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?做核资源与环境领域 创新研究的“国家队”

来源:中国核工业报社,中国核工业报 编辑:系统管理员 发布时间:2018年11月23日


  日前,科技部与江西省人民政府联合发文,批准依托东华理工大学省部共建“核资源与环境国家重点实验室”。这是我国核资源与环境领域建立的首个国家重点实验室。该实验室将以国家核行业重大战略需求为导向,以汇聚拔尖人才为牵引,重点围绕铀成矿理论与勘查方法、铀矿采冶方法与技术、核废物处置与环境治理三个研究方向开展基础研究与应用基础研究,形成国内一流、国际知名的核资源与环境基础研究能力。本文特先容该实验室将如何发力进行相关研究,以飨读者。

  铀是被誉为“核工业的粮食、战略核力量的军工基石”的重要战略资源和能源矿产。但我国铀矿资源较为匮乏且禀赋不佳,难以满足国家能源安全和国防科技工业发展的需要。因此,制约核工业发展的瓶颈一直存在,铀资源的勘查、采冶和核废物处置等相关科研问题成为众多学者关注的焦点。

  “作为我国核工业领域的第一所高等学校,东华理工大学高擎‘核学’‘地学’两杆大旗,为我国核大国地位的确立、为国防科技工业的发展和地方经济的建设作出了重要贡献。”东华理工大学党委书记柳和生表示,“此次获批建设核资源与环境国家重点实验室,意味着学校在相关领域有了基础研究和应用基础研究的‘国家队’。”据他先容,目前实验室已经集中该校相关学科的优秀人才资源,形成了以知名专家学者为学术带头人、中青年学术骨干为中坚力量的高水平科研团队,将为我国核资源与环境领域的发展提供有力的创新动力和智力支撑,持续助力国家核能发展战略以及铀矿大基地建设。

  聚焦一:向500米以下“第二勘查空间”“寻宝”

  全球铀矿资源丰富,但分布极为不均,主要集中在澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯等国。鉴于铀资源的重要性,美国、俄罗斯、日本等国多年前就已建立起充足的铀矿资源储备。据国际原子能机构报告,我国铀矿探明储量居世界十名开外。且我国铀矿资源具有规模小、品位低、选冶难度大等特点,常有其他矿产伴生,大量复杂、难处理的铀资源尚未得到有效开发利用。

  在铀矿勘探方面,加拿大、澳大利亚等具有资源优势的国家走在世界前列,其深部铀矿勘查可达2000~3000米。目前我国绝大部分地区的勘查深度不足500米,在深地(500~2000米)探测中仍有巨大的找矿潜力。随着核电产业的迅速发展,我国铀矿资源需求持续攀升。因此,扩大储量、提升产能,保障铀资源供应安全成为一块难啃的“硬骨头”。

  但地质人最不怕的,就是啃“硬骨头”。作为全国核资源与环境领域学科体系最为齐全的高校,东华理工自诞生之日起就开启了数十年如一日的“入地”攻关。

  在新时期,为突破我国铀资源“第二勘查空间”,攻克深地铀资源勘查的关键科学瓶颈,东华理工核资源与环境实验室发扬地质人“逢山爬山,遇水涉水”的精神,培养和集聚核资源勘查与方法研究创新团队、地球探测与信息技术创新团队、铀资源勘查与铀矿产品提取技术创新团队等多个高层次人才队伍,以我国典型铀矿集区为研究对象,开展铀矿地质、地球物理和地球化学的综合研究,建立典型矿床找矿模型,拓展找矿空间,扩大找矿成果;加强深部铀矿勘查方法与技术的基础研究与应用研究,对铀资源精准定量与评价,为国家铀矿资源勘查提供理论支撑。

  聚焦二:趟出经济、环保、高效的铀矿采冶之路

  在我国铀矿分布版图中,南方多为硬岩型铀矿,北方多为砂岩型铀矿。矿床类型不同,采冶方式也不尽相同。“硬岩型铀矿采冶通常采用成本相对低廉的铀矿堆浸方法技术。但随着铀资源需求量逐年上升,硬岩型铀矿山浅部富矿资源逐渐被开采殆尽,而低品位铀矿石的堆浸资源回收率低,废石和尾渣等存在较大的环境问题,致使铀矿开发难度加大、生产成本增高。而针对砂岩型铀矿采冶,相关技术走在世界前列的美、俄等国通常采用酸法或微试剂中性浸出等化学浸出方法。但对埋藏深、品位低、还原性强、成分复杂的铀矿石,这些方法均难取得理想效果。”实验室主任孙占学教授先容。

  那如何经济、环保、有效地开采复杂、难处理的铀矿?怎样解决这类铀矿“浸出机理与控制方法”等问题?

