原地浸出采铀多场多过程耦合动力学数值模拟

原地浸出采铀是一复杂的非线性动力系统,涉及诸多因素与过程的耦合和正负反馈作用。为研究地浸采铀过程中岩石结构力学及其演化规律、岩石变形作用、孔隙度与渗透率的动力演化等对浸出效果的影响,建立了一多因素、多过程耦合的综合动力学模型和模拟方法,并基于Fortran与C++语言编制了1～3维模拟程序。通过对某地浸铀矿床某采区酸化、生产、溶浸末期各阶段的数值模拟,得到各生产时期矿岩中铀的浓度分布,该采区酸化40d后浸出液中铀浓度增加到15mg/L,以及该采区铀5a后基本浸出完毕;在生产末期,浸出液中的铀、酸浓度下降明显,采场区域铀浓度降低到10mg/L,pH升至2左右。数值模拟结果与矿山实际生产情况基本吻合。该模型和程序可应用于地浸采铀的理论研究、矿山设计、生产管理和地下水污染物迁移与复原研究。     

基于地球化学模拟分析杂质矿物对酸法地浸采铀的影响

为探明酸法地浸采铀过程中杂质矿物对铀浸出的影响,以分批浸出试验为基础,采用反应路径模拟探讨杂质矿物对铀浸出机制的影响,利用反应溶质运移模型探讨杂质矿物对铀浸出化学场时空特征的影响。模拟结果表明：方解石、黄铁矿、赤铁矿会与铀矿竞争酸,竞争由强至弱依次为方解石、赤铁矿、黄铁矿,其中黄铁矿在酸浸条件下溶解较弱,但生成的低价硫和亚铁离子能降低溶浸液的Eh值,导致铀浸出减少,赤铁矿在酸浸条件下因耗酸而降低溶浸液的酸度,但又促进黄铁矿的溶解,进而影响铀的浸出;在时间上,杂质矿物会使铀的溶解迁移存在不同程度的滞后,铀的溶解-沉淀旋回周期延长,整个模拟矿层沥青铀矿完全溶解时间更长,铀浸出速率降低;在空间上,杂质矿物会使模拟矿层中铀矿溶解范围减小,铀矿溶解-沉淀旋回过程中沉淀量增加,U（Ⅵ）迁移浸出所需时间延长,浸出铀的迁移累积峰值变化不同。     

尾矿库中U、Th和226Ra在亚粘土层的垂向迁移

在某铀尾矿库运行了31年后,取库底下方的亚粘土样,测量了从库底迁移的U、Th和226Ra的比活度分布.为研究其迁移规律,还测量了尾矿的颗粒分布、不同颗粒尾矿中核素的比活度和浸出因子、核素在亚粘土层的分配系数等参数,并采用一维对流弥散模式拟合得到核素在亚粘土层中比活度分布曲线.结果表明,矿泥是尾矿中的主要成分,其中的核素比活度高于矿砂;而浸出因子则低于矿砂.库底下方天然的和建库时人工铺垫的亚粘土层对三种核素具有较强的吸附滞留能力,从而有效地减少了核素的垂向迁移;U、Th和226Ra在亚粘土中的分配系数分别为62、1.3×103和9.8×102 mL/g,在库底下方核素比活度降到本底水平的距离,U为1.2 m,Th和226Ra为0.2 m.     

基于GMS的某铀矿地下水中铀迁移模拟

为了掌握某地浸铀矿地下水中铀的迁移状况,结合某地浸铀矿的地质条件和相关参数,建立了此地浸矿的三维水流模型和地下水水质迁移模型。通过应用GMS软件数值模拟软件,模拟某地浸铀矿采区地下水中铀的运移范围和运移规律,通过模拟结果,发现铀的迁移随地下水流场的影响较大,在低水头区域有浓度富集现象的存在。模拟1、5、10、20年后,区域内的铀浓度逐渐趋向稳定,模拟结果可以铀矿地下水污染防治提供数据依据。     

