環(huán)境友好型地浸采鈾工藝技術(shù)與應用

蘇學斌，李喜龍，劉乃忠，王金海，張 磊

（1.中核通遼鈾業(yè)有限責任公司，內(nèi)蒙古通遼028000；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京101149）

環(huán)境友好型地浸采鈾工藝技術(shù)與應用

蘇學斌1，李喜龍1，劉乃忠2，王金海1，張 磊1

（1.中核通遼鈾業(yè)有限責任公司，內(nèi)蒙古通遼028000；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京101149）

論述了某CO2和O2地浸采鈾礦山在建設環(huán)境友好型鈾礦山過程中應用的工藝技術(shù)及應用情況，其中關鍵技術(shù)包括地下水無污染循環(huán)技術(shù)、溶浸范圍的控制技術(shù)和工藝廢水的減量化技術(shù)（沉淀母液的循環(huán)利用技術(shù)、轉(zhuǎn)型廢水的反滲透減容技術(shù)）。通過工業(yè)性試驗和生產(chǎn)取得了良好的效果，表面放射性污染及氡及其子體濃度符合國家標準，使CO2和O2地浸采鈾工藝成為了綠色、環(huán)保安全的鈾礦采冶技術(shù)。

環(huán)境友好型；鈾礦山；工藝技術(shù)地浸

地浸采鈾以其基建投資少、建設周期短、生產(chǎn)成本低和對環(huán)境污染小的特點，在世界采鈾礦山生產(chǎn)天然鈾比例逐年提高，截至2014年底，地浸采鈾產(chǎn)量已占總產(chǎn)量的51%。而中性法地浸工藝溫和，被稱作“環(huán)境友好型”采鈾工藝。美國等對地下水治理規(guī)定嚴格的國家則采用中性法地浸采鈾工藝。本文以某CO2和O2地浸采鈾礦山為例，介紹環(huán)境友好型地浸采鈾工藝技術(shù)及應用成果。

1 CO2+O2地浸采鈾工藝流程

某CO2和O2地浸采鈾工藝主要包括鈾的浸出工藝和浸出液處理工藝兩大部分。

1）鈾的浸出工藝。將浸出劑通過注入井注入到礦體中有選擇性地浸出鈾，并將含有有用成分的溶液通過抽出井由潛水泵提升至采區(qū)集中控制室，利用集液主管自流至集液池，原液泵增壓后進入浸出液處理廠房，通過離子交換吸附后不含鈾的尾液配制浸出劑，通過采區(qū)集控室注入至含礦含水層。

2）浸出液處理工藝。浸出液經(jīng)袋式過濾器機械過濾，去除固體顆粒雜質(zhì)后進入離子交換吸附塔吸附，浸出液泵送至吸附塔之前加CO2氣體，調(diào)節(jié)浸出液的p H值，尾液經(jīng)集中控制室注液分配器分配至各注入井，注入地下含礦含水層。淋洗后的貧樹脂通過吸附尾液反沖進行轉(zhuǎn)型。淋洗的合格液進入合格液儲罐合格液經(jīng)酸化后加堿沉淀后進入沉降槽靜止沉降，沉降漿體泵送至板框壓濾機壓濾，最后得到產(chǎn)品［1］。工藝流程見圖1。

2 CO2+O2原地浸出采鈾工藝的優(yōu)越性

1）先進的同步環(huán)保理念。生產(chǎn)過程中運用了多種工藝技術(shù)，最大化的減少了廢水的產(chǎn)生；采冶過程基本實現(xiàn)了無廢水、無廢渣和無廢氣，從使用試劑的根源上控制了污染源的產(chǎn)生。

2）開拓了可利用鈾資源范圍，提高了資源的利用率。含礦含水層中地下水礦化度高，礦床品位低、含碳量高的砂巖型鈾礦，原被認為的“呆礦”，在采用CO2和O2地浸采鈾工藝之后，變成了經(jīng)濟可采資源，提高了資源綜合利用效率。

3）改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率。由于地浸開采作業(yè)全部在地面進行，全流程實現(xiàn)了機械化與自動化，勞動強度輕，生產(chǎn)和安全條件大為改善，生產(chǎn)工序大大簡化，勞動生產(chǎn)率顯著提高。

4）CO2和O2地浸采鈾工藝浸出液吸附與浸出劑配制工序進行一體化后，減少了操作環(huán)節(jié)，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

圖1 CO2和O2地浸采鈾工藝流程

表1 浸出過程溶液與地下水本底組分對比表/（mg·L-1）

3 綠色地浸采鈾工藝關鍵技術(shù)

