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?做核資源與環境領域 創新研究的“國家隊”

來源:     發布時間:2018年11月23日 09:53     作者:系統管理員    

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  日前,科技部與江西省人民政府聯合發文,批準依托東華理工大學省部共建“核資源與環境國家重點實驗室”。這是我國核資源與環境領域建立的首個國家重點實驗室。該實驗室將以國家核行業重大戰略需求為導向,以匯聚拔尖人才為牽引,重點圍繞鈾成礦理論與勘查方法、鈾礦采冶方法與技術、核廢物處置與環境治理三個研究方向開展基礎研究與應用基礎研究,形成國內一流、國際知名的核資源與環境基礎研究能力。本文特介紹該實驗室將如何發力進行相關研究,以饗讀者。

  鈾是被譽為“核工業的糧食、戰略核力量的軍工基石”的重要戰略資源和能源礦產。但我國鈾礦資源較為匱乏且稟賦不佳,難以滿足國家能源安全和國防科技工業發展的需要。因此,制約核工業發展的瓶頸一直存在,鈾資源的勘查、采冶和核廢物處置等相關科研問題成為眾多學者關注的焦點。

  “作為我國核工業領域的第一所高等學校,東華理工大學高擎‘核學’‘地學’兩桿大旗,為我國核大國地位的確立、為國防科技工業的發展和地方經濟的建設作出了重要貢獻。”東華理工大學黨委書記柳和生表示,“此次獲批建設核資源與環境國家重點實驗室,意味著學校在相關領域有了基礎研究和應用基礎研究的‘國家隊’。”據他介紹,目前實驗室已經集中該校相關學科的優秀人才資源,形成了以知名專家學者為學術帶頭人、中青年學術骨干為中堅力量的高水平科研團隊,將為我國核資源與環境領域的發展提供有力的創新動力和智力支撐,持續助力國家核能發展戰略以及鈾礦大基地建設。

  聚焦一:向500米以下“第二勘查空間”“尋寶”

  全球鈾礦資源豐富,但分布極為不均,主要集中在澳大利亞、哈薩克斯坦、加拿大、俄羅斯等國。鑒于鈾資源的重要性,美國、俄羅斯、日本等國多年前就已建立起充足的鈾礦資源儲備。據國際原子能機構報告,我國鈾礦探明儲量居世界十名開外。且我國鈾礦資源具有規模小、品位低、選冶難度大等特點,常有其他礦產伴生,大量復雜、難處理的鈾資源尚未得到有效開發利用。

  在鈾礦勘探方面,加拿大、澳大利亞等具有資源優勢的國家走在世界前列,其深部鈾礦勘查可達2000~3000米。目前我國絕大部分地區的勘查深度不足500米,在深地(500~2000米)探測中仍有巨大的找礦潛力。隨著核電產業的迅速發展,我國鈾礦資源需求持續攀升。因此,擴大儲量、提升產能,保障鈾資源供應安全成為一塊難啃的“硬骨頭”。

  但地質人最不怕的,就是啃“硬骨頭”。作為全國核資源與環境領域學科體系最為齊全的高校,東華理工自誕生之日起就開啟了數十年如一日的“入地”攻關。

  在新時期,為突破我國鈾資源“第二勘查空間”,攻克深地鈾資源勘查的關鍵科學瓶頸,東華理工核資源與環境實驗室發揚地質人“逢山爬山,遇水涉水”的精神,培養和集聚核資源勘查與方法研究創新團隊、地球探測與信息技術創新團隊、鈾資源勘查與鈾礦產品提取技術創新團隊等多個高層次人才隊伍,以我國典型鈾礦集區為研究對象,開展鈾礦地質、地球物理和地球化學的綜合研究,建立典型礦床找礦模型,拓展找礦空間,擴大找礦成果;加強深部鈾礦勘查方法與技術的基礎研究與應用研究,對鈾資源精準定量與評價,為國家鈾礦資源勘查提供理論支撐。

  聚焦二:趟出經濟、環保、高效的鈾礦采冶之路

  在我國鈾礦分布版圖中,南方多為硬巖型鈾礦,北方多為砂巖型鈾礦。礦床類型不同,采冶方式也不盡相同。“硬巖型鈾礦采冶通常采用成本相對低廉的鈾礦堆浸方法技術。但隨著鈾資源需求量逐年上升,硬巖型鈾礦山淺部富礦資源逐漸被開采殆盡,而低品位鈾礦石的堆浸資源回收率低,廢石和尾渣等存在較大的環境問題,致使鈾礦開發難度加大、生產成本增高。而針對砂巖型鈾礦采冶,相關技術走在世界前列的美、俄等國通常采用酸法或微試劑中性浸出等化學浸出方法。但對埋藏深、品位低、還原性強、成分復雜的鈾礦石,這些方法均難取得理想效果。”實驗室主任孫占學教授介紹。

  那如何經濟、環保、有效地開采復雜、難處理的鈾礦?怎樣解決這類鈾礦“浸出機理與控制方法”等問題?

