露天堆放的铀尾砂经过风化作用、雨水淋滤、地表径流等外界作用,其中的放射性核素(U、Th)会被浸出,使铀尾矿成为一个潜在的放射性污染源。本文以相山721矿铀尾矿及周边地区为研究对象,通过野外调查、取样、室内酸浸实验、模拟降雨柱实验以及运用PHREEQC-Ⅱ对水化学成分进行计算分析,研究铀尾矿核素的含量、形态特征、及其在库区水环境中存在形式及迁移行为。主要研究成果如下:(1)尾矿库中,尾矿砂的铀含量随着取样深度加深逐步增加,钍含量则集中在尾矿砂表层。用体积比4%的硫酸对不同深度取样的尾矿砂进行静态浸泡实验,实验结果表明:尾矿砂中铀的浸出总量随着取样深度的加深呈现出含量增加的趋势,在60cm处铀的浸出总量最大。钍的浸出总量随取样深度的加深而产生了明显降低的趋势,表层钍的浸出总量大于其他各层。主要原因是暴露在空气中的尾砂中铀被氧化为六价,经降水淋洗,溶解下渗,在深部累积,而钍不是变价元素,并且不易溶解,所以不易发生迁移行为。铀、钍的浸出过程基本可分为快速浸出阶段、缓慢浸出阶段或稳定阶段、饱和阶段这三部分,说明浸出初期在硫酸的作用下部分可溶性的铀、钍会快速进入浸出液中,导致前期浸出液中离子浓度较高,而实验后期铀、钍的浸出基本受内扩散控制,浸出缓慢,浸出量较小。(2)自然降雨条件对尾矿砂铀的浸出变化产生主要影响,模拟酸雨条件下(p H=4、6),尾矿砂铀的浸出过程相似,都是随着深度的增加,淋滤液浸出尾砂中铀元素所用的时间就越长。当使用p H=4的淋滤液进行浸出实验时,尾矿砂浸出液的p H>8时,浸出液中的铀元素含量降低为0;当使用p H=6的淋滤液进行浸出实验时,尾矿砂浸出液的p H>7.85,浸出液中的铀元素含量降低为0。这说明浸出液的p H值变化受到淋滤液的p H值大小的影响,淋滤液的酸性大小会直接影响到尾矿砂中U的赋存形态及浸出量的变化。(3)运用PHREEQC-Ⅱ对研究区浅层地下水、尾矿库渗滤水、地表水及尾矿砂浸出液中主要元素形态进行模拟计算。结果发现p H值与pe值对水中铀离子的形态分布特征有着决定性影响。p H值的变化主要与UO2F+、UO2F2、UO2F3-、UO2(CO3)34-、UO2(CO3)22-这五种形态相关,UO2F+、UO2F2、UO2F3-的含量随着溶液p H值的增加,含量逐渐减少;UO2(CO3)34-随着p H值的增加,含量逐渐增加,当4<p H<8时,UO2(CO3)22-含量增加,在p H=8处达到最大值,随后含量开始降低,这是因为随着p H增加,地下水所处环境逐渐由弱酸性变为弱碱性,氟化铀酰会逐渐沉淀,地下水中的碳酸根离子增多,并与铀酰结合,形成碳酸铀酰,溶解于水中;而当pe<6时,浅层地下水中的U主要以六价态形式存在,但是也存在较少量四价态的形式。当pe>6时,浅层地下水中的铀仅存在六价态,四价铀全部消失。说明当pe值升高,浅层地下水中的氧化性增强,水中四价铀被氧化成六价铀。(4)主要创新点:1)研究铀尾矿库中放射性核素(U、Th)的迁移行为和存在形式2)计算不同类型水(浅层地下水、尾矿砂浸出液、尾矿库渗滤水和地表水)铀元素的存在形式及影响因子。这对建立铀尾矿区环境污染防治有着重要的实际意义。