CN110646321A - 一种基于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统及实验方法 - Google Patents

一种基于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统及实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于核素迁移测量的生态环境仓，包括仓体；设置在仓体周围的保温层；设置在仓体底部的底板；所述仓体内设置有三层，从上至下依次为第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓。本发明提供了一种用于尾矿库生态环境模拟核素迁移测量实验系统的生态环境仓，通过该生态环境仓特定的组成和结构，能够模拟尾矿库覆盖情况，还能引入表面的植被和模拟环境的调控，从而能够对退役铀尾矿中的放射性核素进行连续的测量，得到尾矿库生态环境模拟核素迁移测量实验系统。

Description

一种基于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统及实 验方法
技术领域
本发明属于核素迁移模拟技术领域，涉及一种用于尾矿库生态环境模拟的生态环境仓、核素迁移测量实验系统及实验方法，尤其涉及一种用于核素迁移测量的生态环境仓、基于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统及实验方法。
背景技术
随着工业、科研、医学和国防等领域的高速发展，特别是近代人们对能源的需求日益增大，大大促进来了核能开发与利用。70年代开始核工业进入高速发展时期，轴矿冶产品的需求日益增加，随之产生了大量的袖尾矿。铀尾矿库中含大量的放射性物质，是铀矿冶系统最大的放射性污染源。铀矿石经破碎-浸出-固液分离-离子交换或萃取-铀化合物沉淀-结晶等水冶工艺过程后，形成粒径小于1mm的铀尾矿，通常在地面或谷地修建尾矿库堆存处置。目前全球铀尾矿库超过4000个，铀尾矿堆积量超出200亿吨。我国1958年开始铀资源开采，至今共产生约3亿m3铀尾矿，现已形成铀尾矿库(废渣库)数量达34座。
堆积于尾矿库的大量铀尾矿存在放射性危害，铀尾矿中残留原矿中除铀之外几乎全部的铀系和钍系元素，所含镭占原矿石镭的95.0％～99.5％，尾矿中保留了原矿总放射性的70％～80％，且核素寿命在1000年以上的约占30％，而镭经一次α衰变后将产生氡(222Rn)，氡及其子体是一种易于扩散的惰性气体。因此，对于铀尾矿的处理是核工业中的重中之重，也是保证其长期良性发展的关键。
目前覆盖处理后栽种植物是最常用的一种铀尾矿退役治理方式，采用黄土、风化土等进行覆盖，再在表层种上耐旱、耐贫瘠的植被。然而环境中放射性核素的行为非常复杂，生态系统中的每一种成分几乎都能够对放射性物质迁移产生影响。大量的研究表明，微生物、植物或动物的生命代谢活动吸收、转化会促进核素在生态系统的迁移，在自然过程中生物组织中放射性核素水平可浓集到比周边环境高几个数量级的，当放射性核素浓集到足够大的水平时将对生命体系产生巨大危害。
因此，如何提供一种基于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统，能够针对铀尾矿库核素(特别是镭与氡)危害大且易于迁移的特点，开展退役铀尾矿中核素在生态系统中的迁移模拟实验研究是非常有必要的，也是本领域诸多研究人员广泛关注的焦点之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供了一种用于尾矿库生态环境模拟的生态环境仓、核素迁移测量实验系统及实验方法，特别是一种基于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统，本发明提供的素迁移测量实验系统，能够更好的模拟实际退役铀尾矿的掩埋处理，从而为实际掩埋处理提供可靠的数据模型和相关数据。
本发明提供了一种用于核素迁移测量的生态环境仓，包括仓体；
设置在仓体周围的保温层；
设置在仓体底部的底板；
所述仓体内设置有三层，从上至下依次为第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓。
优选的，所述第一覆盖层仓的高度为10～30cm；
所述第二覆盖层仓的高度为10～30cm；
所述尾砂仓的高度大于等于80cm；
所述第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓上下均不封闭；
