铀尾矿堆积体在大气降水的淋滤和地表潜水的渗滤作用下,其内的有害金属离子较易进入地表水和浅层地下水中,给人类健康和生态环境带来严重危害。因此,防止铀尾矿库退役后有害金属离子的迁移一直是环境领域国内外关注与研究的重要课题。膨润土、沸石矿物对放射性和重金属离子具有良好的吸附和固化性能,是治理铀尾矿库潜在的固化基材。本文以我国某地铀矿山尾矿为研究对象,在铀尾矿矿物组分及理化属性研究基础上,研究尾矿中有害金属离子的含量、赋存状态及可迁移活性;研究尾矿粒度、淋滤液pH等因素对铀尾矿堆积体中有害金属离子的迁移影响;并基于膨润土良好的阳离子交换性、防渗性和胶体分散性,将其作为吸附和阻滞材料。研究膨润土对有害金属离子的吸附行为;将膨润土胶体注入铀尾矿堆积体中,制备膨润土/铀尾矿复合体,研究复合体中膨润土凝胶对有害金属离子的吸附、孔隙封闭及密水性;研究膨润土在碱性水体系中形成沸石矿物及对铀尾矿堆积体的密水和对有害金属离子的阻滞效果;查明铀尾矿堆积体的化学和矿物组分及理化属性、铀尾矿堆积体中有害金属离子的迁移规律、膨润土对铀尾矿中有害金属离子的吸附规律、膨润土转化为沸石矿物的优化合成条件;揭示铀尾矿堆积体中有害金属离子的迁移机制、膨润土对铀尾矿中有害金属离子的吸附机制以及膨润土、沸石矿物对铀尾矿堆积体孔隙的原位封闭和固化作用及对有害金属离子的阻滞机制。通过对铀尾矿堆积体属性的表征分析研究,查明了铀尾矿堆积体中矿物组成、化学成分、有害金属离子的分布特征和赋存状态。铀尾矿堆积体以硅酸盐矿物为主,其主要矿物相为钠长石、石英、二水石膏和斜绿泥石,主要化学成分为SiO2、Al2O3、CaO和SO3。其中对环境有较大危害性的有害金属离子为Mn、Sr、Pb、U。Sr主要富集在硅酸盐矿物中。Pb富集在石膏矿物中。U、Mn等元素均匀的分布于各尾矿体内。且U和Pb主要以残渣态方式存在,可迁移态中相对较少;Sr和Mn多以水溶态和可交换态存在于矿物中,在环境中迁移性较强。U、Sr、Pb、Mn在铀尾矿中的累积程度关系为U>Pb>Sr>Mn,可迁移程度关系为Mn>Sr>U>Pb,风险因子大小关系为Sr>Mn>Pb>U,对环境的综合危害效应程度为U>Sr>Mn>Pb。利用静态浸出和动态淋滤对铀尾矿中有害金属元素的迁移行为进行研究,查明了铀尾矿中有害金属元素在模拟自然条件下的迁移规律和迁移机制。静态浸出表明水作用下铀尾矿中的Mn、Sr、Pb、U易从尾矿中释放并迁移至溶液中。其释放行为受浸泡时间、固液比、pH和尾矿粒径等环境因素影响。不同粒径铀尾矿的动态淋滤表明,铀尾矿中Mn、Sr、Pb、U的释放量并不随自然尾矿粒径的减小而升高。Mn的释放量随尾矿粒径的减小而降低,而Sr、Pb、U的释放量不随尾矿粒径的减小而规律变化。不同酸度的淋滤液对尾矿进行淋浸表明,铀尾矿中Mn、Sr、Pb、U的释放存快速释放和缓慢释放。Mn和U的释放随淋滤液pH值的增加而降低,但Sr和Pb的释放随淋滤液pH值改变而变化较小。铀尾矿中Mn、Sr、Pb、U的释放与Mn、Sr、Pb、U的化学反应活性、迁移活性以及赋存状态相关。铀尾矿中位于易迁移态中的离子最先被释放出,且含量越高,释放量越高,但部分离子还要受溶解-沉淀-再溶解机制控制。Mn的释放机制主要为表面洗脱,Sir和Pb的释放主要受表面溶解影响,而U的释放受表面洗脱和扩散运输共同影响。基于铀尾矿中Mn、Sr、Pb、U的释放迁移规律和机制,利用膨润土对尾矿中释放的Mn、Sr、Pb、U进行吸附研究,查明了初始浓度、pH值、反应温度和反应时间对吸附行为的影响。膨润土能较为有效的吸附铀尾矿中浸出的有害金属离子,且吸附过程主要受到离子浓度和溶液pH值的影响。膨润土吸附铀尾矿中有害金属离子是满足Langmuir等温模型的准二阶动力学吸附过程。膨润土对Mn、Sr、Pb、U的吸附机制随pH值的不同而略有差异。当pH<4时,其吸附机制为阳离子交换作用,蒙脱石层间可交换阳离子,与溶液中的Mn、Sr、Pb、U进行离子交换而进入蒙脱石层间而固定。当4<pH<5时,其吸附为水解络合专性吸附机制。当pH>5时,膨润土对Mn、Sr、Pb、U的吸附主要为沉淀机制。利用一步常压水浴方法,以膨润土为原料,探明了 Na/Si摩尔比、Si/Al摩尔比、反应温度、反应时间、加水量对合成沸石矿物结构和形貌的影响,并获得了A沸石和方钠石优化的合成工艺条件。以膨润土为原料合成A沸石的优化合成条件为Na/Si=4、Si/Al=1、反应温度=90℃、反应时间= 12h、加水量为35mL;合成方钠石的优化合成条件为Na/Si=16、Si/Al=1、反应温度=90℃、反应时间=12h、加水量为35mL。优化条件下合成的A沸石晶型较为完整,以正方体形态存在,其粒径大小约为1μm;合成的方钠石以花瓣状颗粒叠合形成的球形团聚体,其颗粒团聚体大小约为1～2μm。将膨润土凝胶注入铀尾矿堆积体中,成功制备了膨润土/铀尾矿复合体,并原位转变成沸石矿物/铀尾矿复合体。研究了膨润土、沸石矿物对尾矿孔隙的封闭以及对有害金属离子的阻滞作用。膨润土/铀尾矿复合体在控制碱度条件下可分别转变为A沸石/铀尾矿复合体和方钠石/铀尾矿复合体,且制备的沸石矿物/铀尾矿复合体具有良好的密实性,能有效的降低水的渗透性。此外,沸石矿物/铀尾矿复合体能较好的对铀尾矿进行稳定化,且能降低铀尾矿中有害金属离子的浸出迁移活性。沸石矿物/铀尾矿复合体对铀尾矿中污染物浸出迁移的阻滞机理主要为:铀尾矿堆积体中注入膨润土凝胶,并原位转变为沸石矿物而形成沸石矿物/铀尾矿复合体,可堵塞和封闭铀尾矿堆积体中的孔隙,减少了沸石矿物/铀尾矿复合体的渗水迁移通道,使得部分通孔变成盲孔,从而形成隔离屏障,有效降低了有害金属离子随孔隙水的渗透而迁移。另外,沸石矿物可视为一种晶化的地质聚合物,具有较好的稳定性,对铀尾矿颗粒起粘结作用,其三维网络状结构对有害金属离子具有囚禁作用。且扫描电镜分析表明沸石矿物/铀尾矿复合体中的沸石矿物对铀尾矿颗粒进行了较为严实的包裹,降低了铀尾矿颗粒与水之间的直接接触作用,从而降低了尾矿颗粒内的污染物随水流的渗透而扩散迁移。