松散破碎射气介质氡析出能力的测量方法及测量装置

摘要

一种对松散破碎射气介质氡的析出能力进行测量的方法及装置，测量采用本发明提供的实验装置，主要用于测量颗粒粒径较大，级配分布极不均匀，颗粒间不存在联结的松散破碎射气介质析出到颗粒之间空隙中的氡的能力。通过测量不同时刻氡的浓度C，作出氡浓度C与时间t的关系图。根据微分原理可知，该曲线上各测点的切线的斜率即为松散破碎射气介质在对应时间点和浓度点的氡的析出能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对松散破碎射气介质氡析出能力进行测量的方法及测量装置，特别是在原地爆破浸出采铀技术中对松散破碎射气介质氡析出能力进行测量的方法及测量装置。

背景技术

原地爆破浸出采铀堆场是由爆破法构筑而成的铀矿堆，其具有如下特点：(1)它由粒径大小不等、形状不规则的矿石颗粒组成；(2)颗粒的粒径较大；(3)颗粒间不存在联结。根据这些特点，铀矿堆可以被抽象为松散破碎射气介质。松散破碎射气介质中氡的运移包括两个过程：首先氡从矿石颗粒里产生并穿过其表面进入矿石颗粒之间的空隙；之后氡在空隙中进行运移。松散破碎射气介质氡析出能力是指单位时间单位体积的介质析出到矿石颗粒之间空隙中的氡量，它是表征介质氡析出的重要参数。由于反扩散的影响，松散破碎射气介质析出到其空隙中的氡的能力随着空隙中的氡浓度变化而变化，即松散破碎射气介质氡析出能力不是一个定值。而目前还没有一套针对松散破碎射气介质氡析出能力的有效测量计算方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于公开一套新的系统的对松散破碎射气介质氡的析出能力进行测量和计算的方法及专门的实验装置。

本发明的技术方案是：一种对松散破碎射气介质氡的析出能力测量的方法，它包括对松散破碎射气介质氡析出能力的测量及计算。

一、对松散破碎射气介质氡析出能力的测量

测量采用本发明提供的实验装置，取样仪器采用针孔注射器，装样仪器采用球型闪烁室，浓度读取仪器为FH463B型自动定标器与FD-125型氡钍分析仪，两仪器通过高压线和信号线连接使用。

测量时，首先将实验装置内的氡用鼓风装置排空，使介质达到最大的析出能力。采用间隔取样方式，每次取样前，打开实验装置上止水夹，使用连接在实验装置取样口胶皮管上的已排除空气的洗耳球吸入实验装置内已产生的氡气，再将气体压入装置中，如此反复2-3分钟，目的是为了能使实验装置内的氡气混合均匀，以保证取样准确、数据有效。

取样时，使用针孔注射器插入实验装置取样口上的胶皮管中，抽取试样中的氡气，注入球型闪烁室中并封存，3-3.5h(氡与其子体达到放射平衡的最佳时间)后读取计数率。

读取数据时，将装样的闪烁室置于FD-125型氡钍分析仪的工作平台上，将其对准光电倍增管接口，使用FH463B型自动定标器读取每分钟计数率5次，计算得出的平均值乘以该闪烁室的刻度值即为试样中氡气的浓度，但该浓度值需乘以取样时抽取的氡气体积与封存样品的闪烁室体积之比的系数才是试样中氡气的真实浓度。

二、松散破碎射气介质氡析出能力的计算

在密闭的条件下，铀矿石中氡的析出是以氡浓度梯度为动力的扩散析出。由于有浓度梯度，必定存在反扩散。反扩散的影响使得松散破碎射气介质的氡的析出能力不是定值，而是随浓度的变化而变化的。本测量方法主要用于测量颗粒粒径较大，级配分布极不均匀，颗粒间不存在联结的松散破碎射气介质析出到颗粒间空隙中的氡的能力。通过测量装置中不同时刻氡的浓度C，作出氡浓度C与时间t的关系图。根据微分原理可知，该曲线上各测点的切线的斜率即为松散破碎射气介质在对应时间点和浓度点的氡的析出能力。

