某鈾礦地質勘探設施退役治理覆土試驗研究

王文博 張曉文 李錄峰

摘要：鈾礦地質勘探設施退役后，其放射性核素已通過多種途徑進入環境，存在較大的環境影響及人身安全隱患，因此對其進行退役治理是勢在必行。本文以西北地區某典型的鈾礦地質勘探遺留的廢石堆為研究對象，以砂質亞粘土作為覆蓋材料，進行了相關覆土試驗。主要研究了覆土厚度與氡析出率和γ輻射劑量率的變化關系；覆土壓實度與氡擴散系數的變化關系。試驗結果表明：本試驗場地作為有限制開放場所的最佳覆土厚度為68cm，而作為無限制開放場所的最佳覆蓋厚度不小于110cm；γ輻射劑量率隨著覆土厚度的增大而急劇減小，在覆土厚度達到45cm時趨于穩定；氡擴散系數隨著壓實度的增大而減小；覆土厚度與氡析出率的關系符合。

關鍵詞：鈾；廢石堆；覆土；氡析出率；氡擴散系數；γ輻射劑量率

The soil cover test for decommissioning treatment of an uranium geological exploration sites

Wang Wen-bo1，2， Zhang Xiao-wen1， Li Lu-feng2

1. School of Resource & Environment and Safety Engineering， University of South China， Hengyang， Hunan， 421001 2. Geological party No.208， CNNC， Baotou， Inner Mongolia， 014010

Abstract：Before the decommissioning of the geological exploration facilities， the radionuclides have entered the environment through many ways. There are great environmental impacts and personal safety dangers， so it is imperative to do decommissioning treatment. In this paper， taking the waste stone pile left over from the geological exploration of a typical uranium deposit in Northwest China as the research object， using the sandy sub-clay for covering material， the related overlying soil test is carried out. In this study， soil covering experiments were performed， which used the sandy sub-clay to cover the waste stone pile of a typical geological exploration of uranium deposit in Northwest China. The effect of thickness of covering soil on the released rate of radon and dose rate ofγ-radiation was investigated. The effect of compaction with covering soil on the radon diffusion coefficient was explored. The result indicated that the optimum covering soil thickness of the test site as restricted open place was 68 cm in the experiments， and that the optimum covering thickness of the test site as an unrestricted open place was not less than 110 cm in the experiments. The results showed that the dose rate ofγ-radiation decreased sharply with the increase of the soil thickness， which was stable when the thickness of covering soil reached 45 cm. The results showed that the radon diffusion coefficient decreased with increasing of compaction degree. The relationship between the thickness of covering soil and radon exhalation rate is as.

Key words： Uranium； Waste rock pile； Soil cover； Radon exhalation rate； Radon diffusion coefficient；γradiation dose rate

1.前言

在軍工鈾礦發展及技術利用的過程中，勘探單位建設了許多用于科研及其他用途的勘探設施，這些設施在滿足了國防和國民經濟發展需求的同時，也對環境造成了一定的影響。目前，鈾礦地質勘探設施退役后，其放射性核素已通過多途徑進入環境，對周圍環境造成一定影響，存在環境影響隱患和人身安全隱患，因此，鈾礦地質勘探設施進行退役治理已勢在必行[1-3]。其中退役鈾礦中氡析出和γ輻射的防治一直是鈾礦山氡污染治理的重點，而氡擴散系數是氡遷移過程中的關鍵參數，研究氡擴散系數是防氡控氡的核心問題[4-5]。在經過國內外多年研究和治理實踐證明，使用土壤原地覆蓋是抑制鈾礦廢石表面氡析出和屏蔽γ輻射最有效的方法，土壤覆蓋的壓實度會直接影響氡在土壤中的氡擴散系數。因此開展該地區鈾礦地質勘探設施的覆土研究是實現該地區退役治理的關鍵問題。

國內外工程技術人員對鈾礦退役治理覆土試驗進行了廣泛的應用和研究，并取得了一定的研究成果。目前，大部分完成了鈾尾礦庫灘面的退役治理，采用粘土、沙礫和廢石等材料進行了覆蓋處理[6]。覆土材料與覆蓋厚度直接關系到治理效果[7-8]。灘面覆蓋土的含水率也是影響擴散系數及氡析出能力的一個重要權重指標[9]。氡在多孔介質中的運移服從Darcy定律，最近進行的覆土試驗也部分考慮了多因素的影響，包括作用面壓力梯度和溫度波動、氡子體的大氣運輸、超聲波擾動作用、活性炭中瞬時氡的運移及衰減等[10]。但是近年來國內的覆土試驗和研究均沒有考慮到土壤壓實度對氡擴散系數的影響。鑒于此，本文以該地區某典型的鈾礦地質勘探遺留的廢石堆為研究對象，研究了覆土厚度與氡析出率和γ輻射劑量率的變化關系，覆土壓實度與氡擴散系數的變化關系，并最終確定了該廢石堆的最佳覆土厚度。本次研究為該地區及相似地區勘探設施退役治理工程提供技術參數支持。

2.試驗方案與結果

2.1實驗場地

實驗場地選在某退役鈾礦的廢石堆上進行，此廢石堆由20世紀七八十年代地質勘探鈾礦時從硐探坑里開采出來的鈾廢礦石堆砌而成，是該地區退役治理勘探設施的典型代表。覆土實驗工作區地理位置圖如圖1所示。本次試驗的覆蓋治理概念圖如圖2所示。