所述保温层可分为第一保温层、第二保温层和第三保温层，分别与第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓相对应设置。
优选的，所述第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓上部，设置有纵向隔板；
所述第一覆盖层仓内的纵向隔板将第一覆盖层仓分为多个小仓；
所述第二覆盖层仓内的纵向隔板将第二覆盖层仓分为多个小仓；
所述尾砂仓上部的纵向隔板将尾砂仓上部分为多个小仓；
所述第一覆盖层仓内的纵向隔板、第二覆盖层仓内的纵向隔板和尾砂仓内的纵向隔板相对应设置；
所述尾砂仓上部为大于等于尾砂仓高度的50％的部分。
优选的，所述底板包括筛网、承重板和接液盘中的一种或多种；
所述第一覆盖层仓、第二覆盖层仓、尾砂仓分别设置有一个或多个采样孔，和/或，一个或多个监测孔；
所述采样孔和监测孔在设置高度上相同；
所述保温层上设置有用于拆卸的扣件。
优选的，所述底板由由上至下依次设置的筛网、承重板和接液盘组成；
所述第一覆盖层仓和第二覆盖层仓内分别设置有尾砂覆盖材料；
所述第一覆盖层仓的尾砂覆盖材料上种植有植被；
所述尾砂仓内设置有放射性尾矿砂。
本发明提供了一种核素迁移测量实验系统，包括上述技术方案任意一项所述的生态环境仓、采样装置和环境调控系统。
优选的，所述采样装置包括氡气采样器、测氡仪和干燥材料；
所述环境调控系统包括温湿度传感器、加热装置、洒水装置和中央控制系统中的一种或多种；
所述中央控制系统，与采样装置和环境调控系统相连接，实现采样和调控的关联控制。
优选的，所述加热装置设置在尾砂仓或底板；
所述加热装置在尾砂仓的设置高度小于等于尾砂仓高度的50％；
所述洒水装置设置在第一覆盖层仓的上方。
本发明提供了一种采用上述技术方案任意一项所述的核素迁移测量实验系统的核素迁移测量实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将铀尾矿库铀尾沙和水混合后，得到尾砂，将尾砂装入尾砂仓内；
将土壤类材料样品或者，土壤类材料样品和填埋材料样品，装入第二覆盖层仓内；
将土壤类材料样品装入第一覆盖层仓内；
2)在仓体内布置采样装置；
将保温层固定在仓体周围，打开加温装置调控温度，静置后，种植植被；
3)根据铀尾矿库所在地的降雨和温度情况，在中央控制系统中进行设置和监测，并根据采样装置的数据进行实时调控；
4)待植被达到检测要求后，分别取得植被的地上部分和地下部分，经过处理后，测量核素含量；取得覆盖层中的样品，经过二次处理后，测量核素含量。
优选的，所述尾砂中的含水量为5％～30％；
所述土壤类材料包括红壤、棕壤、褐土、黑土、栗钙土、漠土、潮土、灌淤土和湿土中的一种或多种；
所述填埋材料包括粉煤渣、河沙、建筑废料、城市垃圾和卵石中的一种或多种；
所述土壤类材料样品为经过预处理的土壤类材料；
所述填埋材料样品为经过预处理的填埋材料；
所述预处理包括拣选、风干、粉碎和过筛中的一种或多种；
所述装入具体为装入压实直至填满；
所述处理包括称重、炭化灰化和研磨中的一种或多种；
所述二次处理包括风干、去杂、磨碎、过筛和混匀中的一种或多种。
本发明提供了一种用于核素迁移测量的生态环境仓，包括仓体；设置在仓体周围的保温层；设置在仓体底部的底板；所述仓体内设置有三层，从上至下依次为第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓。与现有技术相比，本发明针对现有的掩埋处理大量含放射性核素的尾矿，而尾矿中尾矿的放射性核素会在环境介质中迁移并进入生物圈，而生态系统中的每一种成分又基本都能够对放射性物质迁移产生影响的复杂现状，却不能适宜的给出相应的掩埋方案，给尾矿库周边环境和生态带来巨大危害的缺陷。本发明创造性提供了一种用于尾矿库生态环境模拟核素迁移测量实验系统的生态环境仓，通过该生态环境仓特定的组成和结构，能够模拟尾矿库覆盖情况，还能引入表面的植被和模拟环境的调控，从而能够对退役铀尾矿中的放射性核素进行连续的测量，得到尾矿库生态环境模拟核素迁移测量实验系统。
本发明通过选用不同覆盖材料和厚度的铀尾矿库覆盖层，进行覆盖处理实验，可对铀尾矿库覆盖方案进行优选，可进一步进行铀尾矿库核素向种植植物转移的土壤-植物转移参数测定研究。
实验结果表明，本发明提供的用于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统的生态环境仓进行对比，与实际尾矿库处置条件基本相同，测得不同深度覆盖层样品中核素含量的增长规律与现场采样分析结果高度相似。
附图说明