具体的实验步骤如下：

A、根据测得的浓度数据，作出浓度C与对应时间点t的关系图；

B、拟合出浓度C随时间t变化的关系式；

C、求，即得到松散破碎射气介质氡的析出能力α与时间t的关系式，带入对应点的时间即可得到对应时间点的氡析出能力α；

D、作出T时刻对应的氡浓度C与氡析出能力α的关系图，再拟合出氡析出能力α随氡浓度C变化的关系式。

本发明提供的松散破碎射气介质氡析出能力的测量与计算方法的优点如下：

1、消除了反扩散对计算精度的影响，计算得到的氡的析出能力不是定值，是随浓度的变化而变化的值，并能得到具体的表达式；

2、测量简单，计算有效；

3、能够满足不同级配(孔隙度、特征块度差异)试样在不同压力、不同温湿度条件下的实验要求。

本发明还公开了一种对松散破碎射气介质氡的析出能力进行测量的实验装置，它包括一个上端开口的箱体，箱体的开口端设有折边，在箱体的一块壁板上设有一个带有胶皮管的取样阀，取样阀与箱体的内腔相通，胶皮管的另一端接有一个洗耳球，在胶皮管上还设有一个止水夹。在箱体的另一块壁板上设有一个排气阀，排气阀与箱体的内腔相通。在箱体的开口端上设有一块带方形法兰的方盖，方盖通过螺栓与设在箱体开口端折边下面的方形法兰连接，方盖与箱体开口端的折边之间设有一块橡胶密封垫圈。在方盖上还设有一个加压阀和一个膜盒压力表，加压阀和膜盒压力表与方形容器的内腔相通。

本发明提供的实验装置有如下特点：

1、该实验装置能测量单位时间内松散破碎射气介质的颗粒空隙中氡在不同含水率和孔隙度条件下的浓度；

2、该实验装置上装有精密膜盒压力表，能测量松散破碎射气介质的颗粒空隙中氡在不同压力条件下的浓度；

3、该实验装置的密闭性能良好，能有效防止气体泄露，保证测量数据真实有效；

4、该实验装置防潮、耐压，操作简单，经久耐用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

附图1为本发明提供的实验装置结构示意图；

附图2为附图1的俯视图；

附图3为铀矿样1的氡浓度C随时间t变化的散点图；

附图4为铀矿样2的氡浓度C随时间t变化的散点图；

附图5为铀矿样1的氡析出能力α随氡浓度C变化的散点图；

附图6为铀矿样2的氡析出能力α随氡浓度C变化的散点图。

具体实施方式

一种对松散破碎射气介质氡的析出能力进行测量的方法，这里以两种级配的铀矿石样为例，说明松散破碎射气介质氡析出能力的测量与计算。

铀矿样1：按重量比配制。粒径0～1cm的铀矿石占57.44％，1～2cm的铀矿石占16.45％，2～3cm的铀矿石占9.50％，3～4cm的铀矿石占6.41％，4～5cm的铀矿石占4.73％，5～7cm的铀矿石占5.47％，总重25kg。按重量比分别秤重，混合均匀，装入实验装置A中并密封。压力为常压，温度为27℃，湿度为44％，矿石含水率0.96％。

铀矿样2：按照重量比配制，粒径0～1cm的铀矿石占49.36％，1～2cm的铀矿石占17.23％，2～3cm的铀矿石占11.06％，3～4cm的铀矿石占8.14％，4～5cm的铀矿石占6.45％，5～7cm的铀矿石占7.76％，总重25kg。按照重量比分别秤重，混合均匀，装入实验装置B中并密封。压力为常压，温度为27℃，湿度为44％，矿石含水率0.96％。

分别使用连接在装置A、B胶皮管3上的体积为0.09L的已排除空气的洗耳球A、B，吸入装置内已产生的氡气，再将气体压入装置中。重复操作2分钟后，使用量程为0.05L的针孔注射器I、II分别插入装置A、B的胶皮管3中，抽取0.05L的氡气，注入体积均为0.5L的1号和2号闪烁室中并封存。3h后分别读取其每分钟计数率5次，并计算平均计数率。以0.5小时为间隔时间，重复取样，分别注入3、5、7、9、11、13、15、17、19号和4、6、8、10、12、14、16、18、20号闪烁室中并封存，3h后分别读取其每分钟计数率5次，并计算平均计数率。平均计数率乘以该闪烁室的刻度值即为试样中氡气的浓度，但该浓度值需乘以取样时抽取的氡气体积与封存样品的闪烁室体积之比的系数才是试样中氡气的真实浓度。在本实施例中，取样时抽取的氡气体积与封存样品的闪烁室体积之比的系数为10。