  針對硬巖型鈾礦采冶,實驗室的科研團隊提出“生物-礦物-溶浸液強關聯”的浸出理論,研發出新型綠色生物堆浸系統集成工藝,現已推廣應用并取得良好的經濟效益。針對砂巖型鈾礦采冶,實驗室沿著生物地浸采鈾技術的發展方向,重點開展鈾礦浸出水-巖作用機理、微生物浸鈾方法與技術以及鈾分離與測試新方法三個方面的研究。目前,實驗室已將研究成果應用于伊犁盆地難浸翼部礦體鈾資源回收,取得了良好成果。

  同時,鈾礦采冶樣品因成分十分復雜,其快速準確分析也是一項極富挑戰的難題。當前國內外對鈾及伴生元素的測定是以化學法和原子光譜法為主,樣品測定前需要經過溶解、分離、富集等許多繁瑣的步驟,為此,實驗室創建了復雜基體樣品直接質譜新方法,無需樣品前處理,可快速準確地直接進行分析測定。此外,結合當前人工智能的快速發展,實驗室有望在離子化領域取得新突破,實現高放射性極端環境下鈾礦采冶過程中化學成分的自動分析與調控。

  聚焦三:力促鈾礦產業生態化

  隨著鈾礦采冶工作的長期開展,放射性廢物存量不斷增加,將對大氣、土壤和水域生態環境造成潛在威脅。特別是隨著核電的快速發展,我國核電站產生的核廢物也將越來越多。因此,核廢物處置、核素分離富集、輻射監測與環境修復研究逐漸進入公眾視野,鈾礦產業生態化也成為我國生態文明建設的必然要求。

  為了祖國的綠水青山,東華理工的科研人員深知重任在肩。放射性廢物處理與處置、核設施退役治理理論與方法的創新,高放廢物深地質處置與環境安全的技術體系與評價標準的構建,放射性污染治理新技術的開發,大氣氡及氣載放射性物質形成機理的研究……一系列有效的輻射監測技術與經濟可行的環境修復技術研究,都成了實驗室科研團隊的重點研究方向。

  因為粘土巖自封閉性優異、滯留能力強,采用花崗巖和粘土巖吸附解吸放射性核素,成為目前國際公認的可行性和安全性最高的核廢物處置方案。實驗室按照我國“放射性廢物地質處置設施選址”安全導則要求,開展粘土巖場址總體要求、關鍵特性指標及評價技術的研究工作,并通過區域地質調查、地球物理勘探和地球化學分析,初步確定預選區和泥巖目標層位,再進行不同預選區的對比、篩選,為國家高放廢物處置庫預選地段對比和預選場址推薦提供支撐。

  針對放射性污染地下水中核素離子的存在形態,實驗室開展放射性污染地下水治理理論研究和技術開發;在典型鈾礦區放射性核素污染場地建立修復示范工程,開展修復技術的環境風險評估,建立修復技術規程與設計規范;開展江西省主要稀土礦區放射性及氨氮污染機理和修復技術研究,建立示范工程;研究核素分離富集,回收放射性廢水中的有價核素,以提高資源利用率和減小放射性廢水對環境的危害。

  通過模擬仿真及現場試驗,研究氣載放射性物質形成機理與運移規律,探求一定條件下形成氣載放射性物質動態穩定場的可行途徑;制定氣載放射性物質測量與校準方法研究及計量標準,研發氣載放射性物質計量標準裝置,構建氣載放射性物質的單核素或多核素的標準氣態場;開展核設施氣載放射性物質釋放及遷移規律的研究,對氣載放射性物質有效輻射計量開展系統化、大區域調查和評估,研究開發不同類型氣載放射性物質污染的有效治理方法。

  “今后,實驗室將在科技部的協助下,與業務對口的其他國家重點實驗室建立學術交流和合作關系,提升研究能力和科研水平,并統籌技術創新引領專項和基地人才專項等國家科技計劃,為自身的科研能力和科研基礎條件建設提供支持。同時,作為依托單位,東華理工也將大力支持實驗室的建設,并以此為契機挖掘相關領域學科優勢、孕育高水平研究成果,進一步加快‘行業領先、區域一流’特色高水平大學和‘雙一流’大學建設,為服務國防軍工行業和江西地方經濟建設提供更有力的智力支持和人才保障。”柳和生表示。(朱天星)

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