吸附沉淀法处理含铀废水试验研究与应用

随着环保监管要求的逐步提高,原有的树脂吸附-石灰沉淀法满足不了新的排放要求,现对"717"树脂吸附-钙盐沉淀法进行改进性试验研究及生产应用。结果表明:三台"717"树脂吸附塔串联可将含铀废水铀含量由100 mg/L降至50μg/L以下,吸附效率可达99.9%以上;控制反应时间为30分钟、氢氧化钙投加量为30 kg/m3、氯化钙加入量为5 kg/m3时,氢氧化钙—氯化钙沉淀法能将废水中氟离子浓度由700 mg/L降至10 mg/L以下;通过生产应用试验,采用氢氧化钙—氯化钙沉淀法处理吸附尾水,具有较好的沉淀效果,排放废水中的铀、氟浓度均能满足排放要求及标准。     

钙-铀-碳酸络合物对红土吸附铀性能的影响

采用静态实验法研究了钙-铀-碳酸络合物对红土吸附铀性能的影响。结果表明:溶液的pH值、总碳酸和钙离子浓度增大会抑制红土对铀的吸附,当pH=7.0,红土投加量为1g/L,钙离子、总碳酸根和初始铀浓度分别为0.4mmol/L、3.8mmol/L和50mg/L时,红土对铀的最大吸附容量约为4.20mg/g。铀在红土上的吸附形态为UO2(CO3)2-2、UO2(CO3)4-3和UO2CO3(aq)。利用铀-碳酸络合物总量c(UCO3)T可预测红土吸附铀的容量qe,c(U-CO3)T与qe呈非线性关系,其方程为qe=18.2(c(UO2+2)·c(CO2-3)(K1+K2c(CO2-3)+K3c2(CO2-3)))0.36。该研究成果可为铀污染土壤的修复和治理提供技术和理论参考。     

某铀尾矿区植物组成及其对铀的积累作用研究

分析研究了某铀尾矿区植物资源,并对这些植物的铀积累作用进行了研究。结果显示,该尾矿区污染土壤上植物群落较简单,共有高等植物31种,隶属12科,其中：禾本科最多,12种;其次是菊科植物,5种;凤尾蕨科和莎草科植物各3种;其他科各1种。1年生或多年生草本植物有28种,占总数的90.3%,其他3种为灌木或小乔木。对这31种植物进行了铀含量测定,结果发现,铀富集量在200 mg/kg以上的植物有14种,占总数的45%,其中富集量在600 mg/kg以上的有3种,分别是水莎草、牧草、小飞蓬。植物体内铀迁移系数大于1的有9种,其中燕麦、牧草、鼠曲草、青蒿中铀的迁移系数较大。这31种植物中,可考虑将水莎草、牧草作为超富集植物应用于铀污染土壤的修复,小飞蓬、盐肤木、枸骨、燕麦、鼠曲草、碎米莎草、龙葵等对铀污染土壤的修复具有潜在应用价值,可进一步研究。     

水生植物大薸和凤眼莲对水中铀的去除

通过室内水培和静态吸附实验,研究了铀矿区土著水生植物大薸(Pistia stratiotes L.)和凤眼莲(Eichhornia crassipes)对真实铀矿坑水和不同铀浓度水中铀的去除能力。结果表明:干体大薸和凤眼莲根系以1g/L(干重)的比例投加至铀矿坑水(ρ0(U)=1.93mg/L,pH0=7.83)中,1h后,矿坑水中铀去除率分别达58%和48%,5d后铀质量浓度降至0.3mg/L以下;活体大薸和凤眼莲对水体中铀的去除作用主要集中在第1d内,单株鲜重约为400g左右的活体大薸在10min内可以将1Lρ0(U)=0.045~4.5mg/L的水体中铀质量浓度降至30μg/L以下,符合世界卫生组织建议的饮用水标准;单株鲜重约为400g左右的活体凤眼莲在1d内可以将1Lρ0(U)=0.5~4.5mg/L的水体中铀质量浓度降至国家标准(GB 23727—2009)规定值(0.05mg/L)以下。     

