世界铀矿发展趋势及我国铀矿冶的固废处理

世界铀矿发展趋势及我国铀矿冶的固废处理

1铀矿使用的稳定性随着核电厂的发展，原子能需求日益增加。根据英国的世界核协会(WNA)于2005年6月采用态势分析法对世界铀的预测显示:无论低位态势还是高位态势,其需求量都会呈持续增长状态,且分别在2015年和2020年达到需求旺盛期,全球需铀量将从目前的6.7×104t/a增加至10×104t/a以上。预计到2020年,中国核电需天然铀将达到3180～6540t。铀矿冶在生产过程中产生的废石和尾矿,一般按铀矿品位0.1%计,将分别为(0.7～1.5)×103t/tU和1.2×103t/tU左右,并且含有多种天然放射性核素和其他有害物质。随着铀矿品位的不断降低,其废石、尾矿的数量还会增加,因此铀矿冶的固废处理问题日益突出。我国于20世纪80年代末开始对常规铀矿山、水冶厂进行退役后的治理,截至2005年底,已完成了14个铀矿冶退役治理工程。其中完成废石治理900多万t,尾矿治理约175万t,正在治理废石近1130万t,尾矿约2500万t。2水体、大气、土壤污染在铀矿采冶过程中,虽对固废处理采取了一定的措施,但由于环境和其他因素的影响和制约,在一定地区和范围内对水体、大气、土壤等都造成了污染。以某退役铀矿冶为例,全面闭坑停产后,矿区内尚遗留废石9.4×104m3。尾矿9.22×104m3。其中61%地表面氡析出率超过0.74Bq/(m2·s)的管理权限,大部分地面环境贯穿辐射计量率超过当地本底(17.4×10-8Gy/h),对区域内居民造成严重危害。2.1尾矿库外排废水中铀、锌离子含量排弃在地表的废石被雨水淋浸后,通过地表的渗透作用进入地下水,该矿区地下水中含铀量可达2.0g/L。尾矿库外排废水中铀含量可达0.456mg/L,镭含量可达0.337Bq/L,锌离子含量可达1.667mg/L。不仅破坏了水系的酸碱平衡,使水中的核素含量增加,还影响鱼类和一些植物的生长,并可能通过生物链进入到人体中,造成危害。2.2大气迁移废石和尾矿中的放射性物质在大气中的迁移,特别是氡的迁移,对大气产生严重污染。某矿尾矿堆场氡析出率大致在0.89～38.5Bq/(m2·s),废石场则在0.02～3.64Bq/(m2·s)。2.3土壤污染的危害废石和尾矿由于雨水的淋洗,使废石场和尾矿库中流出的废水含有大量的放射性核素,使土壤中的铀、镭等放射性核素含量剧增,造成土壤污染。不同土壤类型所含U、Ra、Th的含量不同,其氡的析出率也不同,见表1。3退役铬开采的处理方法3.1采区水质监测为了保护地表水,应在矿区附近建造必要的工程设施来拦截、疏导(如渠道、堤坝等),使之不能流入采区,并在矿区存在的稳定水体处(如河流、水库等)建立水质监测点,进行定期监测和管理。3.2废水污染物的净化和废水迁移对于渗流到地下的地下水对环境的影响通常采用的方法主要有三种。(1)根据监测数据对现场地下水污染现状进行研究。研究中用到的评价方法主要有综合指数法及概率统计法,Robert就新墨西哥Grants矿带铀矿冶对地下水环境的影响进行了初步评价并提出了进一步的监测计划。由于尾矿库的严重渗漏及深井注入法处理废水,周围的地下水已经受到了不同程度的污染,研究中发现主要污染物为Ra、Se、NO-3。Horst对巴西一个铀矿冶场10a的监测资料进行了统计分析,发现对尾矿库的废水进行中和处理可有效地降低渗漏水中各种污染物的浓度,除SO2−442-外,其他污染物对地下水的影响并不显著。(2)运用定量分析模型预测铀尾矿库对地下水的影响。Perry和Deborah对铀尾矿库渗漏及污染物在包气带和地下水中的迁移进行了研究,采用尾矿池地区的水文预算对渗漏量进行估算。水流运动速度由达西定律直接求出,污染物迁移速度用水流速度除以延迟系数得出。(3)运用数学模型,将水流方程同质量输送方程联立求解,可得到污染物在地下水中的浓度分布。岳维宏运用了简化的流场模式,对放射性核素在包气带的运移采用一维模型,考虑一维流动二维弥散,预测核素对地下水的影响。Gureghian等用二维模型的数值解预测地下水流动和溶质的迁移,流场的计算采用简化模式。3.3土壤覆盖降氡技术控制废石和尾矿中的放射性物质在大气中的迁移,特别是氡的迁移。废石和尾矿中氡的析出率一般在20%左右,最高可达43%。