[发明专利]一种铀尾矿渣-含水层耦合淋溶实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种铀尾矿渣‑含水层耦合淋溶实验装置及方法。采用本发明所提供的铀尾矿渣‑含水层耦合淋溶实验装置及方法，可完成不同情境下(包括不同含水层流速、不同尾矿渣类型，不同研究区受污染土壤类型、不同降雨情况等)的溶质(包括放射性核素)的迁移扩散行为研究。本发明所提供的铀尾矿渣‑含水层耦合淋溶实验装置通过设置模拟雨水供水系统、第一蠕动泵、模拟降雨装置、铀尾矿渣柱、铀尾矿渣浸出液收集槽、溢流槽、尾液收集系统、马氏瓶、含水层、水平均匀布流装置、第二蠕动泵、地下水供水系统，可实现浸出实验与迁移实验同步，使迁移实验中模拟与实际条件相符的源项释放过程，从而使模拟结果更加真实可靠。

技术领域

本发明属于放射性及重金属污染物在地下水环境中迁移特性研究技术领域，涉及一种铀尾矿渣-含水层耦合淋溶实验装置及方法。

背景技术

铀尾矿(渣)是铀矿开采和冶炼过程中产生的低放射性废物，是影响铀矿冶及伴生放射性矿辐射环境安全评价和治理的重要因素。铀尾矿中30％以上的核素都为长寿命核素，其中²²⁶Ra及其他短寿命的衰变子体的放射性水平在9000年内会增长10-1000倍，生物毒性大，潜在污染性强。目前铀矿冶产生的尾矿(渣)大都采用就地整形覆盖隔离的方法进行处置，经酸、碱处理后产生的尾矿具有较强的反应活性，长期暴露在环境中，受阳光、干燥、降雨、冻融、温度湿度变化影响，其物理化学性质发生改变，产生各种核素的溶解、沉淀、吸附解吸及物理化学过程，长寿命核素随大气降水和地表潜水的渗透而进入土壤及地下水环境介质，给土壤、地表水与地下水以及生态环境带来长期放射性危害。

目前国内外学者针对铀尾矿做了大量淋溶浸出实验，也对个别典型尾矿库区土壤做了相关放射性核素迁移实验，然而浸出实验与迁移实验不能同步，迁移实验中难以模拟与实际条件相符的放射源项释放过程，模拟结果与实际情况存在较大偏差。近些年随着大量铀尾矿、放射性伴生尾矿污染地下水事件的发生以及地下水数值模拟技术的不断进步，使各国学者逐渐重视铀尾矿库原位修复技术的开发及精细化数值模拟预测，修复技术离不开放射性核素阻滞-转移-原位固定材料的开发，数值模型构建离不开物理实验的支持，为了评价各种修复材料的修复效果，对精细化数值模拟结果进行验证，需要一套铀尾矿渣-含水层耦合淋溶迁移土柱实验装置，将这两个系统概化为一个系统进行研究，从而使模拟结果更加真实可靠，当前市面上还没有装置能到达理想的实验效果。耦合，是将两种不同的实验机理在假设及理论指导下形成一个完整的整体，在数值模拟过程中可实现同步；而目前还没有针对铀尾矿渣-含水层耦合淋溶迁移研究装置，将两者耦合存在多项技术问题需要克服，其中的技术难点包括：(1)模拟降雨过程的淋溶实验；(2)淋溶浸出液放射性源项释放过程；(3)含水层水流相对稳定；(4)放射性核素在含水层迁移实验；(5)迁移实验过程中样品的收集。

发明内容

针对现有技术中所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种铀尾矿渣-含水层耦合淋溶实验装置及方法，用于完成不同情境下的溶质的迁移扩散行为研究。

为实现此目的，本发明提供一种铀尾矿渣-含水层耦合淋溶实验装置，包括：模拟雨水供水系统、模拟降雨装置、铀尾矿渣柱、铀尾矿渣浸出液收集槽、溢流槽、尾液收集系统、马氏瓶、含水层、水平均匀布流装置、地下水供水系统，其中：

所述铀尾矿渣柱位于所述模拟降雨装置的喷淋系统正下方，所述铀尾矿渣柱正下方依次安装所述铀尾矿渣浸出液收集槽、所述含水层；所述溢流槽安装于所述铀尾矿渣浸出液收集槽底面一侧边缘；所述含水层底部通过连接管路与所述马氏瓶连通，所述马氏瓶与所述连接管路构成稳定水位系统；所述含水层一侧安装水平均匀布流装置；

所述铀尾矿渣浸出液收集槽、所述含水层右侧布置有一系列尾液收集孔；

所述模拟雨水供水系统给所述模拟降雨装置提供模拟雨水，所述地下水供水系统为所述水平均匀布流装置提供研究区采集的地下水。

进一步，所述尾液收集系统包括所述尾液收集孔、收集装置，所述尾液收集孔通过管路连接所述收集装置。