地浸采鈾技術(shù)及水污染治理

孟華　劉濤濤

摘要：指出了地浸采鈾技術(shù)包括酸法和堿法兩種，與傳統(tǒng)的山地工程比，具有地表破壞小、污染少、治理成本低等優(yōu)點(diǎn)，但也會(huì)對(duì)環(huán)境，特別是對(duì)地下水、地表水造成一定的污染。為此，對(duì)地浸采鈾過程中存在的水污染問題進(jìn)行了總結(jié)，并提出了一些治理措施，以期為恢復(fù)地浸采鈾過程中的水污染提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：地浸采鈾技術(shù)；水污染；治理措施

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2016）08-0033-02

1.引言

國際上地浸采鈾技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代，在美國、加拿大、澳大利亞和中亞地區(qū)應(yīng)用廣泛。我國最早在20世紀(jì)70年代開始地浸采鈾技術(shù)研究。到90年代中期，在伊寧鈾礦床正式開始地浸采鈾，標(biāo)志著我國正式掌握了地浸采鈾技術(shù)。由此導(dǎo)致我國找鈾與采鈾重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到地浸砂巖型鈾礦上來。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們?cè)絹碓街匾暤V產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中的環(huán)境污染及環(huán)境保護(hù)問題。被稱為“綠色技術(shù)”的地浸采鈾雖然具有污染較小的優(yōu)點(diǎn)，但其同樣也會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。筆者重點(diǎn)論述了地浸采鈾技術(shù)以及地浸采鈾對(duì)水體造成的危害，并提出了相應(yīng)的治理措施。

2.地浸采鈾技術(shù)簡(jiǎn)介

地浸采鈾是一種在天然埋藏條件下，使用按一定配方配制的溶浸液，通過注液井注入到可滲透的含礦層，溶浸液存礦石孔隙內(nèi)的滲透過程中與鈾以及其它有用成分接觸并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使其溶解，生成含礦溶液，再從抽液外將含礦溶液抽取出來，并輸送到車間加工處理后獲得鈾產(chǎn)品的水冶流程。地浸采鈾技術(shù)大大降低了對(duì)鈾礦的最低工業(yè)品位要求，作為采礦工業(yè)一項(xiàng)十分先進(jìn)的技術(shù)，已被世界上許多國家采用，被譽(yù)為采礦史的一次重大技術(shù)革命。

地浸采鈾技術(shù)主要有兩種：一種是俄羅斯，中亞地區(qū)國家普遍采用的酸法浸出工藝，經(jīng)常使用的溶浸劑是硫酸（溶液濃度為0.5%～3.0%），主要用于碳酸鹽含量不高的礦石（圖1）。另一種是歐美等國家較多使用的堿法浸出工藝，常規(guī)的堿法浸出工藝溶浸劑為鈉和銨的碳酸鹽和重碳酸鹽（溶液濃度為0.5%～5.0%），需加過氧化氫、鉀和鈉的次氯酸鹽作為氧化劑，后期在常規(guī)堿法浸出工藝基礎(chǔ)上衍化出CO2+O2浸出工藝。我同早期建設(shè)的地浸礦山主要采用酸法浸出，近年來新建礦山開始采用CO2+O2浸出工藝。

3.地浸采鈾水污染及治理

雖然地浸采鈾與常規(guī)采礦相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是仍然會(huì)對(duì)環(huán)境造成一些危害。使用地浸采鈾技術(shù)對(duì)環(huán)境的危害主要表現(xiàn)在對(duì)水體（地下/地表水）、土壤、大氣等幾個(gè)方面，其中對(duì)水體的危害最大。

3.1地下水污染與治理

不同國家、不同礦床地浸開采造成的地下水污染程度各有不同。地浸采鈾導(dǎo)致的地下水污染主要是因?yàn)榻鲆哼M(jìn)入地下含礦層位而引起含礦層局部地化環(huán)境的變化。