  针对硬岩型铀矿采冶,实验室的科研团队提出“生物-矿物-溶浸液强关联”的浸出理论,研发出新型绿色生物堆浸系统集成工艺,现已推广应用并取得良好的经济效益。针对砂岩型铀矿采冶,实验室沿着生物地浸采铀技术的发展方向,重点开展铀矿浸出水-岩作用机理、微生物浸铀方法与技术以及铀分离与测试新方法三个方面的研究。目前,实验室已将研究成果应用于伊犁盆地难浸翼部矿体铀资源回收,取得了良好成果。

  同时,铀矿采冶样品因成分十分复杂,其快速准确分析也是一项极富挑战的难题。当前国内外对铀及伴生元素的测定是以化学法和原子光谱法为主,样品测定前需要经过溶解、分离、富集等许多繁琐的步骤,为此,实验室创建了复杂基体样品直接质谱新方法,无需样品前处理,可快速准确地直接进行分析测定。此外,结合当前人工智能的快速发展,实验室有望在离子化领域取得新突破,实现高放射性极端环境下铀矿采冶过程中化学成分的自动分析与调控。

  聚焦三:力促铀矿产业生态化

  随着铀矿采冶工作的长期开展,放射性废物存量不断增加,将对大气、土壤和水域生态环境造成潜在威胁。特别是随着核电的快速发展,我国核电站产生的核废物也将越来越多。因此,核废物处置、核素分离富集、辐射监测与环境修复研究逐渐进入公众视野,铀矿产业生态化也成为我国生态文明建设的必然要求。

  为了祖国的绿水青山,东华理工的科研人员深知重任在肩。放射性废物处理与处置、核设施退役治理理论与方法的创新,高放废物深地质处置与环境安全的技术体系与评价标准的构建,放射性污染治理新技术的开发,大气氡及气载放射性物质形成机理的研究……一系列有效的辐射监测技术与经济可行的环境修复技术研究,都成了实验室科研团队的重点研究方向。

  因为粘土岩自封闭性优异、滞留能力强,采用花岗岩和粘土岩吸附解吸放射性核素,成为目前国际公认的可行性和安全性最高的核废物处置方案。实验室按照我国“放射性废物地质处置设施选址”安全导则要求,开展粘土岩场址总体要求、关键特性指标及评价技术的研究工作,并通过区域地质调查、地球物理勘探和地球化学分析,初步确定预选区和泥岩目标层位,再进行不同预选区的对比、筛选,为国家高放废物处置库预选地段对比和预选场址推荐提供支撑。

  针对放射性污染地下水中核素离子的存在形态,实验室开展放射性污染地下水治理理论研究和技术开发;在典型铀矿区放射性核素污染场地建立修复示范工程,开展修复技术的环境风险评估,建立修复技术规程与设计规范;开展江西省主要稀土矿区放射性及氨氮污染机理和修复技术研究,建立示范工程;研究核素分离富集,回收放射性废水中的有价核素,以提高资源利用率和减小放射性废水对环境的危害。

  通过模拟仿真及现场试验,研究气载放射性物质形成机理与运移规律,探求一定条件下形成气载放射性物质动态稳定场的可行途径;制定气载放射性物质测量与校准方法研究及计量标准,研发气载放射性物质计量标准装置,构建气载放射性物质的单核素或多核素的标准气态场;开展核设施气载放射性物质释放及迁移规律的研究,对气载放射性物质有效辐射计量开展系统化、大区域调查和评估,研究开发不同类型气载放射性物质污染的有效治理方法。

  “今后,实验室将在科技部的协助下,与业务对口的其他国家重点实验室建立学术交流和合作关系,提升研究能力和科研水平,并统筹技术创新引领专项和基地人才专项等国家科技计划,为自身的科研能力和科研基础条件建设提供支撑。同时,作为依托单位,东华理工也将大力支撑实验室的建设,并以此为契机挖掘相关领域学科优势、孕育高水平研究成果,进一步加快‘行业领先、区域一流’特色高水平大学和‘双一流’大学建设,为服务国防军工行业和江西地方经济建设提供更有力的智力支撑和人才保障。”柳和生表示。(朱天星)

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