基于多层次集对分析的退役铀尾矿库区浅层地下水污染风险评价

退役铀尾矿库区浅层地下水污染风险评价体系存在不足。根据库区污染物的垂向迁移过程划分3个理想层并逐层进行污染风险分析,整合常用地下水污染风险的评价方法建立评价指标体系。为降低评价系统的不确定性,在采用层次分析法确定各层指标权重的基础上,由指标层确定系统层的综合指数,将该综合指数当作观测值通过直线形测度函数确定系统层未知测度评价矩阵,由此建立了污染风险评价等级与集对分析联系数的对应关系,并进行集对势分析呈现风险态势,构建退役铀尾矿库区浅层地下水污染风险评价体系。通过评价实例验证了构建的退役铀尾矿库区浅层地下水污染风险评价体系可行,评价结果属于中等污染风险等级,且集对势分析结果表明实际系统的污染风险态势较低。

基于海水提铀的多孔芳香框架材料研究进展

多孔芳香框架材料是一类新兴的有机多孔纳米材料,具有稳定性高、比表面积大、易于修饰改性等特点,可以满足多种吸附材料设计的需求。近几年众多学者将修饰改性后的多孔芳香框架材料应用于海水提铀,发现其具有较大的铀吸附量、优异的铀选择性、良好的可循环性等特点。本文综述了近年来基于海水提铀的多孔芳香框架材料的研究进展,首先简要介绍了其合成反应与合成技术,然后分类讨论了与铀的相互作用机理,并评估了多种改性多孔芳香框架材料对铀的吸附性能,分析了其对铀的高选择性和高吸附效率的原因。最后,本文针对目前多孔芳香框架材料在海水提铀中的局限性(多孔芳香框架材料的合成、吸附性能的提高、成本的降低及机理的深层次研究等)为未来设计低成本高性能的多孔芳香框架材料吸附剂提供了几点建议。

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。

包气带对铀尾矿库放射性液态流出物阻隔能力的实验研究

以湖南某铀尾矿库放射性渗滤液为研究对象,将铀酰离子作为特征污染因子,选取其周边有代表性的土层制作两组具有相同含水率的砂柱,研究包气带对铀废液的吸附和阻滞能力及铀酰离子在包气带中的迁移规律.结果表明:1)包气带对铀渗滤液具有较强的阻滞和载蓄作用,可有效延缓其污染地下水的时间;2)包气带对废液的蓄纳过程具有阶段性特征,可分为稳定吸纳和缓慢发育两个阶段,最大吸纳能力为38.20 kg/m^3;3)铀酰离子随着在砂土中迁移深度的增加,浓度逐渐降低.

强降雨下铀尾矿库地下渗流流态及稳定性分析试验研究

为了分析强降雨作用下铀尾矿库地下渗流流态及坝体的渗流稳定性,以中国南方某铀尾矿库为研究对象,结合尾矿坝实际运行情况,根据相似原理建立坝体物理模型,并利用GEO-studio有限元分析软件进行验证和预测。结果表明:在2种降雨量的降水压力作用下,各位移监测点的沉降处于整体下降的趋势;浸润线上升高度并不明显,各水位监测点水位先增大后减小,水位监测点1、点4、点5坝体内部已经出现渗透破坏,水位监测点2、点3未发生渗透破坏;4个位移传感器监测处均出现大幅度的横向位移和沉降,即该铀尾矿坝在2种强降雨条件下的稳定性不能满足要求;数值模拟浸润线略低于物理模型试验,位移数值模拟值与物理模型试验值相近,说明模拟效果良好,有限元模型可用于模拟强降雨条件下铀尾矿坝地下渗流流态及稳定性。

基于灰色关联度和变权理论的地震条件下铀尾矿库群坝安全评价研究

为了解决在极端条件(地震)下尾矿库坝体稳定性的安全评价问题,提出灰色关联度与变权理论相结合的评价模型。以南方某铀尾矿库为例,将10个坝体依据尾矿堆坝坡、抗剪切强度、孔隙度、含水量四个方面进行指标取值;最后,利用灰色关联度与变权理论计算出各坝体稳定性关联度指标并进行排序,结果表明:在南方某铀尾矿库的10个坝中,第一拦水坝(1~#坝)的稳定性最好,初期坝(6~#坝)和战斗坝(5~#坝)的稳定性排在末位。

