包钢尾矿中放射性核素钍和稀土元素与库区地下水有机胶体的协同作用机理及迁移行为研究

本项目研究具有地区特色的包钢尾矿库区地下水中放射性核素钍和稀土元素与库区地下水有机胶体的协同作用机理及其迁移行为。首先测定地下水的pH和Eh值，测定水中腐殖酸的浓度和其所带官能团，测定水中的钍和稀土元素的含量，明确库区地下水的组成和性质；然后通过放射性元素钍和稀土元素与腐殖酸有机胶体的作用机理研究，建立二者协同作用机理模型；通过对放射性核素钍和稀土元素在模拟土壤柱中的迁移行为研究，确定腐殖酸胶体对二者的迁移的影响；通过不同浓度稀土元素存在下放射性核素钍在土壤柱迁移研究，明确共存金属离子对钍的迁移的影响；最后用库区地下水作为淋洗液测定放射性核素钍的迁移，得出它的弥散度、迁移速率、迁移量等参数，为最终尾矿库的综合治理提供科学、合理的数据。本研究具有十分重要的理论和现实意义。

尾矿中存在的放射性核素等会溶解进入地下水中并发生迁移，对环境造成长期的危害。本项目研究包钢尾矿库区地下水中稀土元素和钍与地下水中有机胶体（腐殖酸）的协同作用机理及其迁移行为。通过测定地下水的pH值和Eh值、水中腐殖酸、钍和稀土元素的含量，明确库区地下水的组成和性质；通过钍和稀土元素与腐殖酸有机胶体的作用机理研究，建立二者协同作用机理模型；通过稀土元素在模拟土壤柱中的迁移行为研究，确定腐殖酸胶体对其迁移的影响，明确共存金属离子对稀土离子的迁移的影响，得出它的弥散度、迁移速率、迁移量等参数。为尾矿的环境治理提供科学依据。.研究发现尾矿库区浅表地下水和废水中重金属离子、稀土离子及钍离子等均超标，应予以治理；实验对库区土壤腐殖酸进行了提取、分离和表征，发现不同种类、不同分子量的腐殖酸所含元素含量、官能团、腐殖化度、芳香度等有很大的差异。实验研究了不同种类、不同分子量腐殖酸吸附络合稀土离子的行为，发现：（1）腐殖酸吸附La3+的等温吸附线符合Freundlich方程；（2）吸附动力学曲线符合准二级动力学方程；（3）腐殖酸对La3+的吸附量随pH值的增加而增加，但对不同类型腐殖酸的影响是不同的，有的最终达到平衡，有的出现最大值；（4）各种腐殖酸对稀土离子的吸附均随温度的升高而下降，说明该吸附过程为放热反应；（5）共存离子情况下腐殖酸对镧离子的吸附容量随金属离子增加先增大后减小，出现一个临界点，说明共存离子与稀土离子存在竞争-协同关系。实验也研究了腐殖酸对不同稀土离子的吸附，发现腐殖酸吸附不同稀土离子过程中存在一个“分馏作用”。同时研究了尾矿地区土壤（添加各种腐殖酸）对稀土离子和钍离子的吸附，研究发现：（1）添加腐殖酸会促进土壤的吸附，土壤吸附两种离子的等温吸附线符合Freundlich方程；（2）吸附动力学曲线符合准二级动力学方程；（3）土壤对两种离子的吸附随pH值得增加而增大，与腐殖酸吸附稀土离子影响不同；而且不同腐殖酸的影响也是不同的，黑腐酸的影响大于黄腐酸和棕腐酸、不同分子量腐殖酸吸附量的差异性与其所含的酸性基团数量成正比关系；（4）土壤对两种离子的吸附随温度的升高而增大，说明该吸附过程为吸热过程。最后采用连续和脉冲两种输入法进行柱迁移实验，研究了库区土壤对稀土离子的吸附迁移的影响因素，发现稀土离子在柱中的迁移随离子浓度、腐殖酸浓度、腐殖酸浓度和pH值的增加而加快。