不同地浸采铀工艺主要元素迁移强度与饱和状态研究

针对新疆某铀矿床矿石碳酸钙含量高的特点，为掌握酸法、碱法及CO₂+O₂中性3种原地浸出采铀工艺条件下主要元素的迁移强度和矿物饱和状态，开展了3种工艺条件下的室内及现场浸铀对比试验，并应用水文地球化学原理对碳酸钙与硫酸钙的饱和指数进行了计算。结果表明，酸法浸出时U、Ca、Mg、Al、Fe的迁移强度高于碱法及中性时的；碱法与中性浸出时，U的迁移强度基本相同，中性浸出Ca、Mg的迁移强度大于碱法，两种工艺下Fe、Al的迁移强度均弱于U、Ca、Mg。中性浸出时，硫酸钙始终未发生沉淀，pH值控制在6.6以下时，碳酸钙不会发生沉淀；碱法浸出时，碳酸钙不可避免地会发生沉淀；酸法浸出时，硫酸钙不可避免地会发生沉淀。对于该矿床，CO₂+O₂中性浸出工艺为首选，控制pH值在6.6以下可有效避免碳酸钙沉淀，确保铀正常浸出。     

铀水冶废渣氯化焙烧强化预处理提铀工艺研究

针对某铀水冶企业生产过程中产生的废渣(铀品位12.000%)浸出效果不佳、铀回收率低、至今尚未回收利用的现状,开展了低温氯化焙烧强化预处理-硝酸浸出试验研究,考察了焙烧温度、氯化钠添加量、焙烧时间、样品粒度等因素对铀浸出行为的影响。结果表明：在氯化钠添加量为样品量的20%、焙烧温度200℃、焙烧时间2 h、硝酸浓度7.4 mol/L、浸出温度80℃、浸出时间2 h的条件下,铀浸出率达到95.97%,与传统酸浸工艺相比,提高了19.52%。物相分析结果表明：经过氯化钠焙烧预处理后的废渣比表面积和孔隙率明显增加,促进了铀的解离,加大了铀与酸的接触面积,从而使得铀浸出率大幅提升。该工艺为铀水冶工艺废渣的回收利用提供了技术支撑。     

铀尾矿废渣回填治理区植物中铀放射性水平调查

为了解北方某铀矿尾渣回填区内放射性核素铀在植物体中富集情况,为进一步探讨利用植物修复技术对铀矿区进行土壤修复的可行性,以及寻找放射性核素污染土壤治理的方法提供理论依据,采集矿区内堆浸工位与矿区外尾渣回填治理区常见植物样本,采用ICP-MS测定植物和土壤中放射性铀水平,针对植物对铀的耐受性和富集能力进行评估,筛选出富集能力较强的植物,进一步探索利用植物修复技术对放射性废物治理。结果表明,经对采集的植物中铀含量检测发现植物的地下部分铀含量高于地上部分,铀主要集中在根部,植物各部位铀含量由高到低分别为根、叶、茎。矿区内堆浸工位处的大籽蒿根部铀活度为 64.26 Bq/kg;在矿区外尾渣回填区同一植物根部铀活度为0.86 Bq/kg。所调查的北方某铀矿尾渣回填区内所采集的植物中铀含量极低,远小于矿区内堆浸工位所采植物样品中铀含量。深埋回填铀矿尾渣是切实有效可行的。     

Interaction between uranium and humic acid （Ⅰ）： Adsorption behaviors of U（Ⅵ） in soil humic acids

The adsorption behaviors of uranium on three soil humic acids (HAs), which were extracted from soils of different depths at the same site, were investigated under various experimental conditions. The adsorption results showed that U(Ⅵ) in solutions can be adsorbed by the three soil HAs, with the order of FHA (HA from 5 m depth of soil) >SHA (HA from the surface) >THA (HA from 10 m depth of soil) for adsorption efficiency in each desirable condition, and the adsorption reached equilibrium in about 240 min. Although the maximum adsorption efficiency was achieved at a suitable uranium concentration (10 mg·L-1 U(Ⅵ) for SHA and THA, 20 mg·L-1 U(Ⅵ) for FHA), the adsorption could be described with Langmiur isotherm or Freundlich isotherm equation. The L/S (liquid/solid, mL/g) ratio and pH were important factors influencing the adsorption in our adsorption system besides uranium concentration. The adsorption efficiency decreased with the increase of the L/S ratio and pH at the pH range of 2.0-3.0 for SHA and THA or 2.5-6.0 for FHA. However, no significant difference in adsorption of U(Ⅵ) was observed at the experimental temperature. All the results implied that humic substances have different characteristics in samples even collected at the same site.     