铀尾砂膏体充填材料的流动性能研究

对不同灰砂比、膏体浓度、减水剂含量的铀尾砂膏体充填材料进行了坍落度试验和粘度试验,并结合CFD方法对铀尾砂膏体充填材料流动性能进行了数值模拟研究。试验结果表明,铀尾砂膏体充填材料满足管道输送的最优配比为:质量浓度75%、灰砂配比1∶5、减水剂含量0.6%～4.4%;最优配比下屈服应力53.96～131.38 Pa,塑性粘度0.866～1.325 Pa·s。数值模拟结果表明,铀尾砂膏体充填材料的管道阻力损失随质量浓度增加呈非线性增大,随流速增加呈线性增大,随管径增加呈非线性减小,随管道弯曲半径增加呈非线性减小。

类铀矿岩材料制备及氡扩散系数测定的实验研究

扩散过程是主导氡在铀矿岩中运移与析出的主要方式。铀矿原岩辐射较大且取样困难,不利于开展有关室内实验。为了解决以上问题,依据相似理论,以某花岗岩为原型,选取石英砂、铀尾砂、水泥、精铁粉和微硅粉等为原材料,制备了3种不同材料配比的圆柱形类铀矿岩试样,并测定了原型和试样的物理力学参数;然后采用密闭腔体法测量了原型和试样在不同包裹方式下的累积氡浓度,推导氡的扩散性能参数的计算公式,通过计算获得了原型和试样的氡扩散长度和扩散系数。实验结果表明:花岗岩原型与所制备的类铀矿岩的颗粒密度、抗压强度、抗拉强度、内聚力和内摩擦角相似比的均值分别为1.09∶1、3.93∶1、4.28∶1、3.47∶1和1.00∶1;花岗岩原型的扩散系数为0.146×10^(-6)m^2·s^(-1),类铀矿岩的扩散系数介于0.114×10^(-6)~0.594×10^(-6)m^2·s^(-1)之间,两者的相似比介于0.25∶1~1.28∶1之间。研究认为所制备的试样3在一定程度上可用来模拟花岗岩型铀矿岩,以满足室内实验的需求。

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_2>UO_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4.1<pH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。

多因素作用对模拟铀矿岩气体渗透率影响的实验研究

空气渗流对铀矿岩氡析出率具有显著影响.为保证试样之间初始条件一致,选取南方某铀尾砂、石英砂为骨料,水泥为胶结料,辅以掺和料(精铁粉、微硅粉)、改性外加剂(早强剂、减水剂)和蒸馏水,基于相似理论及正交实验制备并优选最符合实验要求的模拟铀矿岩试样.通过设计实验方案,综合考虑温度、围压和含水饱和度等影响因素,开展了多因素作用下模拟铀矿岩气体渗透性变化规律的研究.实验结果表明:随着围压、温度和含水饱和度的增大,试样气体渗透率均呈降低趋势;就试样气体渗透率降幅而言,含水饱和度的影响最为明显,围压次之,温度的影响相对较小;含水饱和度、围压与温度在对试样气体渗透率影响时,存在明显的耦合作用.本研究填补了铀矿开采领域在此方面的研究空白.

功能化偶氮杯[4]芳烃羧基衍生物的合成及其对铀的吸附实验研究

以对叔丁基杯[4]芳烃为原料,用对氨基苯甲酸对其上沿进行修饰,获得了一种新型偶氮杯[4]芳烃羧基衍生物功能化材料5,11,17,23-四(4-羧基苯偶氮基)-25,26,27,28-四羟基杯[4]芳烃(p-TTPTA)。采用FT-IR、~1H NMR、SEM和EDS等方法对其进行结构表征,并探讨了吸附时间、溶液pH值、吸附材料用量、铀初始浓度及环境温度等对p-TTPTA吸附铀的影响。结果表明:所合成的p-TTPTA是一种构象稳定、表面粗糙、比表面积较大、能与铀离子配位的化合物;在溶液pH=5、铀初始浓度为20mg/L、p-TTPTA用量为20mg、吸附时间为8h、温度为30℃条件下,p-TTPTA对铀的吸附效果最佳,吸附率达93%,说明p-TTPTA对铀具有较好的吸附性能。

