，随后又与第二尾矿库联合使用逐渐形成了周围放矿堆坝的平地型尾矿库。尾矿库周围共有*个坝段，均采用尾矿堆筑坝体。尾矿库堆积坝顶以内的滩面面积为***km2，其中尾矿周圈全长约*km，堆积坝体总长为*km，占库总周长的 77%，尾矿库占地面积约***万 m2，由*个坝段与*个丘陵山头围拦而形成“平地型尾矿库”，库内贮存了**t 铀尾矿是目前矿冶系统最大的尾矿库。铀尾砂主要为粒状土黄色，，中间夹有黑色颗粒，如图 2.2 所示。将所采集的铀尾砂置于鼓风干燥箱内进行烘干后装样备用。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD926.4

【参考文献】