图1为本发明提供的用于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统的生态环境仓的爆炸结构简图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或退役铀尾矿掩埋处理领域常规的纯度即可。
本发明所有名词表达和简称均属于本领域常规名词表达和简称，每个名词表达和简称在其相关应用领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据名词表达和简称，能够清楚准确唯一的进行理解。
本发明提供了一种用于核素迁移测量的生态环境仓，包括仓体；
设置在仓体周围的保温层；
设置在仓体底部的底板；
所述仓体内设置有三层，从上至下依次为第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓。
本发明所述生态环境仓包括仓体。本发明原则上对所述仓体的具体材质和物理参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的类似仓体的相关参数即可，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述仓体的材质优选为不锈钢，更具体优选为仓体内壁进行磨砂处理。所述仓体的厚度优选为15～50mm，更优选为20～40mm，更优选为25～30mm。
本发明所述仓体内设置有三层，从上至下依次为第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓。
本发明对所述从上至下的具体定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的从上至下的定义即可，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明所述从上至下优选是指在竖直距离上从上至下，更优选为垂直距离上从上至下，即从远离地面的方向到接近地面的方向为从上至下。
本发明原则上对第一覆盖层仓的高度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述第一覆盖层仓的高度优选为10～30cm，更优选为12～28cm，更优选为15～25cm，更优选为18～22cm，具体可以为30cm。本发明所述第一覆盖层仓的长度优选为90～110cm，更优选为92～108cm，更优选为95～105cm，更优选为98～102cm，具体可以为100cm。宽度优选为90～110cm，更优选为92～108cm，更优选为95～105cm，更优选为98～102cm，具体可以为100cm。
本发明原则上对第二覆盖层仓的高度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述第二覆盖层仓的高度优选为10～30cm，更优选为12～28cm，更优选为15～25cm，更优选为18～22cm，具体可以为30cm。本发明所述第二覆盖层仓的长度优选为90～110cm，更优选为92～108cm，更优选为95～105cm，更优选为98～102cm，具体可以为100cm。宽度优选为90～110cm，更优选为92～108cm，更优选为95～105cm，更优选为98～102cm，具体可以为100cm。
本发明原则上对尾砂仓的高度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述尾砂仓的高度优选为大于等于80cm。更优选为大于等于100cm，更优选为大于等于120cm。本发明所述尾砂仓的长度优选为90～110cm，更优选为92～108cm，更优选为95～105cm，更优选为98～102cm，具体可以为100cm。宽度优选为90～110cm，更优选为92～108cm，更优选为95～105cm，更优选为98～102cm，具体可以为100cm。
在本发明中，为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓上下均优选不封闭，即所述第一覆盖层仓的顶面与底面为开放式，不封闭；所述第二覆盖层仓的顶面与底面为开放式，不封闭；所述尾砂仓的顶面与底面为开放式，不封闭。
在本发明中，所述第一覆盖层仓内优选设置有纵向隔板，这些纵向隔板将第一覆盖层仓分为多个小仓。其目的在于，能够更好的同时对多组数据进行测量，既能最大化的保证数据的平行，而且也容易进行横向对比，更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量。在其他技术方案中，上述设置方式也可以为其他方式，以能够同时提供更精确稳定和更多的效果数据为优化方案。