因此,只有对废石和尾矿堆进行治理,才能彻底解决这一问题。控制铀尾矿氡析出率的有效方法就是对其表面进行覆盖。覆盖材料选择性很大,可以用土壤、砂砾石、岩石等固体天然材料,也可以用沥青、混凝土、聚乙烯膜等人工材料与天然材料结合构成,还可以用水做覆盖层。表3列出了试验所用的几种覆盖材料对氡析出率的控制效果。表4列出了某铀矿尾矿库采用不同土质所做的覆土试验结果。表3的试验结果表明,砂浆和沥青等材料对氡析出率的控制效果虽好,但大面积施工使用对地表生态恢复不利;农用塑料膜控制氡析出率的效果也不错,但它易破使用寿命短;用水覆盖降氡会引起尾矿孔隙水与地下水交换,使地下水污染,对水环境造成影响。从表4看出,用土壤覆盖,粘土的效果较好,砂壤土较差。我国多个铀尾矿库退役治理可行性研究表明,用土壤和砂砾石两层材料覆盖,经济实用,使用寿期长,地表生态也容易恢复。具体施工方法是:先用一定厚度的土壤覆盖在尾矿表面降低氡的析出率,屏蔽γ辐射剂量率,阻隔雨水渗入尾矿,然后在土层上再铺一层砂砾石,以便让雨水排离尾矿堆表面,保护土壤免受风雨侵蚀,防止盐类物质沿毛细管上升,有利于地表植被形成和自然生态面貌的恢复。影响土壤氡异常分布的因素一般有:①岩石或土壤中放射性元素(主要是铀、镭)的含量;②射气系数;③氡气的扩散、对流和抽吸等运移作用;④断裂、裂隙等。此外,由于尾矿覆盖材料用量大,所以对土壤资源缺少地区应因地制宜就地取材,研究出合适的覆盖材料,如废石、石灰、煤灰或其它废料与土壤混合的覆盖材料,尽量少动用土壤资源,减少对土壤资源的过分依赖。例如,西南某铀矿将部分小而分散的废石堆集中到尾矿堆上,一方面从根本上清理了这些废石,减少了污染源,便于退役后的管理;另一方面废石起到了排水、阻挡生物侵扰、降低尾矿差异性沉降、防止霜冻与干旱裂缝的作用,并使尾矿氡析出率从10.64Bq/(m2·s)降到2.8Bq/(m2·s),减少了废石与尾矿的覆土用量。对于铀水冶尾矿库的治理,应遵循辐射防护三原则:即实践的正当性、辐射防护的最优化和剂量的限值。不仅考虑放射性核素对环境的影响和危害,同时也考虑排放有毒物质对环境的影响与危害。其中最重要是降低尾矿表面222Ra的析出与屏蔽部分γ射线以及处理酸性渗出水,降低其对环境的影响,并且要防风固砂避免尾矿的流失与扬尘。最终使得治理后的铀水冶尾矿表面的析出低于管理限值0.74Bq/(m2·s),保证尾矿渗出水水量减少、水质有一定的改善,使治理后的尾矿库对环境影响降到尽可能低,并长期处于安全与稳定状态。3.4综合处理方法(1)做好整体规划必须全面做好铀矿冶的规划工作,做到合理布局,统筹安排,生产和退役并重。尽可能减少污染源和污染物的大范围运输,将废石就地处理可减少污染扩大。企业和政府有关管理部门均应做好整体规划。退役治理要纳入规划、选址、设计、建造、生产和退役的全过程中,一旦生产结束,立即着手退役治理,使退役治理达到事半功倍的效果。(2)废石、尾矿污染防治技术随着现代采矿技术以及溶浸技术的发展,采用新工艺是减少污染源的有效途径。也可以在一定程度上消除废石、尾矿对地表的环境污染。应注重对国内外新技术的信息资料的收集和整理。(3)防止风蚀,恢复生态大量的试验和研究表明,在废石和尾矿上加覆盖物可以有效的降低氡的析出。同时,为稳定覆盖层,防止风蚀雨蚀,在覆盖面上植树,形成人工植被,有益于生态平衡的恢复。在退役治理过程中,经常出现所需资料缺乏或不全等问题,一些污染设施的确切位置不清楚,建议在生产过程中,注重环境影响相关信息和资料的收集、保管和整理,建立环境数据库,为以后的退役治理工作奠定基础。(4)加强退役治理工作的管理加强废石场、尾矿库的环境辐射检测,特别是大气氡和水体放射性核素的监测,发现异常情况应立刻跟踪监测,查明其污染来源和原因,及时做好处理和补救措施,以防止重大事故的发生。加强退役治理工作的管理:一方面加强退役治理过程中各个环节的管理,确保监测、设计和施工的质量;另一方面应对退役治理工作进行全面的总结,吸取有关经验和教训,并应用到在役铀矿山与铀水冶厂,将预防为主,防治结合的原则真正落到实处,有效地保护环境。4ra年产出情况退役铀矿冶的固废治理工作意义重大。某铀矿冶退役后尾矿堆、废石堆等污染地面进行了覆盖等处置后,有效抑制了222Ra的析出,屏蔽部分γ射线。治理前222Ra年析出总量为1.2×1013Bq,治理后为9.2×101