我国铀矿废渣石污染特点及治理方法

徐 磊，钱建平，唐专武

（桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林541004）

20世纪50年代初，我国对铀矿地质工作就已经开始，至今已经有半个多世纪了。核工业的发展，导致重金属铀的排放，并产生大量的铀矿废渣石。这些废渣石堆给周围的环境带来了很大的危害。如何修复铀废渣石造成的污染，成为了一个难题。目前，我国铀矿山生态破坏和环境污染还未得到有效遏制［1］。所以，对铀矿废渣石进行安全的、妥善的治理，是保护生态环境的主要问题。

据资料报道，在铀尾矿库附近公众的肺癌发病率较对照地区明显要高［2］（图1）。在数百种灾害中，铀尾矿库引发的灾害仅次于地震、霍乱、洪水及氢弹爆炸，名列第10位［3］。因此，必须对铀尾矿库的安全问题和给予高度重视。

1 我国铀矿废渣石的现状

随着核电的逐步发展，铀的需求量不断增加。预计到2020年，中国核电需天然铀将达到3180～6540t［4］。

图1 肺癌发病率与尾矿距离的关系

我国铀矿的品位高低不等，单一铀矿石的工业最低品位是0.05%；但作为副产品从其他矿石中回收铀时，铀含量可低到0.01%～0.03%。铀矿山和水冶产生的废物，尽管放射性水平较低，但排放量大，且分布面广，是核燃料生产过程中造成环境污染的重要方面。露天的废渣石受风吹、雨淋、冲刷等外界作用，使所含有害物质游离于自然界，构成对人体的危害并造成环境污染。随着铀矿品位的不断降低，其废石、尾矿的数量还会增加［5］，因此对铀矿废渣石的治理问题日益突出。

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，开展了铀废石、尾矿覆盖试验研究；开展了铀尾矿覆盖控制氡析出最优化研究；开展了镭厂226Ra核素迁移规律及在最终处置中阻滞扩散的研究；开展了废石、尾矿氡析出率的普查测定。自1985年开始至2009年，已有26个铀矿冶企业先后进行了整体或部分矿点退役，相继实施了大量的环境治理工作。

2 铀矿废渣石的特点

2.1 废渣石污染分布范围广

我国铀矿床成矿时代从古生代、中生代到新生代，以中生代为主，跨度大。

在空间上，我国铀矿资源分布不均衡。我国铀矿主要分布在华东、华中、华南地区，占总数的80%左右（表1）。

表1 退役铀矿冶企业废石和尾矿的分布［6］／%

目前，我国已经在23个省（区）发现铀矿床，但主要集中分布在赣、湘、粤、桂四省（区）资源为富。从它们在我国的分布情况上看，70%～80%左右在潮湿多雨的山区和丘陵地带。大部分铀矿床所在地区为典型的温带季风气候和亚热带季风气候。这些地区人口稠密，可达200～400人／km2；气温高，年平均气温可达14℃～20℃；雨量充沛，年平均降雨量可达1200～2000mm；而且这些铀矿床产生的废渣石大多数都堆积在山村农田周围，长期经受风蚀雨淋，大量的流失，对周围人民的生活，以及江河湖泊、农田等都带来了不同程度的污染。

此外，我国铀矿床规模偏小，厚度较薄，品位较低，矿床水文地质条件比较复杂［7］，使得铀矿开采过程中产生大量“三废”。

2.2 废渣石中放射性核素含量高、辐射潜在危害时间久

铀矿废渣石中放射性核素含量高，要比本底岩石高几个数量级（表2）。铀矿废渣石含有铀系一系列衰变子体，几乎99%以上的230Th及226Ra等放射性核元素都集中在尾矿中［8］。如238U的半衰期为4.7×109a，230Th的半衰期为2.7×104a，226Ra半衰期为1602a。它们将分别长期衰变释放氡及短寿命氡子体RaA、RaB、RaC、RaC′、RaC″以及长寿命氡子体210Pb、210Bi和210Po［6］。这些元素长期释放的氡的子体，构成了长期辐射的潜在危害。

表2 铀废石、尾矿中放射性核素的含量［9］

2.3 放射性物质与非放射性物质复合污染

铀矿开采过程产生的废渣石含有一定量的铀、钍和镭，在山洪冲刷和风化的作用下，废渣石中放射性元素及有害物质不断的淋浸和析出，污染范围不断的扩大［10］。同时，铀矿废渣石中除了存在放射性危害外，还存在非放射性危害。废渣石中含有的重金属如锰、镉、锌、铜、汞、有机物和酸性物质，它们随着废水和废渣的流失，将对地表水、地下水、农田、土壤等造成一定的污染（表3）。

表3 废石、尾矿中常见化学有害物质量分数［9］

2.4 废渣石伴随浸出液的污染

我国大部分铀矿所在地区属于湿润、地下水丰富地区，其铀矿山废水排放量较大。由于废石堆中常含较丰富的硫化物和重金属元素，硫化物的风化导致孔隙水和地下水的酸化，从而加速放射性核素和重金属的释放。因此，废石堆浸出液通常是富含放射性核素和重金属的酸性水（表4）。与一般矿山不同，铀矿山废水污染的一个重要特征是，除含有镉、锰、锌、砷、镁和硫酸根等有害有毒物质外，还含有铀和镭等放射性元素。铀废渣石产生的废水，不仅影响矿区的水质，还影响着矿区的植物、农田和土壤，而且也不利于居民的身体健康。