通过铀矿样1测得的浓度C与时间t的对应数据如表1所示，通过铀矿样1测得的浓度C与时间t的对应数据如表2所示。

表1  铀矿样1的氡浓度C与时间t的对应数据

 

浓度C(Bq/m³)64805065092570131800168530207250257010294990312880330220时间t(h)00.511.522.533.544.5

表2  铀矿样2的氡浓度C与时间t的对应数据

 

浓度C(Bq/m³)82805783012833317997023818032210349890370420389350452220时间t(h)00.511.522.533.544.5

以时间t为横坐标，以氡浓度C为纵坐标，绘出散点图，分别示于附图3和附图4。

拟合得到铀矿样1的氡浓度C随时间t变化的方程：

C＝4985+819238(1-e^-0.1182t)      (1)

同样，拟合得到铀矿样2的氡浓度C随时间t变化的方程：

C＝6460+770854(1-e^-0.1909t)      (2)

将拟合方程(1)对时间t求导，得到铀矿样1的氡的析出能力α随时间t变化的表达式如下：

$\text{α=}\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=819238\times 0.1182t\times e^{-0.1182t}---\left(3\right)$

同样，将拟合方程(2)对时间t求导，得到铀矿样2的氡的析出能力α随时间t变化的表达式如下：

$\alpha =\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}=770854\times 0.1909t\times e^{-0.1909t}---\left(4\right)$

从表(1)中的第2个测点开始，将各测点对应的时间代入(3)式，求得各测点的氡的析出能力。这样，可得到各测点氡的析出能力与相应测点氡浓度的对应关系。如表3所示。

表3  铀矿样1的氡析出能力α与氡浓度C的对应关系

 

浓度C(Bq/m³)5065092570131800168530207250257010294990312880330220α(Bq/m³.s)25.3523.9022.5321.2420.0218.8717.7916.7615.80

同样地，从表(2)中的第2个测点开始，将各测点对应的时间代入(4)式，求得各测点的氡的析出能力。这样，可得到各测点氡的析出能力与相应测点氡浓度的对应关系。如表4所示。

表4  铀矿样2的氡析出能力α与氡浓度C的对应关系

 

浓度C(Bq/m³)57830128333179970238180322100349890370420389350452220α(Bq/m³.s)37.1533.7730.7027.9025.3623.0520.9619.0517.31

采用表3和表4的数据，以氡浓度C为横坐标，以氡的析出能力α为纵坐标，作出铀矿样1和铀矿样2的氡析出能力α随氡浓度C变化的散点图，如附图5和附图6所示。

分别对表3和表4的数据进行拟合，得到铀矿样1和铀矿样2的氡的析出能力α的如下拟合方程：

α＝-1.1912C+26.207         (5)

α＝-2.4642C+38.46          (6)

一种对松散破碎射气介质氡的析出能力测量的实验装置，它包括一个上端开口的方形箱体13，箱体13的开口端设有折边6，在箱体15的一块壁板上设有一个带有胶皮管3的取样阀4，取样阀4与箱体13的内腔相通，胶皮管3的另一端接有一个洗耳球1，在胶皮管3上还设有一个止水夹2。在箱体13的另一块壁板上设有排气阀14，排气阀14与箱体13的内腔相通。在箱体13的开口端上设有一块带方形法兰9的方盖8，方盖8通过螺栓10与设在箱体13开口端折边6下面的方形法兰5连接，方盖8与箱体13开口端的折边6之间设有一块橡胶密封垫圈7。在方盖8上还设有一个加压阀11和一个量程为0～10Kp膜盒压力表12，加压阀11和膜盒压力表12与箱体13的内腔相通。