某铀矿勘探遗留设施退役整治覆土试验研究_刘自超.pdf

2021年第1期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-05-14修回日期 2020-05-14 第一作者简介 刘自超 （1989-） ， 男 （汉族） ， 四川成都人， 工程师， 现从事放射性地球物理勘查工作。 某铀矿勘探遗留设施退役整治覆土试验研究 刘自超*， 滕飞飞， 刘文涛 （安徽省核工业勘查技术总院， 安徽 芜湖 241002） 摘要 铀矿地质历史遗留勘探设施的退役治理工作主要是对废 （矿） 石堆等放射性污染较大的场址 进行覆土治理。以一典型军工铀矿勘探后遗留的废 （矿） 石堆作为覆土试验研究对象， 根据试验结果 掌握覆土厚度与氡析出率的变化关系， 依据相关规范限值、 土地复垦厚度及生态环境保护等综合因 素， 确定本试验场地的退役治理工程最佳综合覆盖厚度为115cm。本次试验研究成果可为浙皖地区 类似地质条件下铀矿地质历史遗留勘探设施的退役整治提供参考。 关键词 放射性； 铀废石渣堆； 氡析出率； 退役 中图分类号 P57 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202101-0005-03 1概述 20世纪70、 80年代我国进行了大量的铀矿勘探， 现如今遗留了许多铀废 （矿） 石堆， 这些场地普遍具有 较高的放射性， 且源源不断地向大气中释放出氡气对 当地公众造成长期的辐射危害， 急需进行退役整治。 目前国内外铀废 （矿） 石堆退役实践中对其进行覆 盖治理是最理想的措施之一， 不仅能有效降低氡析出， 同时还能屏蔽γ辐射、 防止地表水及降雨侵蚀及风蚀、 减少降水入渗等影响。在 “十三 五” 期间仍有大量的 铀矿地质军工历史遗留勘探设施需做退役治理工作， 因此， 在退役整治前有必要对铀矿地质系统退役治理 的覆盖层进行进一步的优化研究， 使覆盖治理方案的 效果最优、 费用最省， 并且长期安全有效， 为更好地开 展铀矿地质勘探设施退役治理工作做好技术支撑。 2试验方法与程序 2.1主要测量仪器与方法 （1） γ辐射空气吸收剂量率 采用AT1123型X、 γ辐 射剂量仪按照 环境地表γ辐射剂量率测定规范 进行 测量。 （2） 地表氡析出率 采用RAD7测氡仪及配套的集 气罩遵循 地表氡析出率测定 积累法 测定氡析出率。 氡析出率和γ辐射空气吸收剂量率测量采用梅花 形布点法在试验场地均匀布设5个测量点， 并计算平均 值。 2.2覆土试验程序 覆土试验采用如下程序 （1） 选取地表氡析出率和γ辐射空气吸收剂量率相 对较高的场地进行覆土试验； （2） 测量场地的氡析出率和γ辐射空气吸收剂量 率， 标定好测量的点位， 记录好测量的时间。后续对应 的测量点位和测量时间应该和第一次测量的点位、 时 间相一致； （3） 在试验场地上进行覆土20cm， 进行夯实放置 一周后再进行γ辐射空气吸收剂量率和场地氡析出率 测量； （4） 在 （3） 之后， 将试验场地再次覆盖20cm土壤， 在相同的时间和条件下重复 （3） 的测量工作； （5） 按照 （3） 和 （4） 不断地进行测量， 直至地表氡析 出率达到本底或略高于当地本底范围。 3试验结果 3.1试验场地及土源地的选择 3.1.1试验场地选择 选择γ辐射空气吸收剂量率、 地表氡析出率相对较 高且地势相对平坦的某铀矿点遗留废 （矿） 石堆， 面积 约10m10m的场地作为本次覆土试验研究对象。 3.1.2试验覆盖土源地选择 市场是覆盖材料种类繁多， 可选择性很大， 目前国 内外铀矿地质勘探设施退役整治普遍选择土壤作为覆 盖材料， 且能取得较好的结果。覆盖土壤的性质对退 役治理效果有很大影响， 应当选择氡扩散系数小、 氡渗 5 2021年第1期西部探矿工程 透性能差、 放射性核素及有害元素低的土壤， 方能达到 较为满意的治理效果。