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个旧霞石正长岩综合利用的放射性研究

作　者: 李永佳
导　师: 雷霆
学　校: 昆明理工大学
专　业: 有色冶金
关键词: 霞石正长岩放射性核素
分类号: TD985
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

个旧霞石正长岩是全国十余个同类矿物资源中含钾较高,又是我国地质工作程度最高、处理工艺研究最深的矿床,在首勘矿段内探获矿石储量5000余万吨,为工业化生产建设提供了充分的资源保证。若开发利用则可带动冶金、化工、建材等行业协同发展,形成滇南地区新的支柱产业,但是前期个旧霞石资源地质工作中保存下来的钻探岩心样,按新的放射性核素标准送检时,发现矿石除含有相当数量的放射性元素铀、钍之外,还含有较高的放射性同位素K40,且K40的放射性比活度高达3000Bq/Kg。为了明确个旧霞石矿处理过程中,各放射性核素比活度的强度和放射性核素在工艺处理过程中的走向与变化规律,论文采用国家《放射性废物的分类》标准,国家对长期接受放射性核素照射人员采用的人体接受放射性照射剂量标准,以及类比我国现有的稀土矿山及其加工厂的放射性评价标准,对个旧霞石正长岩矿床的放射性核素比活度及其对人体的危害进行了研究,同时进行了全流程工艺试验研究,重点研究的工序为：备料、烧成、溶出、脱硅、碳分、煅烧产出氧化铝。对进料样与出料样进行了放射性核素比活度鉴定,据检验结果确定各放射性核素在工艺处理过程中的行为与走向,论文的主要成果如下：(1)个旧霞石正长岩矿床中主要的放射性核素是210pb、238U、235U、232Th、2266Ra、40K和137Cs等七种,无论按矿石的总放射性强度、个别核素的放射性比活度、人体连续接触耐受的放射性计量标准来衡量,甚至按照国家对水泥规定的内、外照射指标来衡量,个旧霞石正长岩矿床都属于放射性较低的资源,不需要进行防护。(2)个旧霞石正长岩矿床放射性强度以及放射性比活度的分布规律,大体验证了前期据总伽马测量得出的结论,即在面上和沿纵深,绝大部分区域属于放射性强度的正常区,放射性核素与放射性强度的异常区,呈孤立的点状分布特征。(3)矿石加工处理过程中,各中间物料的放射性比活度和总放射性强度,都未达到放射性设防标准,亦即霞石烧结法整个工艺处理过程不须采取放射性防护措施,产品氧化铝的放射性比活度不高,属正常冶金产品,产品碳酸钠、碳酸钾,总α分别为2.75×103和3.33×104,均远远低于GB9133-1995低放射性废物总α=4×106的规定,属于不须防护的正常化工产品；产品水泥的内照指数IRa为0.69~0.75,外照指数Ir,为0.89~0.95,符合国家对建筑装饰材料规定的IRa≤1.0和I,≤1.0的标准,可以作为建筑的主体材料进行使用,使用范围不受限制,属正常水泥产品。(4)矿石加工处理过程中,放射性核素的走向各不相同,其中,最主要的放射性核素铀、钍、镭和钾的走向,决定着中间物料与最终产品的放射性强度变化规律：①铀,经烧成、溶出后,约一半略弱的留存在霞石泥中从而进入水泥系统,最终进入水泥产品中；约一半略强的进入溶液,溶液中的铀在脱硅、碳分处理时,大部留存在溶液中而进入制碱系统,制碱时,约3/4进入碳酸钾产品中,1/4进入碳酸钠产品中;②镭,经烧成、溶出后,约3/4的留存在霞石泥中从而进入水泥系统,最终进入水泥产品中；仅有约1/4进入溶液,溶液中的镭在脱硅、碳分处理时,大部留存在溶液中而进入制碱系统,制碱时,约3/4进入碳酸钾产品中,1/4进入碳酸钠产品中;③钍,经烧成、溶出后,约1/3的留存在霞石泥中从而进入水泥系统,最终进入水泥产品中；约2/3的进入溶液,溶液中的钍在脱硅、碳分处理时,大部留存在溶液中而进入制碱系统,制碱时,约3/4进入碳酸钾产品中,1/4进入碳酸钠产品中；④40K,经烧成、溶出后,近90%的溶入溶液,溶液中的40K在脱硅、碳分处理时,大部留存在溶液中而进入制碱系统,制碱时,约92%进入碳酸钾产品中,8%分散于碳酸钠产品中。论文的主要创新点为：对霞石正长岩矿床进行放射性研究,明确在矿石利用过程中可能产生的放射性影响,为霞石资源的开发提供依据。同时跟据放射性核素比活度测定结果,确定了各放射性核素在工艺处理过程中的行为与走向,明确矿石加工处理过程中,各中间物料(包括液体物料与固体物料)的主要放射性核素,并测定其比活度及总的放射性强度,对工艺流程中哪一些工序需要做放射性防护和做什么样级别的防护,给出了明确的结论,论文的完成为综合利用霞石正长岩资源提供了保证,有重要的现实意义和理论价值。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章文献综述  14-31
  1.1 个旧霞石正长岩及其开发的前期工作概述  14-30
    1.1.1 霞石概述  14
    1.1.2 霞石在工业上的应用  14-17
    1.1.3 开发个旧霞石资源的必要性  17-20
      1.1.3.1 霞石资源的重要性  17-19
      1.1.3.2 霞石资源开发有助于缓解我国钾资源的不足  19
      1.1.3.3 个旧霞石正长岩资源利用是个旧地区发展的意义  19-20
    1.1.4 个旧霞石正长岩前期工作概要  20-30
      1.1.4.1 中俄科技合作及之前的工作  20-26