在本发明中，所述第二覆盖层仓内优选设置有纵向隔板，这些纵向隔板将第二覆盖层仓分为多个小仓。其目的在于，能够更好的同时对多组数据进行测量，既能最大化的保证数据的平行，而且也容易进行横向对比，更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量。在其他技术方案中，上述设置方式也可以为其他方式，以能够同时提供更精确稳定和更多的效果数据为优化方案。
在本发明中，所述尾砂仓的上部优选设置有纵向隔板，这些纵向隔板将尾砂仓的上部分为多个小仓。其目的在于，进行同实验条件下不同覆盖层的对比实验室，从而更好的进行尾矿库的覆盖组合方案的优选，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的研究。从而更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量。本发明所述尾砂仓上部优选为大于等于尾砂仓高度的50％的部分，即尾砂仓高度中点及以上的部分为尾砂仓上部，也可以为大于等于尾砂仓高度的60％的部分，或者为大于等于尾砂仓高度的70％的部分。在其他技术方案中，上述设置方式也可以为其他方式，以能够同时提供更精确稳定和更多的效果数据为优化方案。
在本发明中，为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述第一覆盖层仓内的纵向隔板和第二覆盖层仓内的纵向隔板优选相对应设置，即第一覆盖层仓内的纵向隔板如何设置，则第二覆盖层仓内的纵向隔板也如何设置，从而使得与实际尾矿库的覆盖情况相一致。
本发明提供的生态环境仓包括设置在仓体周围的保温层。本发明所述周围优选是指除去仓体顶面和底面以外的周围。本发明原则上对所述保温层的具体材质和物理参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的类似保温层的相关参数即可，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述保温层的材质优选为石棉。本发明所述保温层更具体优选为可拆卸的保温层，具体可以为所述保温层上设置有用于拆卸的扣件。所述保温层的厚度优选为20～40cm，更优选为22～38cm，更优选为25～35cm，更优选为28～32cm，具体可以为30cm。
在本发明中，所述保温层优选可分为第一保温层、第二保温层和第三保温层，更优选分别与第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓相对应设置。其目的在于，能够更好的针对第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓进行调节，在对多组数据进行测量时，更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量。在其他技术方案中，上述设置方式也可以为其他方式，以能够同时提供更精确稳定和更多的效果数据为优化方案。
本发明所述生态环境仓包括设置在仓体底部的底板。本发明原则上对所述仓体的具体组成和物理参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述底部优选为多功能底板。本发明所述底板优选包括筛网、承重板和接液盘中的一种或多种，更优选为筛网、承重板和接液盘中的多种，具体优选为由由上至下依次设置的筛网、承重板和接液盘组成。本发明所述筛网优选为不锈钢烧结网。
在本发明中，由上至下依次设置的筛网、承重板和接液盘，其目的在于，不锈钢烧结网保证尾砂不泄露且能让多余液体渗出，承重板主要起支撑作用，接液盘引导试验时多余液体，从而实现多功能底板。在其他技术方案中，上述设置方式也可以为其他方式，以能够同时提供多功能底板和便于模拟，提供模拟效果为优化方案。
在本发明中，所述第一覆盖层仓、第二覆盖层仓、尾砂仓优选分别设置有一个或多个采样孔，和/或，一个或多个监测孔，更优选第一覆盖层仓、第二覆盖层仓、尾砂仓优选分别设置有多个采样孔和多个监测孔。其目的在于，能够更好的针对第一覆盖层仓、第二覆盖层仓，及其分隔成的小仓，以及尾砂仓进行采样和温湿度监测，在对多组数据进行测量时，更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量。在本发明中，为了更好的保证测量结果的真实性和稳定性，所述采样孔和监测孔在设置高度上优选相同。在其他技术方案中，上述设置方式也可以为其他方式，以能够同时提供更精确稳定和更多的效果数据为优化方案。
