地浸采铀技术及水污染治理

孟华 刘涛涛

摘要：指出了地浸采铀技术包括酸法和碱法两种，与传统的山地工程比，具有地表破坏小、污染少、治理成本低等优点，但也会对环境，特别是对地下水、地表水造成一定的污染。为此，对地浸采铀过程中存在的水污染问题进行了总结，并提出了一些治理措施，以期为恢复地浸采铀过程中的水污染提供一定的帮助。

关键词：地浸采铀技术；水污染；治理措施

中图分类号：X52

文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）08003302

1 引言

国际上地浸采铀技术的研究始于20世纪50年代，在美国、加拿大、澳大利亚和中亚地区应用广泛。我国最早在20世纪70年代开始地浸采铀技术研究。到90年代中期，在伊宁铀矿床正式开始地浸采铀，标志着我国正式掌握了地浸采铀技术。由此导致我国找铀与采铀重点转移到地浸砂岩型铀矿上来[1]。

随着社会经济的发展和环保意识的增强，人们越来越重视矿产资源开发利用过程中的环境污染及环境保护问题。被称为“绿色技术”的地浸采铀虽然具有污染较小的优点，但其同样也会对环境造成一定的污染[2]。笔者重点论述了地浸采铀技术以及地浸采铀对水体造成的危害，并提出了相应的治理措施。

2 地浸采铀技术简介

地浸采铀是一种在天然埋藏条件下，使用按一定配方配制的溶浸液，通过注液井注入到可渗透的含矿层，溶浸液在矿石孔隙内的渗透过程中与铀以及其它有用成分接触并进行化学反应，使其溶解，生成含矿溶液，再从抽液井将含矿溶液抽取出来，并输送到车间加工处理后获得铀产品的水冶流程[3]。地浸采铀技术大大降低了对铀矿的最低工业品位要求，作为采矿工业一项十分先进的技术，已被世界上许多国家采用，被誉为采矿史的一次重大技术革命。

地浸采铀技术主要有两种：一种是俄罗斯，中亚地区国家普遍采用的酸法浸出工艺，经常使用的溶浸剂是硫酸（溶液浓度为0.5%～3.0%），主要用于碳酸盐含量不高的矿石[2]（图1）。另一种是欧美等国家较多使用的碱法浸出工艺，常规的碱法浸出工艺溶浸剂为钠和铵的碳酸盐和重碳酸盐（溶液浓度为0.5%～5.0%），需加过氧化氢、钾和钠的次氯酸盐作为氧化剂，后期在常规碱法浸出工艺基础上衍化出CO2+O2浸出工艺。我国早期建设的地浸矿山主要采用酸法浸出，近年来新建矿山开始采用CO2+O2浸出工艺[3]。

3 地浸采铀水污染及治理

虽然地浸采鈾与常规采矿相比具有很多优点，但是仍然会对环境造成一些危害。使用地浸采铀技术对环境的危害主要表现在对水体（地下/地表水）、土壤、大气等几个方面，其中对水体的危害最大。

3.1 地下水污染与治理

不同国家、不同矿床地浸开采造成的地下水污染程度各有不同。地浸采铀导致的地下水污染主要是因为浸出液进入地下含矿层位而引起含矿层局部地化环境的变化。

对于酸法采铀，经常使用硫酸作为溶浸剂，含矿围岩的各种组分都或多或少的与硫酸发生反应，能造成含矿层地下水的地球化学状态发生较为强烈的改变，形成区域上的污染源。硫酸法地浸在地下水中形成的有害物质包括向含水层注入的外来物质（如硫酸盐及其分解产物H+和SO2-4、硝酸盐、铵等）和硫酸溶液从含矿层中汲取的Be、Hg、Sb、As、Se、Cd、Ra、Rn等。酸法采铀后，会导致地下水中多种元素超标，如SO2-4、Na、Ca、Fe、Al、Mn等。硫酸盐造成的污染最为显著，SO2-4一般超标数倍，有时超标20倍以上，Al、Fe和U超标十倍到几百倍，个别情况可达千倍。表1[5]是澳大利亚Honeymoon铀矿山酸法地浸采铀前后地下水水质情况。由表中可以看出，地下水的盐度、多种有害物质增加明显。

（2）对于碱法采铀，对地下水组分的影响要小很多，矿化度增加不大，一般3倍，pH值变化也不大，RCO3、Ca、NH4、Cl、U、Cu等组分浓度未发生重大变化。

地下水污染治理：目前已知的恢复地浸采铀过程中被污染的地下水水质的方法有：自然净化法、电渗析法、反渗透膜法、试剂沉淀法、离子交换法、向深层埋放法、地球化学去矿法等[6，7]。不论采用何种治理方法，最终目的都是合理的选择现有工艺技术将污染的地下水最大程度的恢复到接近地浸之前的水平。在上述原则下，治理前要先进行现场调查，将多种技术组合，进行经济、合理的评价，从而确定最佳的治理方案。

地浸采铀之后的地下水治理一般需经过以下3步完成。

（1）抽出矿层中的地下水。把含矿层中污染的地下水（浸出残液）抽出，由于不再向地层注加浸出液，矿层周围的清洁水将进入矿层取代被污染的地下水。抽出到地表的污染水必须经过回收处理，达到标准以后才能外排。

（2）注入还原剂。在地浸采铀过程中，由于加入氧化剂，使矿层从还原态转为氧化态。如果矿层继续保持氧化态，残留的铀和其他金属仍处于易溶的状态，会使地下水继续污染[2]。为了解决这个问题，必须采用合适的还原剂，例如：将硫化氢或硫化钠溶液注入含水层中，使溶解的铀和其他金属沉淀，使地下水组成稳定在可接受的水平。