本试验在综合考虑土壤质量、 退役治理工程土壤用量及土源地交通便利等条件， 选 择了与试验场地较近的土源地， 并对土源地土壤进行 了测量分析。拟取土土源地为粉质粘土， 其他相关参 数见表1。 γ辐射剂量率 （nGy/h） 范围 148～237 均值 192 氡析出率 ［Bq/ （m2s） ］ 范围 0.12～0.26 均值 0.17 226Ra （mg/kg） 范围 69.2～83.1 均值 74.3 U天然 （mg/kg） 6.3 土壤干密度 （g/cm3） 1.61 平均含水率 （） 21.6 表1土源地土壤相关参数 3.2试验结果 3.2.1试验测量结果 本次覆土试验时间为2017年5～6月， 每次测量时环 境条件、 覆盖土壤压实度等参数基本一致， 并忽略其对测 量结果的影响。不同覆土厚度试验测量数据结果见表2。 覆土厚度 （m） 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 γ辐射剂量率 （nGy/h） 1187 595 372 314 293 274 氡析出率 ［Bq/ （m2s） ］ 1.57 1.24 0.95 0.71 0.59 0.44 表2覆土试验测量结果 3.2.2覆土厚度与抑制场地 222Rn析出率的关系 根据IEAE 333号出版物结论， 覆盖厚度与氡析出 存在如式 （1） 的关系 XB ln （Jt/Jc） A（1） 式中 X试验覆土厚度， m； B、 A线性回归中的斜率和截距， m； Jt覆土前的平均氡析出率， Bq/ （m2s） ； Jc覆土后的平均氡析出率， Bq/ （m2s） 。 所以， 以ln （Jt/Jc） 为自变量， 覆土厚度X为因变量， 根据表2试验测量数据结果， 如图1所示， 拟合得出覆 土厚度与场地氡析出率的回归方程如下 X0.781 ln （Jt/Jc） 0.009（2） 拟合相关系数r0.998。 3.2.3覆土厚度与γ辐射空气吸收剂量率的关系 覆土厚度与γ辐射空气吸收剂量率关系如图2所 示， 根据γ射线在屏蔽材料中的减弱规律， 覆土厚度与γ 辐射空气吸收剂量率的关系式为 X△1/2log2（Ht/Hc）（3） 式中 X屏蔽γ辐射需要覆盖的压实后的覆土厚度， m； △1/2半值层厚度， 即γ辐射剂量率减弱一般所 需的覆盖厚度， 根据表2覆盖实验数据计算出本次试验 项目的半值层厚度约为0.20m； Ht、 Hc覆土前、 后的γ辐射空气吸收剂量率平 均值。 3.3覆土厚度的确定 覆土厚度的确定需综合考虑场地氡析出率、 地表γ 辐射空气吸收剂量率限值、 土地复垦厚度及自然生态 环境等综合因素确定。 根据 铀矿地质辐射环境影响评价要求 的规定， 退役处置后， 氡析出率不应超过0.74Bq/ （m2s） ， 吸收 剂量率扣除本底后不超过174nGy/h。根据覆土厚度 与场地氡析出率的回归方程拟合公式 （2） ， Jc取管理限 值为0.74Bq/ （m2s） 进行计算， 确定其为设计覆土的厚 度为 60cm。结合γ辐射空气吸收剂量率试验测量数 据， 仅就本试验场地的退役治理工程， 覆土厚度在 图1覆土厚度与覆土前、 后氡析出率 比值的自然对数拟合结果 6 2021年第1期西部探矿工程 60cm时， 已经满足 铀矿地质辐射环境影响评价要求 中γ辐射空气吸收剂量、 氡析出率指标限值要求。 为恢复自然生态环境， 打造青山绿水及减少风蚀和 大气降水的淋浸等自然因素的影响， 根据 土地复垦技术 标准 满足植被恢复 （草灌木） 所需的最小覆土厚度为 35cm， 以及以往的设计和工程施工经验为了防止植物根 系和动物侵入对废 （矿） 石堆覆盖层的破坏， 在覆盖层上 部铺设生物阻挡层， 结合当地实际情况， 确定铺设厚度 20cm的砂卵石层。因此， 确定该军工铀矿地质勘探设施 遗留废 （矿） 石堆退役整治多层覆盖综合厚度为115cm。 