2.2土源地選取

覆蓋土的性質對覆蓋效果有很大影響，覆蓋土應結合當地情況選擇孔隙率小、氡擴散系數小、氡滲透性能差、有害元素低的土壤，才能達到較好封閉效果和便于植被生長的目的。土源地在選擇時，土的性質既要符合實驗要求，儲量也能夠滿足實驗工作需用量，同時還應具備取土、運輸方便和運輸距離盡可能短等有利條件，使其性價比最為合理，本次試驗的土源地有害元素分析結果見表1，輻射監測指標結果見表2。

（據國土資源部銀川礦產資源監督檢測中心檢測報告）

（據國土資源部銀川礦產資源監督檢測中心檢測報告）

2.3測量儀器與方法

γ輻射劑量率依據《環境地表γ輻射劑量率測定規范》，所用儀器為FD-3013數字式伽瑪測量儀。采用直接測量法進行工作，依次測量各測點，氡析出率采用累積法測定，所用儀器為FD-216環境氡測量儀。此次實驗所用設備均已經過檢定，在有效期內，經過對實驗所用儀器的穩定性及一致性檢定，所用儀器各項性能均達標，符合EJ/T 822-94《輻射防護儀器誤差規定》，確保了儀器在測量過程中能正常、穩定地工作，保證采集的數據資料準確、可靠，符合要求。

3.實驗結果與分析

3.1氡擴散系數與覆土壓實度的關系

為了研究覆土壓實度和覆土厚度對氡擴散系數的影響，我們可以通過距離覆土層任意兩點的表面氡濃度和兩點的垂直距離計算氡擴散系數，具體關系如下所示[11]：

本文選取其中三個測點，測量其未覆土表面氡濃度和覆土厚度為15cm的情況下，壓實度分別為90%，91%，92%，93%，94%的表面氡濃度，然后計算氡擴散系數。三個測點的覆土壓實度與氡擴散系數的關系如圖3所示。由圖3可知，三組測點的氡擴散系數均隨著覆土壓實度的增大而降低，這是因為氡在土壤中絕大多數是通過裂隙和孔隙進行遷移[12]，覆土壓實度的增大減小了覆土層的孔隙度，孔隙度的變小直接影響廢石堆中的氡析出，所以氡擴散系數隨著壓實度的增大而減小。所以在滿足工程應用的情況下，應盡量加大覆土的壓實度，減小土壤孔隙度，可以更加有效的防治氡污染。

3.3γ輻射劑量率與覆土厚度的關系

為了研究γ輻射劑量率與覆土厚度的關系，我們測量了相同條件下0cm～90cm覆土厚度每間隔15cm共8個測點的試驗數據。覆土厚度與γ輻射劑量率如圖6所示。由圖6可知，γ輻射劑量率隨著覆蓋厚度的增大顯著減小，當覆土厚度達到45cm時，γ輻射劑量率趨于穩定，之后幾乎不隨著覆土厚度的增大而變化。所以在實際工程應用當中，想要控制γ輻射劑量率，一味地增加覆土厚度是無效的。

3.4覆土厚度的確定

覆土厚度的確定需綜合考慮土壤氡析出率和地表γ射線劑量率限制、土地復墾厚度和治理前侵蝕土層厚度等因素。參照《鈾礦冶輻射防護和環境保護規定》，廢（礦）石堆經最終處置后，其表面平均222Rn析出率不超過0.74Bq/（m2·s），根據《鈾礦地質輻射環境影響評價要求》的規定，有限制開放的設施，γ輻射劑量率低于本底值+174nGy·h-1，無限制開放的設施γ輻射劑量率是接近本底值。基于上述氡析出率和γ輻射劑量率限制的分析，再考慮治理前侵蝕土層約20cm厚度，合理的覆土厚度范圍為25cm～60cm；為了恢復自然地貌，以及減少風蝕和大氣降水的淋浸影響，根據《土地復墾技術標準》，為滿足植被恢復（草灌型）所需的最小覆土厚度為35cm。因此，推薦覆土厚度為68cm～ 110cm，具體根據鈾礦勘探設施退役治理難度和退役后續使用要求選擇合理覆土厚度。若僅要求達到有限制開放的設施，則覆土厚度68cm即可，而作為無限制開放的場所則覆蓋厚度不小于110cm，且壓實度均應大于90%。針對本實驗場的退役治理，覆蓋厚度應在68cm時，已經滿足γ輻射劑量率低于本底值+174nGy·h-1的要求，且表面平均氡析出率不超過0.74Bq/（m2·s）。

4.結論

（1）通過對該地區典型鈾礦勘探設施退役覆土實驗研究，本實驗場地作為有限制開放的場所的最佳覆土厚度為 68cm，而作為無限制開放的場所的最佳覆蓋厚度不小于110cm。

（3）本試驗綜合考慮土壤氡析出率和地表γ射線劑量率限制、土地復墾厚度和治理前侵蝕土層厚度等因素，合理的推薦了鈾礦勘探設施退役治理覆土厚度，并定性研究了壓實度與氡擴散系數的關系。為該地區及相似地區鈾礦勘探設施退役治理工程提供參考。

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