鈾礦尾礦氡射氣系數測量方法及主要影響因素研究

摘 要：放射性礦物以及放射性伴生礦物在開采過程中，由于巖石破碎處理，改變了礦石原有的物理結構，引起氡氣射氣系數和遷移特性的改變，造成尾礦氡氣排放超標等環境問題。測定尾礦射氣系數以及研究射氣系數主要影響因素，對尾礦氡氣防護與治理具有重要意義。本文以鈾礦尾礦射氣系數為研究對象，搭建了射氣系數測量裝置，并利用裝置測量了不同粒徑和溫度條件下樣品的射氣系數。依據實驗數據建立了射氣系數與溫度和粒徑的關系和經驗公式。實驗結果表明，在5 目～30 目的粒徑范圍內，射氣系數與樣品成冪指數關系，隨著樣品粒徑減小而增大;射氣系數與溫度存在正相關性，在20～40 ℃ 范圍內，存在線性關系。得到的經驗公式可用于鈾礦尾礦氡氣濃度模擬計算，為尾礦氡氣治理提供基礎數據。

關鍵詞：鈾礦尾礦;氡;溫度;粒徑;射氣系數

中圖分類號：TL75 文獻標識碼：A

自然界空氣中的氡氣主要為222 Rn，主要來源于土壤或巖石中226 Ra 衰變產生的222 Rn 遷移釋放到大氣中。在礦產開采過程中，對礦物巖石進行破碎，減小了礦物顆粒和巖石的粒徑，增加了巖石裂隙和表面積，促進了氡氣從礦物顆粒中析出進入大氣，進而引起輻射環境問題。氡氣射氣系數和運移規律的研究，厘清了氡氣從產生、釋放到遷移的過程，為尾礦氡氣防護和治理提供支撐。226 Ra通過α 衰變產生222 Rn，根據動量和能量守恒，222 Rn原子獲得86 keV 的反沖動能。氡原子在介質顆粒中反沖距離僅為0. 02 ～ 0. 07 μm[1] 。因此位于固體顆粒表面的氡原子可以通過反沖作用脫離固體顆粒的束縛，成為自由氡。射氣系數是表示氡在介質內存在狀態的參數，數值上為可自由移動的氡在總量中所占的份額。

國內外學者對射氣系數的影響因素開展了諸多研究。1982 年， 斯坦福大學的Satomi 和Kruger[2] 在不同的儲層條件下，測量了多孔巖石顆粒的氡射氣系數，設計實驗觀察了巖石粒徑對射氣系數的影響。研究結果顯示，直徑小于300 μm的巖石顆粒的射氣系數隨直徑的減小而急劇增加。劉靜等[3] 從內因（多孔介質的物理性質、鐳含量、粒徑尺寸、孔隙率、滲透性、射氣系數等） 和外因（氣壓、氣溫、濕度、風速等） 兩方面闡述了氡在多孔介質中析出和運移的主要影響因素。匈牙利學者Breitner 等人[4] 利用γ 能譜法計算了不同粒徑花崗巖砂樣品的射氣系數，發現當粒徑從1 ～ 2mm 到lt;0. 063 mm 時，鐳活度從50 Bq/ kg 增大至200 Bq/ kg，射氣系數也從0. 12 增大到0. 30，且粒徑從0. 125 ～ 0. 250 mm 再繼續減小時，射氣系數會有顯著的增大。吳和喜等人[5] 做了相關研究，通過對腔體中氡氣累積過程的測量，依據氡氣析出率和給定擴散系數計算射氣系數。曾曄等[6] 通過實驗直接測量了原煤、煤粉的射氣系數，定性地討論了射氣系數與粒徑的關系。結果表明， 在0. 10～5. 00 mm 的粒徑范圍內，煤樣的射氣系數隨著粒徑減小而逐漸增大。李實[7] 把尾礦砂置于密封腔體內，通過抽取罐內空氣測量介質的氡析出量推算了射氣系數，并討論了鈾礦尾礦氡射氣系數與溫度、粒徑之間的關系。寧振凱[8] 通過實驗探討了煤樣射氣系數與溫度之間的關系，得到煤樣在升溫條件下射氣系數隨溫度的升高而增大的定性結果。