      1.1.4.2 中俄科技合作完成之后的工作  26-27
      1.1.4.3 省霞石资源开发工作小组开展的工作  27-30
  1.2 本章小结  30-31
第二章放射性基础理论及其对人体的影响  31-47
  2.1 放射性现象  31-32
  2.2 放射性衰变  32-34
    2.2.1 α衰变  32
    2.2.2 β衰变  32-33
    2.2.3 β~+衰变  33
    2.3.4 电子俘获  33-34
    2.2.5 同质异能跃迁  34
  2.3 放射性系列  34
  2.4 射线与物质相互作用  34-36
  2.5 射线的能谱  36-37
  2.6 放射性射线对人体的影响及其防护  37-44
    2.6.1 射线对人体的影响  37-42
      2.6.1.1 射线的生理作用  37-39
      2.6.1.2 射线病及其长期影响  39-41
      2.6.1.3 辖射生物作用旳生物化学基础  41-42
    2.6.2 射线的防护  42-44
  2.7 放射性表征  44-46
    2.7.1 放射性活度  44
    2.7.2 吸收剂量  44
    2.7.3 比释动能  44-45
    2.7.4 剂量当量  45
    2.7.5 剂量当量限值  45-46
  2.8 霞石正长岩放射性成因  46
  2.9 本章小结  46-47
第三章霞石正长岩综合利用的方法  47-57
  3.1 本课题的目的和意义  47-48
  3.2 原料的理化性质和放射性  48-53
  3.3 矿石处理的工艺流程  53-56
    3.3.1 处理个旧霞石正长岩矿石的推荐流程  53
    3.3.2 本研究简化使用的主工艺流程  53-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章个旧霞石正长岩矿床的放射性研究  57-66
  4.1 前期地质工作有关矿区放射性的主要工作与结论  57-59
  4.2 放射性评价研究用地质矿样与工艺矿样的采取  59-60
    4.2.1 地质矿样与工艺矿样的采样设计  59-60
    4.2.2 地质矿样与工艺矿样的采样结果  60
  4.3 矿床放射性核素比活度分析及据以对矿床进行的放射性评价  60-64
    4.3.1 矿石的核素组成  60-61
    4.3.2 矿石的核素分析结果与分布特征  61
    4.3.3 个旧霞石正长岩矿床的放射性核素比活度评价  61-64
      4.3.3.1 按放射性废物分类评价  62
      4.3.3.2 按建材放射性标准的评价  62
      4.3.3.3 以放射性剂量进行的放射性评价  62-63
      4.3.3.4 类比放射性评价  63-64
      4.3.3.5 核素比活度放射性评价结论  64
  4.4 个旧霞石矿的放射性评价结论  64-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章氧化铝生产系统的放射性评  66-86
  5.1 主工艺各工序的放射性研究  66-74
    5.1.1 备料与烧成  66-67
    5.1.2 溶出  67-71
    5.1.3 脱硅  71-72
    5.1.4 碳分  72-73
    5.1.5 氢氧化铝煅烧  73-74
  5.2 Al_2O_3生产系统的核素行为与分布研究结果  74-85
    5.2.1 备料与烧成  74-76
    5.2.2 溶出  76-81
    5.2.3 脱硅  81-83
    5.2.4 碳分  83-84
    5.2.5 氢氧化铝煅烧  84-85
  5.3 本章小结  85-86
第六章水泥生产系统的放射性研究  86-93
  6.1 水泥配料与烧成结果  86-88
  6.2 水泥混料与烧成工艺的放射性结果  88-89
  6.3 霞石泥烧制水泥熟料的不同水泥品种放射性评价  89-91
  6.4 水泥放射性评价  91-92
  6.5 本章小结  92-93
第七章碳酸碱生产系统的放射性研究  93-100
  7.1 原料成分、方法和工艺流程  93-96
  7.2 物料平衡试验结果  96
  7.3 碳分母液制碱过程的放射性特征  96-99
  7.4 碱产品的放射性评价结论  99
  7.5 本章小结  99-100
第八章霞石矿石处理全流程的放射性评价  100-108
  8.1 Al_2O_3生产系统的核素平衡计算  101-104
  8.2 霞石泥烧制水泥系统和制碱系统的核素行为与分布的计算程序模拟运  104-107
  8.3 本章小结  107-108
第九章结论  108-112
参考文献  112-121
致谢  121-122
附录  122-124
  在攻读博士期间发表的论文  122-123
  攻读博士期间参加和负责项目  123-124
  攻读博士期间获得的专利  124

个旧霞石正长岩综合利用的放射性研究

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