在本发明中，为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述第一覆盖层仓和第二覆盖层仓内分别优选设置有尾砂覆盖材料，其中，所述第二覆盖层仓内设置的尾砂覆盖材料优选包括土壤类材料或者，土壤类材料和填埋材料，更优选为土壤类材料和填埋材料。所述第一覆盖层仓内设置的尾砂覆盖材料优选包括土壤类材料。所述第一覆盖层仓的尾砂覆盖材料上还优选种植有植被。所述尾砂仓内优选设置有放射性尾矿砂。在其他技术方案中，上述设置方式也可以为其他方式，以能够同时提供更精确稳定和更多的效果数据为优化方案。
本发明还提供了一种核素迁移测量实验系统，包括上述技术方案任意一项所述的生态环境仓、采样装置和环境调控系统。
本发明原则上对所述采样装置的具体组成和连接关系没有特别限制，以本领域技术人员熟知的类似采样装置的具体组成和连接关系即可，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述采样装置优选包括氡测量系统，具体优选包括氡气采样器、测氡仪和干燥材料。本发明所述氡气采样器具体可以为采样杆。所述测氡仪具体可以为RAD7测氡仪。所述干燥材料具体可以为干燥剂。更具体的，本发明所述氡测量系统主要采用RAD7测氡仪、干燥剂和采样杆进行，采样杆为中空钢管(优选长50cm)，钢管一端封闭一端开口，封闭端均匀分布有小孔(优选4个)便于氡气的采样，开口端用软管连接干燥剂，干燥剂通过软管与RAD7测氡仪的进气端连接。
本发明原则上对所述环境调控系统的具体组成和连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述环境调控系统优选包括温湿度传感器、加热装置、洒水装置和中央控制系统中的一种或多种，更优选包括温湿度传感器、加热装置、洒水装置和中央控制系统。
本发明原则上对所述环境调控系统的具体部件的设置位置没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述洒水装置优选设置在第一覆盖层仓的上方。所述加热装置优选设置在尾砂仓或底板。更具体的，所述加热装置在尾砂仓的设置高度优选设置在尾砂仓的下部，即设置高度优选小于等于尾砂仓高度的50％，更优选小于等于尾砂仓高度的40％，更优选小于等于尾砂仓高度的30％。
参见图1，图1为本发明提供的用于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统的生态环境仓的爆炸结构简图。
在本发明中，为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述中央控制系统，优选与采样装置和环境调控系统相连接，实现采样和调控的关联控制，具体可以为远程、自动、逻辑、修正和模型计算等等关联控制。
本发明还提供了一种采用上述技术方案任意一项所述的核素迁移测量实验系统的核素迁移测量实验方法，包括以下步骤：
1)将铀尾矿库铀尾沙和水混合后，得到尾砂，将尾砂装入尾砂仓内；
将土壤类材料样品或者，土壤类材料样品和填埋材料样品，装入第二覆盖层仓内；
将土壤类材料样品装入第一覆盖层仓内；
2)在仓体内布置采样装置；
将保温层固定在仓体周围，打开加温装置调控温度，静置后，种植植被；
3)根据铀尾矿库所在地的降雨和温度情况，在中央控制系统中进行设置和监测，并根据采样装置的数据进行实时调控；
4)待植被达到检测要求后，分别取得植被的地上部分和地下部分，经过处理后，测量核素含量；取得覆盖层中的样品，经过二次处理后，测量核素含量。
本发明对上述核素迁移测量实验方法中所需装置的选择和连接关系，以及相应的优选原则，与前述核素迁移测量实验系统中所对应的选择和连接关系，以及相应的优选原则均可以进行对应，在此不再一一赘述。
本发明首先将铀尾矿库铀尾沙和水混合后，得到尾砂，将尾砂装入尾砂仓内；
将土壤类材料样品或者，土壤类材料样品和填埋材料样品，装入第二覆盖层仓内；
将土壤类材料样品装入第一覆盖层仓内。
本发明原则上对所述铀尾沙和水的具体比例没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述铀尾沙和水的比例，即所述尾砂中的含水量优选为5％～30％，更优选为10％～25％，更优选为15％～20％。
本发明原则上对所述土壤类材料样品的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述土壤类材料优选包括红壤、棕壤、褐土、黑土、栗钙土、漠土、潮土、灌淤土和湿土中的一种或多种，更优选为红壤、棕壤、褐土、黑土、栗钙土、漠土、潮土、灌淤土或湿土。
