地浸采鈾技術及水污染治理

孟華 劉濤濤

摘要：指出了地浸采鈾技術包括酸法和堿法兩種，與傳統的山地工程比，具有地表破壞小、污染少、治理成本低等優點，但也會對環境，特別是對地下水、地表水造成一定的污染。為此，對地浸采鈾過程中存在的水污染問題進行了總結，并提出了一些治理措施，以期為恢復地浸采鈾過程中的水污染提供一定的幫助。

關鍵詞：地浸采鈾技術；水污染；治理措施

中圖分類號：X52

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2016）08003302

1 引言

國際上地浸采鈾技術的研究始于20世紀50年代，在美國、加拿大、澳大利亞和中亞地區應用廣泛。我國最早在20世紀70年代開始地浸采鈾技術研究。到90年代中期，在伊寧鈾礦床正式開始地浸采鈾，標志著我國正式掌握了地浸采鈾技術。由此導致我國找鈾與采鈾重點轉移到地浸砂巖型鈾礦上來[1]。

隨著社會經濟的發展和環保意識的增強，人們越來越重視礦產資源開發利用過程中的環境污染及環境保護問題。被稱為“綠色技術”的地浸采鈾雖然具有污染較小的優點，但其同樣也會對環境造成一定的污染[2]。筆者重點論述了地浸采鈾技術以及地浸采鈾對水體造成的危害，并提出了相應的治理措施。

2 地浸采鈾技術簡介

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，溶浸液在礦石孔隙內的滲透過程中與鈾以及其它有用成分接觸并進行化學反應，使其溶解，生成含礦溶液，再從抽液井將含礦溶液抽取出來，并輸送到車間加工處理后獲得鈾產品的水冶流程[3]。地浸采鈾技術大大降低了對鈾礦的最低工業品位要求，作為采礦工業一項十分先進的技術，已被世界上許多國家采用，被譽為采礦史的一次重大技術革命。

地浸采鈾技術主要有兩種：一種是俄羅斯，中亞地區國家普遍采用的酸法浸出工藝，經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[2]（圖1）。另一種是歐美等國家較多使用的堿法浸出工藝，常規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，后期在常規堿法浸出工藝基礎上衍化出CO2+O2浸出工藝。我國早期建設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]。

3 地浸采鈾水污染及治理

雖然地浸采鈾與常規采礦相比具有很多優點，但是仍然會對環境造成一些危害。使用地浸采鈾技術對環境的危害主要表現在對水體（地下/地表水）、土壤、大氣等幾個方面，其中對水體的危害最大。

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。地浸采鈾導致的地下水污染主要是因為浸出液進入地下含礦層位而引起含礦層局部地化環境的變化。

對于酸法采鈾，經常使用硫酸作為溶浸劑，含礦圍巖的各種組分都或多或少的與硫酸發生反應，能造成含礦層地下水的地球化學狀態發生較為強烈的改變，形成區域上的污染源。硫酸法地浸在地下水中形成的有害物質包括向含水層注入的外來物質（如硫酸鹽及其分解產物H+和SO2-4、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，會導致地下水中多種元素超標，如SO2-4、Na、Ca、Fe、Al、Mn等。硫酸鹽造成的污染最為顯著，SO2-4一般超標數倍，有時超標20倍以上，Al、Fe和U超標十倍到幾百倍，個別情況可達千倍。表1[5]是澳大利亞Honeymoon鈾礦山酸法地浸采鈾前后地下水水質情況。由表中可以看出，地下水的鹽度、多種有害物質增加明顯。

（2）對于堿法采鈾，對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，RCO3、Ca、NH4、Cl、U、Cu等組分濃度未發生重大變化。

地下水污染治理：目前已知的恢復地浸采鈾過程中被污染的地下水水質的方法有：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、地球化學去礦法等[6，7]。不論采用何種治理方法，最終目的都是合理的選擇現有工藝技術將污染的地下水最大程度的恢復到接近地浸之前的水平。在上述原則下，治理前要先進行現場調查，將多種技術組合，進行經濟、合理的評價，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入礦層取代被污染的地下水。抽出到地表的污染水必須經過回收處理，達到標準以后才能外排。

（2）注入還原劑。在地浸采鈾過程中，由于加入氧化劑，使礦層從還原態轉為氧化態。如果礦層繼續保持氧化態，殘留的鈾和其他金屬仍處于易溶的狀態，會使地下水繼續污染[2]。為了解決這個問題，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，使地下水組成穩定在可接受的水平。

（3）水質觀測。地下水經過上述兩個步驟的治理之后，經過一段時間的水質穩定，證明含礦含水層水質已經復原或達到治理標準時，治理工作才能結束。治理工作結束后，為確保治理效果，至少還需要3～5年的水質觀測。

3.2 地表水污染與治理

在地浸采鈾的生產過程中，由于設備條件以及人為操作的疏忽，存在跑冒滴漏現象，同時注液井進行排氣操作時也會導致少量浸出液的帶出，這些都會造成周圍環境的污染。在地上水冶過程中產生大量含有NO-3、SO2-4、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，也會對環境造成較大危害。

對水冶工藝過程中產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、電化學法、人工濕地法和微生物處理法等[8]。

（1）中和沉淀法。中和沉淀法通過向廢水中加入堿或者強堿弱酸鹽，用以調節廢水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[9]和表2[10]，分別表示部分重金屬離子和U（Ⅵ）在溶液中的濃度與pH值的關系。

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，達到某一pH值時達到最低值，隨著pH值的進一步加大出現返溶現象。所以在采用中和法的時候，需要通過改變pH值，使不同的重金屬離子分別沉淀，達到治理的目的。

中和法主要用于去除陽離子重金屬污染物，當在中和劑中添加一些其他成分時，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象，可能會導致某些重金屬離子去除不徹底，加重工藝負擔。而且中和法對于廢液中的陰離子如NO-3、SO2-4去除效果則較差，需尋找其他方法進一步解決[11]。

（2）硫化物沉淀法。通過在廢水中加入Na2S、H2S、CaS等硫化物，硫離子與重金屬離子反應，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[12]所示，金屬硫化物的溶度積遠遠小于其氫氧化物的溶度積，說明運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分離的方法。運用離子交換法能夠處理幾乎所有無機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。

（4）電化學法。是指將電流通過廢水，在陰極和陽極上引起氧化還原反應，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。

對于地表水的處理，上述幾種方法要結合實際情況，選擇適當的處理方式，同時，還要做到以下兩點：①為了保護地表水，應對礦區附近的地表水體建造必要的工程（如渠道、環繞的水道、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工藝設備及管線的破壞。②對于礦區存在的穩定水體（河流、湖泊、水庫等），需要專門建立水質監測點，定期對水體進行取樣檢測，存在污染時，要查明污染源并采取相應的治理措施。

4 結語

地浸采鈾技術作為一種較為綠色經濟的采鈾技術，具有良好的應用前景。同時，地浸采鈾造成的污染也是不容忽視的，必須合理運用防護與治理措施，做好水污染治理工作，保障安全、經濟、高效的開發鈾資源。

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Abstract： The in-situ leaching uranium technology includes both acid process and alkaline process.There are many advantages compared with the traditional Mountain Engineering that havesmall surface damage， less pollution， low cost of treatment and so on. However， it also caused some pollution on the environment， especially on the ground water and surface water. Therefore， the problems of water pollution in the process of in-situ leaching have been summarized in this paper， and some treatment measures have been put forward to provide some help for the recovery of water pollution in the process of in-situ leaching uranium.

Key words： in-situ leaching uranium technology； water pollution； treatment measures