纳米矿晶处理含铀废水的效能与机理研究

以凹凸棒土、海泡石、硅藻土等为原料制备了颗粒状的纳米矿晶(NMC)吸附剂,研究了NMC在不同pH值、NMC用量、吸附时间和铀离子(U(Ⅵ))初始质量浓度对U(Ⅵ)的去除效能的影响。通过扫描电镜、X射线能谱仪、红外光谱等检测手段解析了NMC吸附U(Ⅵ)的机理。研究结果表明:NMC适用于酸性条件下处理含铀废水。当含铀废水pH值、U(Ⅵ)质量浓度、NMC投加量分别为2.0,20.0 mg/L,30℃,7.0 g/L时,废水中U(Ⅵ)去除效率高达97.4%。NMC吸附U(Ⅵ)的过程以化学吸附为主,准二级吸附动力学模型相关系数R^2=0.991。扫描电镜和X射线能谱分析发现,U(Ⅵ)主要吸附在NMC的表面孔内;红外光谱分析结果表明配位、络合、离子交换也可能是NMC吸附U(Ⅵ)的机理,参与的主要基团有-OH,C=O,C-N,NH^+,C-H和Si-OH。

某铀尾矿库坝体渗透破坏力学因素分析及试验探究

由于铀尾矿库坝体尾矿砂的碎散性和多相性,渗流作用下相互接触的土颗粒组成的“土骨架”出现的变形或破坏一直受到高度重视,但对其渗透破坏的影响参数试验研究较少。铀尾矿坝体的粗粒土粒径级配不均匀系数、含水率不同的抗剪强度等是影响临界水力坡降的主要因素。在试验的基础上,通过分析得出铀尾矿砂颗粒均匀且级配良好、含水率为26%~34%的粗粒土渗透破坏坡降,比颗粒不均匀、含水率不佳的粗粒土渗透破坏坡降明显提高的结论。

胺肟修饰MIL-53(Fe)衍生物的制备及其对铀的吸附性能研究

以六水合三氯化铁,2-氨基对苯二甲酸等为原料,通过化学合成法制备出一种新型吸附材料MIL-53 (Fe)胺肟衍生物(MIL-53(Fe)-AO)。通过粉末X射线衍射(PXRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和形貌进行表征。同时考察pH值,铀溶液初始浓度,吸附剂投加量,反应时间与MIL-53(Fe)-AO吸附U(Ⅵ)的关系,并计算动力学参数。研究结果表明:室温25 ℃下,当pH值为5,铀溶液初始浓度为25 mg/L,吸附剂投加量为25 mg,反应1 h后MIL-53(Fe)-AO对铀的吸附率可以达到最大值且该吸附过程符合准二级动力学模型。此外,在多种离子共存的条件下,MIL-53(Fe)-AO表现出对U(Ⅵ)较好的选择性。

不同掺合料及掺量下铀尾矿水泥固化体力学性能及氡析出率测量实验研究

铀尾矿水泥固化过程中,经常会遇到混合不均匀而导致强度较低、氡析出率高等问题。为了改善固化体的性能,在固化体中掺入一些其他固化材料,例如粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰等。通过调整固化体中掺合料的种类、掺量和养护龄期,测试铀尾矿水泥固化体的饱和含水率、力学强度和氡析出率等性能。实验结果表明:单掺粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰时,铀尾矿固化体7 d、14 d和28 d龄期抗压强度、抗拉强度和抗剪强度均有所提高;从力学性能考虑,效果最好的是养护28 d掺量为25%粒化高炉矿渣固化体,其饱和含水率也最低;掺量越大氡析出率越低,但是效果最好的是掺入25%的粒化高炉矿渣,其次是掺入25%的粉煤灰。该研究成果可为今后铀尾矿库退役治理提供理论参考和决策依据。