本发明原则上对所述填埋材料样品的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述填埋材料优选包括粉煤渣、河沙、建筑废料、城市垃圾和卵石中的一种或多种，更优选为粉煤渣、河沙、建筑废料、城市垃圾或卵石。
本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述土壤类材料样品优选为经过预处理的土壤类材料。本发明对所述预处理的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明所述预处理优选包括拣选、风干、粉碎和过筛中的一种或多种，更优选为拣选、风干、粉碎和过筛中的多种，具体过程可以为：选择土层清洁土壤，鲜土采集后，剔除石块、大中型土壤动物及根茬等残体，风干后过2mm筛供实验用。
本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述填埋材料样品优选为经过预处理的填埋材料。本发明对所述预处理的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明所述预处理优选包括拣选、风干、粉碎和过筛中的一种或多种，更优选为拣选、风干、粉碎和过筛中的多种，具体过程可以为：将填埋材料进行破碎成渣，风干后过5mm筛供实验用。
本发明原则上对所述装入的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述装入的具体方式优选为装入压实直至填满。
本发明然后在仓体内布置采样装置；
将保温层固定在仓体周围，打开加温装置调控温度，静置后，种植植被。
本发明原则上对所述静置的具体时间没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述静置的时间优选为大于等于3天，更优选大于等于4天，更优选大于等于5天。
本发明再根据铀尾矿库所在地的降雨和温度情况，在中央控制系统中进行设置和监测，并根据采样装置的数据进行实时调控。
本发明原则上对所述设置、监测和实施调控的具体过程和方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的类似的中央控制系统的常规的设置、监测和实施调控的具体过程和方式即可，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整。
本发明最后待植被达到检测要求后，分别取得植被的地上部分和地下部分，经过处理后，测量核素含量；取得覆盖层中的样品，经过二次处理后，测量核素含量。
本发明原则上对所述处理的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述处理的方式优选包括称重、炭化灰化和研磨中的一种或多种，更优选为称重、炭化灰化和研磨中的多种。
本发明原则上对所述二次处理的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际模拟情况、尾矿库周边情况以及掩埋要求进行选择和调整，本发明为更好的模拟尾矿库的覆盖情况，满足实际的覆盖要求，更精准的实现对退役铀尾矿中的放射性核素迁移的测量，所述二次处理的方式优选包括风干、去杂、磨碎、过筛和混匀中的一种或多种，更优选为风干、去杂、磨碎、过筛和混匀中的多种。
本发明上述步骤提供了一种用于核素迁移测量的生态环境仓、基于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统及实验方法。本发明提供的核素迁移测量实验系统及实验方法，通过该生态环境仓特定的组成和结构，能够模拟尾矿库覆盖情况，还能引入表面的植被和模拟环境的调控，从而能够对退役铀尾矿中的放射性核素进行连续的测量，得到尾矿库生态环境模拟核素迁移测量实验系统。
本发明通过选用不同覆盖材料和厚度的铀尾矿库覆盖层，进行覆盖处理实验，可对铀尾矿库覆盖方案进行优选，可进一步进行铀尾矿库核素向种植植物转移的土壤-植物转移参数测定研究。
实验结果表明，本发明提供的用于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统的生态环境仓进行对比，与实际尾矿库处置条件基本相同，测得不同深度覆盖层样品中核素含量的增长规律与现场采样分析结果高度相似。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种用于尾矿库生态环境模拟的生态环境仓、核素迁移测量实验系统及实验方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
