一种用于屏蔽氡的黏土层及其应用

技术领域

本发明属于核科学技术领域，尤其涉及一种用于屏蔽氡的黏土层及其应用。

背景技术

天然放射性核素在环境中无处不在，在涉及加工矿物的设施和活动中，天然放射性核素大量集中，在一些湿法冶金行业中尤其明显。这些含有较高水平天然放射性核素浓度的非铀矿称为伴生放射性矿。伴生放射性废物(NaturallyDccurringRaclioactiveMraterial)，也“aNORM废物”，是指非铀(钍)矿产资源开发利用活动中产生的铀(钍)系单个核素活度浓度超过1Bqig的固体废物，主要为在冶炼及采选过程中产生的尾矿、尾渣和其他残留物等。这些由于人类活动而产生的NORM废物会对工人、公众和环境造成辐射影响。

目前，伴生放射性固体废物的处置库上方的覆盖层中包括了用于屏蔽氡的屏蔽层，该屏蔽层通常为黏土，但是纯的黏土并不致密，屏蔽效果有限。现有技术中，已有对伴生放射性固体废物的处置库覆盖层的设计，例如，冀东、杜娟、张贺飞、刘晓超，我国伴生放射性废渣特点及处置案例[J]，核技术，2023,1(46)，以及发明名称为“屏蔽氡气和改善渗水水质的铀尾矿渣库覆盖结构和方法”中国专利申请(CN202211259176.X)提供了一种屏蔽氡气和改善渗水水质的铀尾矿渣库覆盖结构和方法，包括依次设置在铀尾矿渣上方的腐殖质覆盖层、氡气屏蔽层、下导水层、隔水层、上导水层、植被层。所述腐殖质覆盖层采用腐殖质土，腐殖质土中有机质含量大于25％；所述氡气屏蔽层的压实度在0.95以上，所述氡气屏蔽层的采用常规土壤和对氡具有吸附作用粘土矿物混合均匀后的改良土壤。本发明的技术方案不仅能够抑制铀尾矿渣氡的析出，还能同时提供丰富碳源以原位刺激尾矿渣中土著功能微生物的生长繁殖，控制渗水污染物产生。氡气屏蔽和渗水污染控制有机结合，在尾矿渣库退役治理工程中可一并实施，减少治理后渗水处理措施的建设和运行成本。但是其对氡的屏蔽效果仍然有待提高，而且现有技术中尚未见专门针对覆盖层中屏蔽层的设计。

因此，如何提供一种能够提高屏蔽层对氡的屏蔽效果的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于屏蔽氡的黏土层及其应用。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于屏蔽氡的黏土层，包括黏土和合成树脂乳液。

优选的，包括以下重量份数的原料：

合成树脂乳液20份、水25份和黏土55份。

有益效果：本发明引入合成树脂乳液可调控黏土结构中的分子相互作用，进而改善材料的阻隔性能。本发明利用分子间的相互作用，如氢键的形成，引发黏土结构改变，促使结构的紧密排列，增强黏土的结构密度，从而减缓气体分子的扩散速率，以使得黏土体系的阻隔性能得到提升。

优选的，所述黏土包括蒙脱土。

优选的，所述合成树脂乳液包括纯丙乳液、苯丙乳液或聚氨酯乳液。

有益效果：如图1和2所示，本发明中使用的3种合成树脂乳液红外谱图相似，但亲水性不同，其中苯丙乳液的接触角为113°，纯丙乳液为100.5°，聚氨酯乳液为76.5°。结合阻隔实验数据，表明亲水性能越好，则黏土的阻隔性能越好，该结果为黏土中引入合成树脂乳液提供了指导。

作为本发明进一步的优选，所述合成树脂乳液为聚氨酯乳液。

一种用于屏蔽氡的黏土层在伴生放射性固体废物的处置库中的应用。

一种伴生放射性固体废物的处置库，所述处置库的覆盖层中包括上述一种用于屏蔽氡的黏土层。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明大大提升了半生反射性固体废弃物的处置库覆盖层中屏蔽层的氡屏蔽能力。在黏土相同用量的情况下，本发明的氡屏蔽层效果更好，即本发明提供的黏土层能够节约黏土用量。并且，本发明提供的应用方法简单，便于进行推广使用。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例使用的纯丙乳液、苯丙乳液、聚氨酯乳液的电镜图；

图2为本发明实施例使用的纯丙乳液、苯丙乳液、聚氨酯乳液的红外谱图；

图3为本发明中氡阻隔实验的实验装置示意图；

图4为对比例1所得黏土层对氡的屏蔽性能结果；

图5为实施例1-3所得黏土层对氡的屏蔽性能结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种用于屏蔽氡的黏土层，包括黏土和合成树脂乳液。

在一些优选的实施例中，包括以下重量份数的原料：

合成树脂乳液20份、水25份和黏土55份。在该配比下，可以保证合成树脂乳液的质量分数为20％，本发明经过实验验证发现，在该比例之下屏蔽效果最佳，可能的原因是该比例有利于使得合成树脂乳液与黏土之间的相互作用效果达到最优。