（3）水质观测。地下水经过上述两个步骤的治理之后，经过一段时间的水质稳定，证明含矿含水层水质已经复原或达到治理标准时，治理工作才能结束。治理工作结束后，为确保治理效果，至少还需要3～5年的水质观测。

3.2 地表水污染与治理

在地浸采铀的生产过程中，由于设备条件以及人为操作的疏忽，存在跑冒滴漏现象，同时注液井进行排气操作时也会导致少量浸出液的带出，这些都会造成周围环境的污染。在地上水冶过程中产生大量含有NO-3、SO2-4、重金属离子以及微量铀的废水，这些废水如果不采取有效的处理，也会对环境造成较大危害。

对水冶工艺过程中产生的废水以及地下水治理过程中抽取的地下水的治理方法主要为：中和沉淀法、硫化物沉淀法、离子交换法、电化学法、人工湿地法和微生物处理法等[8]。

（1）中和沉淀法。中和沉淀法通过向废水中加入碱或者强碱弱酸盐，用以调节废水pH值，使重金属离子沉淀，从而降低废水中重金属的含量。如图2[9]和表2[10]，分别表示部分重金属离子和U（Ⅵ）在溶液中的浓度与pH值的关系。

由图2和表2可以看出，重金属离子和U（Ⅵ）在废水中的溶解度随pH值的增加而降低，达到某一pH值时达到最低值，随着pH值的进一步加大出现返溶现象。所以在采用中和法的时候，需要通过改变pH值，使不同的重金属离子分别沉淀，达到治理的目的。

中和法主要用于去除阳离子重金属污染物，当在中和剂中添加一些其他成分时，也能够去除部分阴离子。虽然中和法能够有效的降低被污染水体中的污染物，但是也存在一些不足。如图2所示，不同种类的重金属离子最佳沉淀的pH值不同，并且部分重金属离子在pH值较高条件存在返溶现象，可能会导致某些重金属离子去除不彻底，加重工艺负担。而且中和法对于废液中的阴离子如NO-3、SO2-4去除效果则较差，需寻找其他方法进一步解决[11]。

（2）硫化物沉淀法。通过在废水中加入Na2S、H2S、CaS等硫化物，硫离子与重金属离子反应，生成金属硫化物沉淀，从而降低废水中重金属离子的浓度。如表3[12]所示，金属硫化物的溶度积远远小于其氢氧化物的溶度积，说明运用硫化物沉淀法治理废水后，残留的有害重金属离子浓度相比中和法沉淀法更低。因此，运用硫化物沉淀法能够较为有效的去除废水中重金属离子。

（3）离子交换法。是指采用离子交换剂使废水中有害物质分离的方法。运用离子交换法能够处理几乎所有无机污染废水且可以做到废水的零排放。离子交换法虽然处理面广、效率高，但是也有其不足之处，如成本较高，废水中的有害离子不宜过高等缺点。

（4）电化学法。是指将电流通过废水，在阴极和阳极上引起氧化还原反应，使废水中污染物被分解或形成沉淀，从而使废水中污染物浓度降低的治理方法。

对于地表水的处理，上述几种方法要结合实际情况，选择适当的处理方式，同时，还要做到以下两点：①为了保护地表水，应对矿区附近的地表水体建造必要的工程（如渠道、环绕的水道、堤坝、跨越通道等），排除水体污染，防止洪水、融化水和暴雨水排泄对工艺设备及管线的破坏。②对于矿区存在的稳定水体（河流、湖泊、水库等），需要专门建立水质监测点，定期对水体进行取样检测，存在污染时，要查明污染源并采取相应的治理措施。

4 结语

地浸采铀技术作为一种较为绿色经济的采铀技术，具有良好的应用前景。同时，地浸采铀造成的污染也是不容忽视的，必须合理运用防护与治理措施，做好水污染治理工作，保障安全、经济、高效的开发铀资源。

参考文献：

[1]闕为民，王海峰，田时丰，等. 我国地浸采铀研究现状与发展[J].铀矿冶，2005（3）：113～117.

[2]张振强，金成洙，李富梅. 地浸采铀中的环境污染与保护[J]. 资源调查与环境，2004（4）：276～282.

[3]张飞凤，苏学斌，邢拥国，等. 地浸采铀新工艺综述[J]. 中国矿业，2012，（S1）：9～12.

[4]Bokovoya N， Carroll C， Bowerman B， et al. IMPROVING PROCESS CONTROLS AT IN-SITU LEACHING URANIUM MINES[R]. Brookhaven National Laboratory （BNL）， 2014.

[5]Gavin M. Mudd. Critical review of acid in situ leach uranium mining：1.USA and Australia[J]. Environmental Geology， 2001（41）：401～404 .

[6]托尔斯多夫E A .克孜勒库姆区域铀金矿床开发的物理-化学地质工艺[M].北京：原子能出版社，2003.

[7]李春光，曾晟. 地浸采铀地下水污染综合治理研究进展[J]. 科技情报开发与经济，2011（5）： 176～178.

[8]马尧， 胡宝群， 孙占学. 浅论铀矿山的三废污染及治理方法[J]. 铀矿冶， 2007， 26（1） ： 36～37.

[9]王绍文. 中和沉淀法处理重金属废水的实践与发展[J]. 环境工程，1993（5）：13～18.

[10]段德智. 铀酸铵的沉淀机理和工艺选择[J]. 原子能科学技术，1995（3）：223～232.

[11]张洪灿. 化学中和法和生物法联合治理酸法地浸采铀矿山污染地下水实验研究[D].衡阳：南华大学，2013.

[12]北京师范大学， 华中师范大学， 南京师范大学，等. 无机化学下册（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2003.

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