對(duì)于酸法采鈾，經(jīng)常使用硫酸作為溶浸劑，含礦同巖的各種組分都或多或少的與硫酸發(fā)生反應(yīng)，能造成含礦層地下水的地球化學(xué)狀態(tài)發(fā)生較為強(qiáng)烈的改變，形成區(qū)域上的污染源。硫酸法地浸在地下水中形成的有害物質(zhì)包括向含水層注入的外來物質(zhì)（如硫酸鹽及其分解產(chǎn)物H+和SO、硝酸鹽、銨等）和硫酸溶液從含礦層中汲取的Be、Hg、Sb、As、Se、Cd、Ra、Rn等。酸法采鈾后，會(huì)導(dǎo)致地下水中多種元素超標(biāo)，如SO2、Na、Ca、Fe、Al、Mn等。硫酸鹽造成的污染最為顯著，SO一般超標(biāo)數(shù)倍，有時(shí)超標(biāo)20倍以上，Al、Fe和u超標(biāo)十倍到幾百倍，個(gè)別情況可達(dá)千倍。表1是澳大利亞Honeymoon鈾礦山酸法地浸采鈾前后地下水水質(zhì)情況。

（2）對(duì)于堿法采鈾，對(duì)地下水組分的影響要小很多，礦化度增加不大，一般3倍，pH值變化也不大，RCQ2、Ca、NH4、Cl、U、Cu等組分濃度未發(fā)生重大變化。

地下水污染治理：目前已知的恢復(fù)地浸采鈾過程中被污染的地下水水質(zhì)的方法有：自然凈化法、電滲析法、反滲透膜法、試劑沉淀法、離子交換法、向深層埋放法、地球化學(xué)去礦法等。不論采用何種治理方法，最終目的都是合理的選擇現(xiàn)有工藝技術(shù)將污染的地下水最大程度的恢復(fù)到接近地浸之前的水平。在上述原則下，治理前要先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，將多種技術(shù)組合，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、合理的評(píng)價(jià)，從而確定最佳的治理方案。

地浸采鈾之后的地下水治理一般需經(jīng)過以下3步完成。

（1）抽出礦層中的地下水。把含礦層中污染的地下水（浸出殘液）抽出，由于不再向地層注加浸出液，礦層周圍的清潔水將進(jìn)入礦層取代被污染的地下水。抽出到地表的污染水必須經(jīng)過回收處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以后才能外排。

（2）注入還原劑。在地浸采鈾過程中，由于加入氧化劑，使礦層從還原態(tài)轉(zhuǎn)為氧化態(tài)。如果礦層繼續(xù)保持氧化態(tài)，殘留的鈾和其他金屬仍處于易溶的狀態(tài)，會(huì)使地下水繼續(xù)污染。為了解決這個(gè)問題，必須采用合適的還原劑，例如：將硫化氫或硫化鈉溶液注入含水層中，使溶解的鈾和其他金屬沉淀，使地下水組成穩(wěn)定在可接受的水平。

（3）水質(zhì)觀測(cè)。地下水經(jīng)過上述兩個(gè)步驟的治理之后，經(jīng)過一段時(shí)間的水質(zhì)穩(wěn)定，證明含礦含水層水質(zhì)已經(jīng)復(fù)原或達(dá)到治理標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，治理工作才能結(jié)束。治理工作結(jié)束后，為確保治理效果，至少還需要3～5年的水質(zhì)觀測(cè)。

3.2地表水污染與治理

在地浸采鈾的生產(chǎn)過程中，由于設(shè)備條件以及人為操作的疏忽，存在跑冒滴漏現(xiàn)象，同時(shí)注液井進(jìn)行排氣操作時(shí)也會(huì)導(dǎo)致少量浸出液的帶出，這些都會(huì)造成周圍環(huán)境的污染。在地上水冶過程中產(chǎn)生大量含有NO2、SO2、重金屬離子以及微量鈾的廢水，這些廢水如果不采取有效的處理，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大危害。