3.1 地下水無污染循環(huán)技術(shù)

CO2和O2地浸采鈾工藝采用CO2和O2作浸出劑，沒有加入其他化學試劑，在一定程度上消除了浸出過程中廢水產(chǎn)生的根源，浸出過程溶液組分與地下水本底對比見表1。

從表1對比數(shù)據(jù)可知，浸出液中除了鈾被浸出，礦石中其他有害成分浸出較少，同時經(jīng)過浸出液處理工藝中母液的回用、尾液反沖貧樹脂和轉(zhuǎn)型廢水反滲透，使吸附尾液礦化度低，有害組分少，本質(zhì)上實現(xiàn)了地下水的環(huán)保循環(huán)利用。

3.2 溶浸范圍的控制技術(shù)

3.2.1 縱向溶浸范圍控制

鉆孔采用抗壓的高強度PVC管，在PVC管與管壁之間的環(huán)狀間隙（過濾器部分除外）及鉆孔底部采用防滲混凝土充填與密封，使礦層段與其上、下的所有含水層隔絕，防止地下水縱向污染。同時采用地球物理測井、溫度測井及伽馬-伽馬密度測井等保證了施工質(zhì)量，確保了浸出劑不向其他含水層擴散［4-5］。

3.2.2 橫向溶浸范圍控制

開采過程中溶液在含礦含水層的運動受地下水天然流場和抽注液動態(tài)操作的影響，溶液向開采范圍外的含水層彌散或漂移，為避免含鈾浸出劑對地下水的污染，根據(jù)地下水動力學原理，在注入浸出劑和抽出浸出液時控制總的抽液量大于總注液量0.3%，使地下水在采區(qū)范圍內(nèi)形成降落漏斗［2］。

3.2.3 監(jiān)測措施

為了較好地控制浸出劑和浸出液在礦層范圍內(nèi)運移，防止浸出劑和浸出液的流散，必須對浸出劑和浸出液在地下水中的擴散情況進行監(jiān)控。為此，首采區(qū)共布置17個地下水監(jiān)測井，對監(jiān)測井每月定期取樣監(jiān)測。在采區(qū)外圍、上含水層、下含水層布置觀測井，觀測井平面布置見圖2，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整采區(qū)局部抽注液量，以達到控制地下水流動范圍的目的。

圖2 某CO2+O2地浸采鈾礦山監(jiān)測井平面布置圖

3.3 工藝廢水的減量化技術(shù)

3.3.1 沉淀母液的循環(huán)利用技術(shù)

該CO2+O2地浸采鈾礦山改進淋洗劑配制為NaCl+Na HCO3對飽和樹脂進行淋洗，酸化沉淀后的母液主要成分為NaCl和Na HCO3，沉淀母液經(jīng)酸化調(diào)節(jié)淋洗劑所需的p H值范圍，經(jīng)分析后補加NaCl或Na HCO3，實現(xiàn)了沉淀母液的全部回用，合格液酸化、沉淀和母液酸化參數(shù)見表2，較常規(guī)母液除鐳外排相比，減少了外排廢水量和母液處理成本，實現(xiàn)母液無外排［3］。

3.3.2 轉(zhuǎn)型廢水的反滲透減容技術(shù)

礦山采用吸附尾液反沖對樹脂轉(zhuǎn)型，利用吸附尾液中高濃度HCO3-置換樹脂吸附的Cl-，來對樹脂轉(zhuǎn)型，取消了轉(zhuǎn)型劑配制工藝［6］。對于產(chǎn)生的轉(zhuǎn)型廢水，采用反滲透進行處理減量。

反滲透處理反沖廢水的部分運行參數(shù)見表3，從表3可以看出，尾液轉(zhuǎn)型廢水反滲透處理可實現(xiàn)廢水體積約75%的減量。監(jiān)測表明，轉(zhuǎn)型廢水經(jīng)處理后，淡水中Cl-離子濃度大幅度降低，可作為浸出劑返回井場循環(huán)使用，而不會造成Cl-累積，減輕了對樹脂吸附鈾的影響。

表2 合格液酸化、沉淀、母液酸化參數(shù)/（g·L-1）

表3 反滲透處理轉(zhuǎn)型廢水運行參數(shù)

4 應用成果

1）生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生其它廢液、廢氣，實現(xiàn)了減排效果。

2）現(xiàn)場工業(yè)生產(chǎn)運行地點的含礦含水層和上含水層的地下水組分監(jiān)測結(jié)果見表4。從表4可以看出，在含礦含水層中GC-01、GC-02和GC-03監(jiān)測井的鈾濃度及其他離子成分均處于本底范圍內(nèi)，上含水層采區(qū)內(nèi)與采區(qū)外1及采區(qū)外2監(jiān)測點鈾及其他離子成分基本相同，說明了CO2+O2浸出過程經(jīng)過反滲透處理，污染物的控制維持了本底水平。