4结论 （ 1 ） 土源地土壤γ辐射空气吸收剂量率、 土壤氡析出率 及土壤特征参数等处于当地天然环境本底水平， 适宜用 作后期军工铀矿地质勘探设施退役治理工程覆盖材料。 （2） 在进行正式退役整治工程施工前应对各铀矿地 质勘探设施源项进行调查， 根据场地γ辐射空气吸收剂量 率、 氡析出率指标结合管理限值计算出最佳覆土厚度。 （3） 覆土试验表明， 覆土厚度X与覆土前、 后氡析 出率比值的自然对数ln （Jt/Jc） 之间呈显著线性相关， 试 验得出方程X0.795 ln （Jt/Jc） -0.004结果可用。该试 验结果可为浙皖地区类似地质条件下铀矿地质历史遗 留勘探设施的退役治理覆盖设计提供参考。 参考文献 [1]张露， 吕彩霞， 盛青， 等.铀矿地质勘探设施退役整治若干问 题探讨 ［J］ .铀矿冶， 2013 （4） 212-215. [2]潘英杰， 徐乐昌， 薛建新， 等.国外铀矿冶设施的退役治理 ［J］ .铀矿冶， 2012 （2） 92-95. [3]邓文辉， 周星火， 吴桂慧.我国铀矿冶废石、 尾矿场覆盖厚度 确定方法中几个问题的探讨[J].铀矿开采， 2000， 24 （3-4） 23-28. [4]马盼军， 王哲， 易发成， 等.某铀尾矿库周边土壤中铀元素的 空间分布与污染评价[J].原子能科学技术， 2017， 51 （5） 956-960. [5]潘永， 刘泽华， 谭凯旋， 等.铀尾矿氡析出率的测量探讨[J].现 代矿业， 2009 （468） 67-70. [6]Anon.Measurement and Calculation of Radon Releases from Uranium MillTailings[R].Technical Reports Series No.333.Vi- ennaIAEA，1992. 图2γ辐射空气吸收剂量率随覆土厚度变化曲线 （上接第4页） 社会关注问题， 就是废浆未得到充分利用， 而是当作废 物存放， 这种处置方法当然不可持续。工程废浆的处 置方式应与当地产业特点相结合， 鼓励对废浆进行多 元化利用， 鼓励对废浆中的成分进行分类利用， 只有形 成完整产业链才能保证废浆处置可持续， 这方面要通 过政府引导、 企业主导、 社会共同参与才能解决。 （3） 提高对废浆的认识 国内有许多地区对废浆的 处置很重视， 甚至成立了专门职能管理部门， 他们很重 视废浆产量、 运输、 结算等管理方面， 关注其他地区的 成功管理模式， 对废浆综合利用很少关注。主要原因 是管理者或决策者对废浆缺乏全面认识， 更谈不上合 理利用， 故加强对本地区的废浆的研究显得十分必要。 参考文献 [1]唐大雄， 孙愫文.工程岩土学[M].北京地质出版社， 1990. [2]武亚军， 陆逸天， 牛坤， 等. 药剂真空预压法处理工程废浆试 验[J]. 岩土工程学报， 20168 1366-1367. [3]李健鹰.泥浆胶体化学[M].石油大学出版社， 1988. [4]胡承雄， 马华滨. 京沪高铁废弃泥浆处理现场试验[J].铁道 劳动安全卫生与环保， 20093112-115. [5]骆嘉成.钻孔桩废弃泥浆固液分离工艺 中国， ZL 2010 1 0193605.9. [P]. 2013-04-10. [6]武亚军， 骆嘉成.一种处理工程废浆的药剂真空预压法 中 国， ZL 2015 1 0322445.6. [P].2017-06-13. [7]刘建华， 侯世全.废弃泥浆无害化处理技术研究进展[J].铁道 劳动安全卫生与环保， 2009110-12. [8]A.Rushton，A.S.Ward，R.G.Holdich.固液两相过滤及分离技术 [M].北京化学工业出版社， 2005. [9]李风亭， 张善发.混凝剂与絮凝剂[M].北京化学工业出版社， 2005. [10]王维一， 丁启圣.过滤介质及其选用[M].北京中国纺织出版 社， 2008. 7