铀尾矿库放射性核素迁移转化的生物-地球化学耦合动力学研究

Environmental remediation is needed because large amounts of tailings have been produced which contained radioactive elements such as uranium,radium and thorium during the process of uranium mining and hydrometallurgy. Studying the migration and transformation law of the radionuclide in uranium tailing is the scientific premise which to develop the management of the tailings pond and environmental remediation. The project take the tailings pond of uranium mine in Shaoguan, Guangdong as study objects system research the occurrence distribution laws of radionuclide in tailing, which main study the geochemical process effect on migration and transformation of the radionuclide, and the interacting influence between radionuclide and microbe species,quantity, distribution, activity conditions, and microbe's effect on migration and transformation of radionuclide, and kinetic mechanism. And main plant's effect on migration and transformation of radionuclide, the distribution and enrichment law and transfer mechanism of radionuclide in plant, establishing the coupling dynamic model of biological - geochemical of migration and transformation of the uranium tailing radionuclide, and research the dynamic process of radionuclide and other pollutants migration and transformation, various dynamic influence factors and dynamic mechanism were also the aim of the research. The research of this project provide scientific basis for thorough understanding of the migration and transformation mechanism of radioactive pollutant of uranium tailing impoundment, and management and environmental remediation of uranium tailings impoundment.

在铀矿开采和水冶过程中，产生了大量的尾矿并含有铀、镭、钍等放射性元素，需要进行环境修复。研究铀尾矿中放射性核素迁移转化规律是开展尾矿库管理和环境修复的科学前提。本项目以广东韶关地区铀矿山的尾矿库为研究对象，系统研究尾矿中放射性核素的赋存分布规律，主要地球化学作用对放射性核素迁移转化的影响；尾矿库中微生物种类、数量、分布特征、活动条件及与放射性核素的相互作用，微生物对放射性核素迁移转化的影响、动力学机理；主要植物对放射性核素迁移转化的影响，放射性核素在植物中的分布富集规律与转移机理；建立尾矿库放射性核素迁移转化的生物-地球化学耦合动力学模型，研究放射性核素等污染物的迁移转化的动力学过程、各种动力学影响因素和动力学机理。本项目的研究对深入了解铀尾矿库放射性污染物的迁移转化机理、为铀尾矿库的管理与修复提供科学依据。

铀尾矿库含有大量的放射性元素，且半衰期长，构成了铀矿山长期的放射性危害。本项目以江西、广东和湖南的铀尾矿库为对象，系统研究了铀尾矿中放射性核素迁移、转化的规律。对铀尾矿库地球化学特征及其对放射性核素迁移转化的影响的研究表明，铀尾矿中U元素含量从33.38~192.03μg/g变化，平均值为75.8μg/g，远大于铀尾矿周边的土壤,其他元素如Ra、Th、Po-210、Pb-210亦有相同的规律。堰塞沟的核素分布情况为，底泥的U元素含量最高为93.9μg/g，对于Ra、Th、Po-210、Pb-210，核素在沟旁富集，沟旁沉积物中含量最高。在尾矿水的现场取样测试中表明，Cr 、 Ni、 Cu、Pb、As、Hg等污染物的含量尾矿坝渗水最低，堰塞沟水中U元素含量最高，为2960μg/L。在对放射性核素在主要植物中的分布与富集特征、迁移规律的研究中表明，茅草、小蓬草、碎米莎草植物的根系发育都具有典型的分形特征，根系分维数越高，结构越复杂，根部的铀含量越高。茅草、小蓬草、碎米莎草、马唐四种植物根的铀含量明显高于茎和叶，甚至某些碎米莎草、马唐植株的根系的铀浓度是其他部位的上百倍。从对U的同位素的吸收情况看，茅草、小蓬草、碎米莎草对238U的吸收高于234U，马唐对238U、234U的吸收几乎相同。在水对铀尾矿放射性核素等污染物迁移转化的实验研究中表明，尾矿粒径越小，铀的浸出量和浸出速率越大，铀的溶出平衡越稳定，当水流方向是从下往上时，水的酸性、氧化还原电位相对较高，水中溶解的铀以及其他重金属离子比较多，尾矿中铀和其他重金属离子浸出达到峰值的时间更短，污染更大。对不同矿渣样品进行研究，发现8种优势菌种，其中放线菌门和变形菌门在土壤中占据绝对优势。在铀尾矿放射性核素释放的动力学研究方面，研究表明尾矿中镭分布的非均匀性、镭衰变的随机性及尾矿的分形特征是引起放射性核素氡析出混沌演化的可能机理，基于核反冲理论建立了铀尾矿氡析出的数学模型和蒙特卡罗模拟方法，模拟了不同含水饱和度条件下铀尾矿颗粒粒度对氡析出的影响，研究了水作用下尾矿中铀元素释放的动力学特征。