對(duì)水冶工藝過程中產(chǎn)生的廢水以及地下水治理過程中抽取的地下水的治理方法主要為：中和沉淀法、硫化物沉淀法、離子交換法、電化學(xué)法、人工濕地法和微生物處理法等。

（1）中和沉淀法。中和沉淀法通過向廢水中加入堿或者強(qiáng)堿弱酸鹽，用以調(diào)節(jié)廢水pH值，使重金屬離子沉淀，從而降低廢水中重金屬的含量。如圖2和表由表中可以看出，地下水的鹽度、多種有害物質(zhì)增加明顯。

由圖2和表2可以看出，重金屬離子和U（Ⅵ）在廢水中的溶解度隨pH值的增加而降低，達(dá)到某一pH值時(shí)達(dá)到最低值，隨著pH值的進(jìn)一步加大出現(xiàn)返溶現(xiàn)象。所以在采用中和法的時(shí)候，需要通過改變pH值，使不同的重金屬離子分別沉淀，達(dá)到治理的目的。

中和法主要用于去除陽離子重金屬污染物，當(dāng)在中和劑中添加一些其他成分時(shí)，也能夠去除部分陰離子。雖然中和法能夠有效的降低被污染水體中的污染物，但是也存在一些不足。如圖2所示，不同種類的重金屬離子最佳沉淀的pH值不同，并且部分重金屬離子在pH值較高條件存在返溶現(xiàn)象，可能會(huì)導(dǎo)致某些重金屬離子去除不徹底，加重工藝負(fù)擔(dān)。而且中和法對(duì)于廢液中的陰離子如NO2、SO2去除效果則較差，需尋找其他方法進(jìn)一步解決。

（2）硫化物沉淀法。通過在廢水中加入Na2S、H2S、GaS等硫化物，硫離子與重金屬離子反應(yīng)，生成金屬硫化物沉淀，從而降低廢水中重金屬離子的濃度。如表3所示，金屬硫化物的溶度積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其氫氧化物的溶度積，說明運(yùn)用硫化物沉淀法治理廢水后，殘留的有害重金屬離子濃度相比中和法沉淀法更低。因此，運(yùn)用硫化物沉淀法能夠較為有效的去除廢水中重金屬離子。

（3）離子交換法。是指采用離子交換劑使廢水中有害物質(zhì)分離的方法。運(yùn)用離子交換法能夠處理幾乎所有無機(jī)污染廢水且可以做到廢水的零排放。離子交換法雖然處理面廣、效率高，但是也有其不足之處，如成本較高，廢水中的有害離子不宜過高等缺點(diǎn)。

（4）電化學(xué)法。是指將電流通過廢水，在陰極和陽極上引起氧化還原反應(yīng)，使廢水中污染物被分解或形成沉淀，從而使廢水中污染物濃度降低的治理方法。

對(duì)于地表水的處理，上述幾種方法要結(jié)合實(shí)際情況，選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸绞?，同時(shí)，還要做到以下兩點(diǎn)：①為了保護(hù)地表水，應(yīng)對(duì)礦區(qū)附近的地表水體建造必要的工程（如渠道、環(huán)繞的水道、堤壩、跨越通道等），排除水體污染，防止洪水、融化水和暴雨水排泄對(duì)工藝設(shè)備及管線的破壞。②對(duì)于礦區(qū)存在的穩(wěn)定水體（河流、湖泊、水庫等），需要專門建立水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期對(duì)水體進(jìn)行取樣檢測(cè)，存在污染時(shí)，要查明污染源并采取相應(yīng)的治理措施。

4.結(jié)語

地浸采鈾技術(shù)作為一種較為綠色經(jīng)濟(jì)的采鈾技術(shù)，具有良好的應(yīng)用前景。同時(shí)，地浸采鈾造成的污染也是不容忽視的，必須合理運(yùn)用防護(hù)與治理措施，做好水污染治理工作，保障安全、經(jīng)濟(jì)、高效的開發(fā)鈾資源。