3）表面放射性污染的監(jiān)測見表5、礦區(qū)及周邊環(huán)境空氣中氡及其子體監(jiān)測結(jié)果見圖3。

表4 地下水組分監(jiān)測結(jié)果

表5 表面放射性污染

圖3 氡濃度監(jiān)測結(jié)果

生產(chǎn)各部位監(jiān)測點氡氣濃度控制在0～226Bq/m3范圍內(nèi)，氡氣排放量僅為常規(guī)礦山的1/3，低于EJ993-2008規(guī)定的1.1kBq/m3，生活區(qū)及附近村莊未監(jiān)測出氡及其子體。生產(chǎn)各部位監(jiān)測點α、β表面污染水平范圍為0～0.07Bq/cm2和0～8.775Bq/cm2，職業(yè)照射計量僅為常規(guī)礦山的1/3，低于GB23727-2009規(guī)定反射性表面污染控制水平，生活區(qū)地面及附近村莊地面未檢測出表面污染。

5 結(jié)論與建議

1）CO2+O2地浸采鈾工藝是以CO2和O2為消耗原材料，從源頭上控制了污染源，同時有效減少溫室氣體排放，對環(huán)境保護具有實際意義。

2）通過對橫向和縱向的溶浸范圍控制，有效控制了浸出劑向井場區(qū)域以外擴散。

3）沉淀母液回用做淋洗劑、吸附尾液轉(zhuǎn)型及反滲透技術(shù)的應用實現(xiàn)了注液過程中不向含礦含水層引入其他有害離子，保證了浸出地下水環(huán)境的穩(wěn)定，同時實現(xiàn)了廢水的減量化。

4）CO2和O2地浸采鈾工藝在資源綜合利用、技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能減排方面符合建設綠色礦山的要求，是鈾礦采冶發(fā)展的新方向。

［1］ 劉乃忠，蘇學斌，杜志明，等.中美CO2+O2地浸采鈾水冶工藝的對比分析與優(yōu)化選擇［C］//全國鈾礦大基地建設學術(shù)研討會論文集，2012：1265-1271.

［2］ 闕為民，譚亞輝，曾毅君，等.原地浸出采鈾反應動力學和物質(zhì)運移［M］.北京：原子能出版社，2002：1-2.

［3］ 杜志明，劉乃忠，李建華，等.地浸采鈾廢水減量與循環(huán)利用［C］//中國核科學技術(shù)進展報告（第三卷），2013：1-5.

［4］ 孫博，孫占學.地浸采鈾中的環(huán)境污染及保護［J］.鈾礦冶，2008，27（3）：142-145.

［5］ 苑俊廷，孫占學.地浸采鈾中的污染及防護［J］.鈾礦冶，2009，19（3）：154-155.

［6］ 徐樂昌，王英紅，劉乃忠，等.CO2+O2地浸采鈾工藝的廢水處理方法［J］.鈾礦冶，2012，31（2）：96-99.

Application of the environment friendly technology of in-situ leaching of uranium

SU Xue-bin1，LI Xi-long1，LIU Nai-zhong2，WANG Jin-hai1，ZHANG Lei1
（1.Tongliao Uranium Co.Ltd.，CNNC，Tongliao 028000，China；
2.Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy，Beijing 101149，China）

The application and technology used in the construction of environment friendly uranium mine by means of CO2and O2in-situ leach mining are discussed，including the key techniques such as the non-polluted groundwater circulation，the leaching area controlling as well as volume reduced of industrial waste water（precipitation liquor recycling，reverse osmosis treatment of transformation waste water）.The favorable results are obtained in industrial test and production，the concentration of superficial radioactive contamination of radon and its daughters is controlled to meet the state standard，therefore，making the technology of CO2and O2in-situ leaching of uranium a green and environment protection mining method.

environment friendly；uranium mining；technology in-situ Leaching

TD353

A

1004-4051（2016）09-0097-04

2015-11-20

蘇學斌（1968-），男，湖南常德人，碩士，研究員級高級工程師，主要從事地浸采鈾領域科研、設計、工程建設和生產(chǎn)運行管理。E-mail：suxuebin1968@163.com。

李喜龍（1988-），男，吉林公主嶺人，主要從事鈾水冶科研、管理工作。E-mail：499370446@qq.com。