生态环境仓参见图1，图1为本发明提供的用于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统的生态环境仓的爆炸结构简图。
用于核素迁移测量的生态环境仓，包括仓体，设置在仓体周围的保温层以及设置在仓体底部的底板。还包括采样装置和环境调控系统，和仓体共同组成核素迁移测量实验系统。
具体的：
三层结构的仓体
从上至下依次为第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓。
第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓，上下均不封闭，材质为25mm厚的不锈钢板，内壁进行磨砂处理。第一覆盖层仓和第二覆盖层仓，高30cm、长100cm、宽100cm、厚度3cm，内部采用钢板隔离成4个独立空间，每个仓体留4个直径为20mm的采用孔；尾砂仓高100cm、长100cm、宽100cm、厚度15cm，仓体留1个直径为20mm的采样孔，氡测量预留孔。其中，采样孔和监测孔在设置高度上相同。实验时尾砂仓用于存放放射性尾矿砂，第一覆盖层仓和第二覆盖层仓存放尾砂覆盖材料，第一覆盖层仓的尾砂覆盖材料上还种植有植被。
第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓上部，设置的纵向隔板，即仓体分隔板，截面为十字形，高90cm，用于将第一覆盖层仓、第二覆盖层仓2和尾砂仓上部分割成4个独立的空间，便于同时做对比实验。第一覆盖层仓内的纵向隔板将第一覆盖层仓分为4个小仓，第二覆盖层仓内的纵向隔板将第二覆盖层仓分为4个小仓，尾砂仓上部的纵向隔板将尾砂仓上部分为4个小仓。第一覆盖层仓内的纵向隔板、第二覆盖层仓内的纵向隔板和尾砂仓内的纵向隔板相对应设置，而且尾砂仓上部为大于等于尾砂仓高度的50％的部分。
保温层根据仓体分为3部分：保温层1、保温层2和保温层3。保温层厚15cm，材质为石棉，可拆卸。实验时将保温层围在仓体上，通过扣件扣紧，起保温作用。
底板包括筛网、承重板和接液盘，由由上至下依次设置，分为4层，上2层为不锈钢烧结网、3层为承重板和4层为接液盘。不锈钢烧结网保证尾砂不泄露且能让多余液体渗出，承重板主要起支撑作用，接液盘引导试验时多余液体。
氡测量模块包括氡气采样杆
氡测量系统主要采用RAD7测氡仪、干燥剂和采样杆进行，采样杆为长50cm的中空钢管，钢管一端封闭一端开口，封闭端均匀分布4个小孔便于氡气的采样，开口端用软管连接干燥剂，干燥剂通过软管与RAD7测氡仪的进气端连接。
环境调控系统
环境调控系统包括监测杆、温湿度传感器、加热棒、洒水装置、控制系统。可在控制系统中输入温度和降雨参数，实现环境调控。实验通过测量杆埋设温度、湿度等传感器，对实验尾沙和覆盖层的温湿度实时监测，在尾沙仓底部设置加热管，覆盖层上设置洒水装置。控制系统连接温度传感器和加热棒，控制系统根据实验需求调控环境仓温度。洒水装置是由管道依次连接的方形洒水头、流量控制器、阀门和水箱组成，流量控制器经控制系统进行控制。
选取某铀尾矿库铀尾沙为铀尾砂试样材料，加水制备含水率为20％的尾砂。覆盖层材料1，采用南方砂质红黏土，土层清洁土壤，鲜土采集后，剔除石块、大中型土壤动物及根茬等残体，风干后过2mm筛供实验用。覆盖层材料2，煤渣进行破碎成粉煤渣，风干后过5mm筛供实验用。覆盖层材料3，选用河沙，过5mm筛供实验用。
在实施实验仓内添加实验材料，将配置好的尾砂装入尾砂仓倒入实验仓压实直至填满，在不同的小仓内将处理后的红土、粉煤渣和河沙分别覆盖在尾沙上压实直至填满覆盖层仓2，将处理后的红土覆盖在覆盖层仓2上的覆盖层仓1中，直至填满覆盖层仓1。
布置监测杆和氡采样杆，在将保温层固定在实验仓上，打开加温装置调控温度。静置数天后，种植植被，供试植物为黑麦草，按每平方米25g播种，并施加水溶性肥料。仓内的材料及植被的种植选取如表1所示。
表1
实验分区 尾砂仓 覆盖层仓2 覆盖层仓1 植被
a 铀尾砂 砂质红黏土 砂质红黏土 黑麦草
b 铀尾砂 砂质红黏土 砂质红黏土 无
c 铀尾砂 粉煤渣 砂质红黏土 黑麦草
d 铀尾砂 河沙 砂质红黏土 黑麦草
根据尾矿库的降雨和温度变化，在控制系统中输入温度和降雨参数。每个12小时对各点进行一次氡浓度测量。45天后，将黑麦草分区进行采集洗净晾干，分割地上部分和根部后分别称其湿重，在分别烘干称其干重，最后炭化灰化研磨转入密封袋，测量核素含量。分区取不同深度覆盖层样品经风干、去杂、磨碎、过筛和混匀后，测核素含量。