地质特种水泥对模拟含铀废液的静态吸附动力学研究

针对含铀废液这类具有放射性的特殊废液,本实验选用养护28 d、粒径为200-220μm的水泥颗粒作为吸附剂,通过改变吸附时间t以及pH值,获得地质特种水泥对含铀溶液的静态吸附规律。实验结果表明,地质特种水泥对不同浓度含铀溶液(20 mg·L~(-1)、30 mg·L~(-1)、40 mg·L~(-1))的静态吸附均在第1.5 d基本达到吸附平衡,最大吸附量(q_e)分别达到40.257 mg·g~(-1)、60.423 mg·g~(-1)、80.386 mg·g~(-1),最终静态平衡吸附率高达99.95%;保持铀溶液浓度一定(30 mg·L~(-1)),改变吸附体系的pH值(5、7、9),地质特种水泥对U(Ⅵ)的吸附率均可达到99.50%,无显著差异。以上结果表明,在本实验设定的环境条件下,地质特种水泥对U(Ⅵ)有极强的吸附能力,且其吸附效果基本不受含铀溶液浓度和pH值的影响。同时,静态吸附动力学模型研究表明,伪二级动力学模型能很好地描述地质特种水泥静态吸附铀的全过程(t=0-41 d),其相关系数R~2高达99.99%,表明地质特种水泥对U(Ⅵ)的吸附机理为:吸附速率按照与吸附驱动力(q_e-q_t)的平方呈正比关系进行演变。     

影响地浸采铀的矿层渗透因素

通常认为砂岩型铀矿含矿层的渗透性是地浸开采技术是否可行的重要条件。因此,研究地浸采铀的可行性和提高砂岩型铀矿含矿层渗透性成为重点。系统探讨了影响砂岩型铀矿含矿层渗透性的主要因素,即:碳酸盐、黏土矿物、夹层、隔层、地下水矿化度等。这为进一步研究砂岩渗透性提供了依据,同时对地浸采铀的浸出率和资源回收率也有着重要的理论意义和实际价值。     

新型磁性螯合聚合物的合成及其对铀吸附性能的研究

合成了一种新型的、具有高吸附量和机械强度且易于分离的双偕胺肟基聚合物/Fe₃O₄@SiO₂吸附剂,通过静态吸附实验,研究了pH值、固液比、吸附时间、溶液初始浓度等因素对吸附剂吸附铀的影响,并探讨了吸附过程的热力学和动力学。结果表明,吸附剂对铀的吸附量随吸附剂用量、吸附时间及铀酰离子初始浓度的增加而增加,但当这些因素达到一定值时,吸附达到平衡。最佳吸附条件为：pH=5、固液比为0.6 g/L、吸附时间为90 min、铀溶液初始浓度为100 mg/L,在此条件下其饱和吸附量可达到160 mg/g。吸附剂对铀的吸附遵循Langmuir等温吸附线,符合准二级动力学方程。     

聚丙烯腈/氧化石墨烯的偕氨肟化复合材料的制备及其对铀的吸附行为

合成了一种新型的具有高吸附量和较好吸附选择性的聚丙烯腈/氧化石墨烯的偕氨肟化复合材料(■-AO/GO)吸附剂,采用XRD、红外光谱对■-AO/GO进行了表征,通过静态吸附实验研究了pH值、固液比、吸附时间、铀溶液初始质量浓度等因素对吸附剂吸附铀的影响,并探讨了吸附过程的热力学和动力学。结果表明,吸附剂对铀的吸附量随吸附剂用量、吸附时间及铀酰离子初始浓度的增加而增加,但当这些因素达到一定值时,吸附达到平衡。在pH=5、固液比0.6g/L、吸附时间60min、铀初始质量浓度150mg/L的最佳吸附条件下,■-AO/GO对铀的吸附量达237mg/g。■-AO/GO对铀的吸附遵循Langmuir吸附等温线,说明■-AO/GO对铀的吸附属于单层吸附。■-AO/GO对铀的吸附较好地符合准二级动力学模型,表明吸附主要为化学吸附过程。     