表4 铀矿废水有害物质分析［11］

3 铀矿废渣石的治理方法

3.1 红土覆盖法

与铀矿废渣石有关的典型环境问题，就是氡的析出。铀矿废渣石中所产生的氡，可大量的通过迁移而进入大气中。铀矿废渣石中含有238U、234U、230Th、226Ra、222Rn等放射性元素，这会对周围人民造成一定的辐射，对周围的环境造成污染。对这些废渣石的治理，通常都是运用覆盖法。即将粘土、黄土、石块、水泥等覆盖在废渣石上，以降低氡的析出。通过用不同覆盖材料进行了对氡的屏蔽效果试验［12］（表5）。

表5 不同材料的降氡效果

红土覆盖法是将红土作为覆盖来代替传统的黄土、混凝土等。对比表5与表6的分析结果可以看出，混凝土与沥青的降氡效果是最好的，但混凝土、沥青等材料的价格昂贵，而且不利于植被绿化及长期稳定废石堆。黄土与红土的效果是一样的，但根据我国铀矿主要分布在南方的特点，红土是我国南部地区的主要土壤，可以就地取材，很容易得到，而且价格低廉，施工也相对简单。有一定的厚度的覆盖层，可有效屏蔽辐射并减少氡的析出率，并且可以在覆土上进行绿化以及长期稳定废石堆。

表6 红土的降氡效果［13］

3.2 添加含磷物质修复法

近几年，含磷物质作为一种廉价有效的重金属污染修复剂而被应用于土壤修复。

铀矿废渣石污染土壤的营养贫乏，重金属铀、镉、锌和铅的含量高，对植物的生长有抑制作用。但在该土壤中添加磷可以促进植物生长。添加10g／kg磷酸氢二铵，使矿区土壤铅、锌、镉的有效浓度下降98.9%、95.8%和94.6%［14］。添加磷，使铅、铜和锌残渣态增加53%、13%和15%［15］。铀与磷可结合生成磷酸双氧铀沉淀，降低其生物有效性［16］。添加磷，促使镉、锌与磷形成难溶性的络合物［17］。

我国磷矿储量居世界第二位，是一种廉价有效的重金属污染土壤修复剂［18］。应用含磷物质修复土壤重金属污染的研究，对充分利用我国磷矿资源，对我国重金属环境污染的有效治理具有重要的意义。

3.3 植物修复法

植物修复法是利用植物对土壤中重金属的吸收和富集作用，以减少土壤中重金属的含量，具有费用低、重金属再循环好、对修复场地的破坏小等优点。

对于铀矿重金属污染的土壤修复的植物主要有超富集植物。目前国外已发现，菜豆、白菜、向日葵以及印度芥菜等对U有富集作用（表7），但已发现的富集植物种数较少。因此，寻找和筛选更多的铀富集或超富集本土植物，是提高修复效率的物质基础。我国最近几年也开始对植物修复铀矿污染进行了大范围的研究。超富集植物主要是指那些对某些重金属具有特别的吸收能力，而本身不受毒害的植物种或基因型［20］。唐丽等［21］以十字花科、锦葵科、菊科共10种植物为研究材料，用 UO2（NO3）2·6H2O配置铀浓度为100mg／kg的土壤作为培养基，培养55d后发现，特选榨菜地上部分铀含量最高1115mg／kg（干重），所以得出特选榨菜适合作为铀超累积植物进行植物修复。

在铀矿废渣石上面种植植物前，需要尽力改变某些不利的因素，应根据不同的自然环境栽种耐旱、易活、耐酸碱的植物。种植的植物如果是树木的话，要注意树木的枯死和老化，以免树木连根拔起，导致覆盖层破坏。种植的植被不是树而是草的话，就可以减少这种事情的发生，因为树的根部会破坏覆盖层，使氡有机会扩散。

表7 国外已发现对铀有积累作用的植物［19］

4 结论

铀矿废渣石的环境治理，是一项关系到环境保护和人民健康的大事。应该采取适宜的方案，根据实际情况与地理情况，进行红土覆盖法、添加含磷物质修复法和植物修复等方法。根据实际情况与地理情况，进行红土覆盖法、添加含磷物质修复法和植物修复等方法。

铀矿废渣石不仅占用了大量的土地，还对土壤和水资源造成污染。红土覆盖法是针对我国地质土壤特点，就地取材，既减少了花销，又能有效的代替传统的黄土覆盖法，减少了氡的析出率。含磷物质是一种廉价有效的重金属污染土壤修复剂。通过对土壤添加含磷物质，既能促进植物的生长，又能有效的对被污染的土壤进行治理。植物修复则是操作比较简单，成本低，又能美化环境。采用这些新技术、新方法，既能提高资源利用率，降低环境治理的成本，又能保护环境，对我国铀矿工业的可持续发展有着重要的意义。

应该指出，铀矿山污染是一个系统，要立足矿山尾矿—水体—土壤—植物系统进行综合治理方能取得良好的效果［22］。

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