铀尾砂水泥固化体的力学性能及抗浸出性实验研究

作     者：王小丽 

作者单位：南华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋复量;龙飞宇

授予年度：2019年

学科分类：081902[工学-矿物加工工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：铀尾砂 水泥固化 抗压强度 抗浸出性 孔隙度 

摘      要：由于原子能和国防工业的发展,铀及冶金产物的需求量不断增加,导致铀尾矿的量也不断增加。堆积的铀尾矿不仅会造成周围环境的污染,还会威胁周边居民的身体健康。本文结合南方某铀尾矿库的实际情况和退役治理需求,采用水泥固化技术,以水泥、矿渣粉和粉煤灰为胶结材料对铀尾砂进行固化处理,研究了铀尾砂固化体的无侧限抗压强度、抗浸出性和孔隙度及其之间的关系。主要的研究内容包括以后几个方面:(1)对铀尾砂进行了属性分析,包括铀尾砂的化学组成、含水率、粒径和物相分析等;研究了水泥、矿渣粉、粉煤灰的物理化学性质;根据以上掺合料的不同物理化学性质,进行配合比设计,制作成不同掺合料及不同配合比的铀尾砂水泥固化体,将粉煤灰、矿渣粉和粉煤灰与矿渣粉的混合物(两者的质量比为2:1)分别替代水泥掺量的15%、20%和25%制成铀尾砂水泥固化体。(2)研究了不同龄期、不同配比及不同掺合料固化体试样的无侧限抗压强度,以及试样铀的抗浸出性,并计算了第42天铀的浸出率,通过核磁共振实验获得了不同配比、不同掺合料固化体试样的孔隙度。结果表明:抗压强度效果最好的是掺入25%粉煤灰的水泥固化体,强度值为12.91MPa;复掺25%的矿渣粉和粉煤灰的抗压强度最小,强度值为7.33MPa。(3)十组不同配比不同掺合料的铀尾砂水泥固化体在酸性条件下,浸出铀的量比在碱性条件下浸出的量大。不同龄期、不同掺合料的浸出率不同,第42天时只有单掺水泥的铀尾砂固化体的浸出率的值为1.36×10-5cm/d,不符合国家标准,而掺入粉煤灰、矿渣粉和复掺粉煤灰与矿渣粉的铀浸出率都符合国家标准,浸出率最小的是掺入25%的粉煤灰固化体,孔隙度为4.93×10-6cm/d。(4)通过对10组铀尾砂水泥固化体进行核磁共振实验,发现掺入25%的粉煤灰最合适,孔隙度也较低;掺入15%矿渣粉时,抗压强度最大,孔隙度最小;当复掺15%粉煤灰与矿渣粉时,抗压强度最大,孔隙率最小。综合分析固化体的抗压强度、铀的浸出率和孔隙度等参数,掺入粉煤灰的水泥固化体较三个掺合料好,其最优为掺入25%粉煤灰铀尾砂水泥固化体。