放射性核素迁移的包气带-饱和带耦合模拟研究

为了使地下水环评结果更加真实,通过试验和拟三维方法数值模拟开展包气带-饱和带耦合模拟工作。为进一步说明包气带对核素迁移的迟滞(延迟和滞留)作用,开展了不考虑包气带的模拟并与耦合模拟结果对比。结果表明:(1)由于包气带对核素迁移的迟滞作用,吸附性较强的Se-79、Pd-107、Cs-135和Sn-126迁移至潜水面处的浓度远小于泄漏的放射性液体核素浓度,所致公众食入年待积有效剂量已小于剂量限值0.1 mSv,只有吸附性较弱的C-14所致公众食入年待积有效剂量大于0.1 mSv,需进行耦合模拟;(2)C-14在对流作用下不断向下游迁移,在弥散作用下污染范围逐渐增大,在地下水稀释及衰变、吸附作用下浓度逐渐降低。通过耦合模拟得到的地下水中放射性核素所致公众食入年待积有效剂量小于剂量限值0.1 mSv;(3)包气带对核素迁移的迟滞作用使地下水中C-14的浓度大大降低、迁移距离明显变小:地下水中C-14峰值浓度在考虑包气带时为2.15 Bq/L,不考虑包气带时为9.4×10⁴ Bq/L;事故发生后第1、5和10年,考虑包气带时C-14迁移距离分别为1.5 m、4 m和4.2 m,不考虑包气带时分别为3 m、12 m和17 m。     

偕胺肟基改性碳纳米管对铀的吸附性能研究

对多壁碳纳米管（MWNTs）进行偕胺肟基改性,采用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）进行表征,研究了改性前后MWNTs在不同条件下对铀的吸附性能。结果表明,在pH=2～8的范围内,未改性的碳纳米管（raw-MWNTs）与偕胺肟基改性碳纳米管（AO-MWNTs）对铀的吸附容量均是先增大后降低,pH值为5时达到最大。随着铀初始浓度的增大,raw-MWNTs和AO-MWNTs对铀的吸附容量逐渐升高。当铀初始浓度为10 mg/L时,AO-MWNTs对铀振荡吸附30 min后达到平衡,吸附容量可达18.93 mg/g,而raw-MWNTs对铀振荡吸附60 min后趋于稳定,吸附容量可达9.59 mg/g。AO-MWNTs对铀的吸附符合Langmuir和Freundlich模型,最大理论吸附容量为106.38 mg/g。     

Interaction between uranium and humic acid (Ⅰ): Adsorption behaviors of U(Ⅵ) in soil humic acids

The adsorption behaviors of uranium on three soil humic acids (HAs), which were extracted from soils of different depths at the same site, were investigated under various experimental conditions. The adsorption results showed that U(Ⅵ) in solutions can be adsorbed by the three soil HAs, with the order of FHA (HA from 5 m depth of soil) ＞SHA (HA from the surface) ＞THA (HA from 10 m depth of soil) for adsorption efficiency in each desirable condition, and the adsorption reached equilibrium in about 240 min. Although the maximum adsorption efficiency was adsorption could be described with Langmiur isotherm or Freundlich isotherm equation. The L/S (liquid/solid, mL/g)ratio and pH were important factors influencing the adsorption in our adsorption system besides uranium concentration. The adsorption efficiency decreased with the increase of the L/S ratio and pH at the pH range of 2.0-3.0 for SHA and THA or 2.5 - 6.0 for FHA. However, no significant difference in adsorption of U(Ⅵ) was observed at the experimental temperature. All the results implied that humic substances have different characteristics in samples even collected at the same site.