对本发明实施例1提供的用于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统的生态环境仓进行对比，实验中河沙、砂质红黏土覆盖，与某尾矿库处置条件基本相同。而该组测得不同深度覆盖层样品中核素含量的增长规律与现场采样分析结果高度相似。在进行a～d对比实验后，结果表明，实验方案中粉煤渣、砂质红黏土的覆盖效果最优。
以上对本发明提供的一种用于核素迁移测量的生态环境仓、基于尾矿库生态环境模拟的核素迁移测量实验系统及实验方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于核素迁移测量的生态环境仓，其特征在于，包括仓体；
设置在仓体周围的保温层；
设置在仓体底部的底板；
所述仓体内设置有三层，从上至下依次为第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓。
2.根据权利要求1所述的生态环境仓，其特征在于，所述第一覆盖层仓的高度为10～30cm；
所述第二覆盖层仓的高度为10～30cm；
所述尾砂仓的高度大于等于80cm；
所述第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓上下均不封闭；
所述保温层可分为第一保温层、第二保温层和第三保温层，分别与第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓相对应设置。
3.根据权利要求1所述的生态环境仓，其特征在于，所述第一覆盖层仓、第二覆盖层仓和尾砂仓上部，设置有纵向隔板；
所述第一覆盖层仓内的纵向隔板将第一覆盖层仓分为多个小仓；
所述第二覆盖层仓内的纵向隔板将第二覆盖层仓分为多个小仓；
所述尾砂仓上部的纵向隔板将尾砂仓上部分为多个小仓；
所述第一覆盖层仓内的纵向隔板、第二覆盖层仓内的纵向隔板和尾砂仓内的纵向隔板相对应设置；
所述尾砂仓上部为大于等于尾砂仓高度的50％的部分。
4.根据权利要求1所述的生态环境仓，其特征在于，所述底板包括筛网、承重板和接液盘中的一种或多种；
所述第一覆盖层仓、第二覆盖层仓、尾砂仓分别设置有一个或多个采样孔，和/或，一个或多个监测孔；
所述采样孔和监测孔在设置高度上相同；
所述保温层上设置有用于拆卸的扣件。
5.根据权利要求1所述的生态环境仓，其特征在于，所述底板由由上至下依次设置的筛网、承重板和接液盘组成；
所述第一覆盖层仓和第二覆盖层仓内分别设置有尾砂覆盖材料；
所述第一覆盖层仓的尾砂覆盖材料上种植有植被；
所述尾砂仓内设置有放射性尾矿砂。
6.一种核素迁移测量实验系统，其特征在于，包括权利要求1～5任意一项所述的生态环境仓、采样装置和环境调控系统。
7.根据权利要求6所述的核素迁移测量实验系统，其特征在于，所述采样装置包括氡气采样器、测氡仪和干燥材料；
所述环境调控系统包括温湿度传感器、加热装置、洒水装置和中央控制系统中的一种或多种；
所述中央控制系统，与采样装置和环境调控系统相连接，实现采样和调控的关联控制。
8.根据权利要求7所述的核素迁移测量实验系统，其特征在于，所述加热装置设置在尾砂仓或底板；
所述加热装置在尾砂仓的设置高度小于等于尾砂仓高度的50％；
所述洒水装置设置在第一覆盖层仓的上方。
9.一种采用权利要求6～8任意一项所述的核素迁移测量实验系统的核素迁移测量实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将铀尾矿库铀尾沙和水混合后，得到尾砂，将尾砂装入尾砂仓内；
将土壤类材料样品或者，土壤类材料样品和填埋材料样品，装入第二覆盖层仓内；
将土壤类材料样品装入第一覆盖层仓内；
2)在仓体内布置采样装置；
将保温层固定在仓体周围，打开加温装置调控温度，静置后，种植植被；
3)根据铀尾矿库所在地的降雨和温度情况，在中央控制系统中进行设置和监测，并根据采样装置的数据进行实时调控；
4)待植被达到检测要求后，分别取得植被的地上部分和地下部分，经过处理后，测量核素含量；取得覆盖层中的样品，经过二次处理后，测量核素含量。
10.根据权利要求9所述的核素迁移测量实验方法，其特征在于，所述尾砂中的含水量为5％～30％；
所述土壤类材料包括红壤、棕壤、褐土、黑土、栗钙土、漠土、潮土、灌淤土和湿土中的一种或多种；
所述填埋材料包括粉煤渣、河沙、建筑废料、城市垃圾和卵石中的一种或多种；
所述土壤类材料样品为经过预处理的土壤类材料；
所述填埋材料样品为经过预处理的填埋材料；
所述预处理包括拣选、风干、粉碎和过筛中的一种或多种；
所述装入具体为装入压实直至填满；
所述处理包括称重、炭化灰化和研磨中的一种或多种；
所述二次处理包括风干、去杂、磨碎、过筛和混匀中的一种或多种。
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