在一些优选的实施例中，所述黏土包括蒙脱土。蒙脱土具有很好的吸附性。当蒙脱土吸水后，体积会膨胀，并堵塞周围介质中的所有孔隙，降低介质的孔隙度，从而形成一种阻挡氡迁移的屏障。其次，蒙脱土还具有低渗透性。这使得地表水入渗导致的地下水污染得以有效阻止，进一步防止了氡核素的迁移。因此，将蒙脱土作为屏蔽层材料，可以降低覆土的厚度和压实度，降低作业难度。

在一些优选的实施例中，所述合成树脂乳液包括纯丙乳液、苯丙乳液或聚氨酯乳液。其中，在一个最优的实施例中，采用的合成树脂乳液为聚氨酯乳液。

本发明中使用的3种合成树脂乳液红外谱图相似，但亲水性不同，其中苯丙乳液的接触角为113°，纯丙乳液为100.5°，聚氨酯乳液为76.5°。结合阻隔实验数据，表明亲水性能越好，则黏土的阻隔性能越好，该结果为黏土中引入合成树脂乳液提供了指导。

本发明提供的用于屏蔽氡的黏土层可以应用于伴生放射性固体废物的处置库中。

本发明还提供了一种伴生放射性固体废物的处置库，所述处置库的覆盖层中包括上述一种用于屏蔽氡的黏土层。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。以下实施例中所述的“份”如无特别说明，指的是质量份。

本发明实施例中使用的氡源来源于东华理工大学的标准氡室；

本发明实施例中使用的蒙脱土粒径为200目；

本发明实施例中的纯丙乳液，固体含量为50％，粘度100-500mPa·s，单体残留量0.5％，pH值9-10；苯丙乳液固体含量为40-50％，通常粘度80-3000mPa·s，单体残留量0.5％，pH值8-9；聚氨酯乳液固含量35±5％，pH值6-8，通常粘度800-1500mPa·s，三种乳液的电镜图及红外光谱图如图1和2所示。

为了考察合成树脂乳液的最佳添加量，本发明首先以聚氨酯乳液为例，分别设置了15％(即合成树脂乳液的质量在合成树脂、水和蒙脱土总质量中的占比，下同)、20％以及25％五个不同的添加量。经过屏蔽实验验证发现，当添加量为20％时，对氡的屏蔽效果最佳，添加量为15％的效果弱于添加量为20％的效果，添加量为25％时，黏土流动性增加，无法固定在屏蔽槽中，因此，本发明选取20％添加量进行后续试验。

实施例1

一种用于屏蔽氡的黏土层，其制备方法包括以下步骤：

取20份纯丙乳液、25份水、55份蒙脱土于烧杯中，采用电动搅拌的方式混合均匀，铺平、压实，干燥即得，保证干燥后的厚度为8～12cm。

实施例2

一种用于屏蔽氡的黏土层，与实施例1的不同之处仅在于，将纯丙乳液替换为等量的苯丙乳液。

实施例3

一种用于屏蔽氡的黏土层，与实施例1的不同之处仅在于，将纯丙乳液替换为等量的聚氨酯乳液。

对比例1

一种用于屏蔽氡的黏土层，与实施例1的不同之处仅在于，不添加乳液。

技术效果：

利用图3所示装置对实施例1-3和对比例1所得黏土层开展阻隔实验，屏蔽装置为实验室自行设计，该装置包括两个回路，一个回路包括氡室、干燥器、RAD-7测氡仪、下腔室；另一个回路包括上腔室、干燥器、RAD-7测氡仪；将实施例1-3和对比例1所制得的黏土层混合液固定、压实于图3的上腔室和下腔室中间的阴影部分，厚度为8～12cm，之后开展阻隔试验。

阻隔实验过程如下：

氡室相对下腔室和上腔室足够大，保证了渗透试验过程中氡室浓度稳定。在上腔室和下腔室之间，固定一定重量的黏土，用于阻隔下腔室的氡向上腔室渗透，实验通过测定上腔室的氡含量，明确阻隔效果。

结果如图4和5所示，由图4可见，不添加乳液情况下，黏土层渗过的氡浓度达到500Bq/m

为了考察其他种类的黏土对氡的屏蔽效果，本发明还设置了实施例4-5，具体如下：

实施例4

一种用于屏蔽氡的黏土层，其制备方法包括以下步骤：

取20份纯丙乳液、25份水、55份埃洛石于烧杯中，采用电动搅拌的方式混合均匀，铺平、压实，干燥即得，保证干燥后的厚度为8～12cm。

实施例5

一种用于屏蔽氡的黏土层，其制备方法包括以下步骤：

取20份纯丙乳液、25份水、55份硅藻土于烧杯中，采用电动搅拌的方式混合均匀，铺平、压实，干燥即得，保证干燥后的厚度为8～12cm。

采用同样的方法对实施例4-5的黏土层进行屏蔽效果测试，结果发现黏土层渗过的氡浓度分别为111Bq/cm

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。