含水率和干密度对某铀尾砂基质吸力的影响研究

为探究不同水土特性状态下铀尾砂基质吸力变化规律及特性,采用滤纸法在不同含水率和干密度条件下测定了3种铀尾砂的基质吸力,利用Van Genuchten (VG)模型对其水土特性曲线(SWCC)进行拟合,并构建了吸力应力特性曲线(SSCC)。研究结果表明:在高含水量阶段铀尾砂基质吸力随含水率减小而缓慢增加,当含水量小于临界值时基质吸力急剧增大。尾砂颗粒越均匀,孔隙体积越大,其残余含水率越低;在同等含水率下,随着干密度的增大,铀尾砂基质吸力有所提高,但吸力增量会因含水率增加而逐渐减小。1#和2#尾砂吸力应力随有效饱和度增长呈现出先减小后增大的规律,3#尾砂则呈现出先迅速降低后增大且增幅不断变缓的趋势,表明当1#和2#尾砂作为主要筑坝材料时,基质吸力对铀尾矿坝抗剪强度及安全性系数的影响十分有限。

循环爆破荷载作用下类铀矿岩损伤与氡析出规律的实验研究

为了深入研究类铀矿岩在循环爆破荷载作用下的损伤及氡析出规律,首先制作了室内爆破装置,然后依据相似理论,以铀尾砂等为原材料制备了类铀矿岩来代替实际的铀矿岩,在室内制成250 mm×250 mm×200 mm的试块,在试块上设置25个测点,再对试块施加循环爆破荷载,直至试块完全破碎。利用非金属超声波检测仪测量试块每次爆破前后的纵波波速,并换算成对应的损伤值;同时,采用密闭腔体法测量试块爆破后的累积氡浓度,并计算出氡析出率。采用K-Means聚类算法计算出25个测点的权重,进而得到综合损伤变量。研究结果表明,随着爆破次数增加,矿岩损伤呈现出"倒S"形状,且氡析出率与矿岩损伤值的变化具有一致性。该研究可为今后铀矿开采过程中的氡辐射防护和岩体稳定性研究提供参考和借鉴。

基于核磁共振的铀尾砂固化体孔隙特征与氡析出率的试验研究

为了研究不同掺合料及掺量铀尾砂固化体孔隙特征与氡析出率之间的关系,分别采用15%、20%和25%的粉煤灰、矿渣粉或矿渣粉+粉煤灰对铀尾砂进行固化处理。采用核磁共振技术测量固化体试样的孔隙特征,并采用RAD7测氡仪测量试样的累积氡浓度,得出不同固化体试样的氡析出率。结果表明,随着掺合料掺量增加,核磁共振T2分布曲线向左偏移,峰值幅度降低,试样内部孔隙逐渐演化为小孔径孔隙;固化体试样的氡析出率与孔隙度均随掺合料掺量增加而逐渐降低,氡析出率与孔隙度之间呈正相关关系,25%掺量矿渣粉固化体试样的氡析出率与孔隙度最低,分别为0.136 Bq/(m^2·s)和9.83%;掺量相同时,孔隙度与氡析出率最低的为矿渣粉固化体试样,其次为粉煤灰+矿渣粉固化体试样,最后为粉煤灰固化体试样。研究结果可为实际工程中的铀尾砂固化处理提供理论参考依据。

基于灰色预测与演化博弈铀尾矿库无线传感网络路由算法

针对现有的分簇路由无法平衡成簇合理性和信道质量,造成网络负载不均和部分簇成员射频能量浪费的问题,结合铀尾矿库监测环境,提出一种多簇头选择的路由算法(MHSR)。首先建立铀尾矿库监测模型,采用灰色预测法得出放射性核素迁移规律,确定Sink节点位置;然后基于各节点之间的演化博弈理论确定成簇机制,均衡网络负载;并通过信道评级,减小部分信道射频功率,以延长网络寿命。仿真结果表明:MHSR与CCREG、CMIMO相比,在不同的网络大小及节点密度条件下,显著地延长了网络生存周期。

流-固耦合作用下某尾矿库稳定性数值模拟研究

以南方某铀尾矿库为对象,利用COMSOL有限元软件开展某尾矿库在不同降雨强度下的稳定性分析。结果表明:在不同的降雨条件下,尾矿坝最先可能发生溃坝的是基岩与尾矿坝接触的尾端,其次是尾矿坝与基岩接触的地方。同时,随着降雨强度的增大,尾矿坝的稳定性也会随之下降,位移量会增大,溃坝的可能性也会变大。