环境友好型地浸采铀工艺技术与应用

苏学斌，李喜龙，刘乃忠，王金海，张 磊

（1.中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古通辽028000；2.核工业北京化工冶金研究院，北京101149）

环境友好型地浸采铀工艺技术与应用

苏学斌1，李喜龙1，刘乃忠2，王金海1，张 磊1

（1.中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古通辽028000；2.核工业北京化工冶金研究院，北京101149）

论述了某CO2和O2地浸采铀矿山在建设环境友好型铀矿山过程中应用的工艺技术及应用情况，其中关键技术包括地下水无污染循环技术、溶浸范围的控制技术和工艺废水的减量化技术（沉淀母液的循环利用技术、转型废水的反渗透减容技术）。通过工业性试验和生产取得了良好的效果，表面放射性污染及氡及其子体浓度符合国家标准，使CO2和O2地浸采铀工艺成为了绿色、环保安全的铀矿采冶技术。

环境友好型；铀矿山；工艺技术地浸

地浸采铀以其基建投资少、建设周期短、生产成本低和对环境污染小的特点，在世界采铀矿山生产天然铀比例逐年提高，截至2014年底，地浸采铀产量已占总产量的51%。而中性法地浸工艺温和，被称作“环境友好型”采铀工艺。美国等对地下水治理规定严格的国家则采用中性法地浸采铀工艺。本文以某CO2和O2地浸采铀矿山为例，介绍环境友好型地浸采铀工艺技术及应用成果。

1 CO2+O2地浸采铀工艺流程

某CO2和O2地浸采铀工艺主要包括铀的浸出工艺和浸出液处理工艺两大部分。

1）铀的浸出工艺。将浸出剂通过注入井注入到矿体中有选择性地浸出铀，并将含有有用成分的溶液通过抽出井由潜水泵提升至采区集中控制室，利用集液主管自流至集液池，原液泵增压后进入浸出液处理厂房，通过离子交换吸附后不含铀的尾液配制浸出剂，通过采区集控室注入至含矿含水层。

2）浸出液处理工艺。浸出液经袋式过滤器机械过滤，去除固体颗粒杂质后进入离子交换吸附塔吸附，浸出液泵送至吸附塔之前加CO2气体，调节浸出液的p H值，尾液经集中控制室注液分配器分配至各注入井，注入地下含矿含水层。淋洗后的贫树脂通过吸附尾液反冲进行转型。淋洗的合格液进入合格液储罐合格液经酸化后加碱沉淀后进入沉降槽静止沉降，沉降浆体泵送至板框压滤机压滤，最后得到产品［1］。工艺流程见图1。

2 CO2+O2原地浸出采铀工艺的优越性

1）先进的同步环保理念。生产过程中运用了多种工艺技术，最大化的减少了废水的产生；采冶过程基本实现了无废水、无废渣和无废气，从使用试剂的根源上控制了污染源的产生。

2）开拓了可利用铀资源范围，提高了资源的利用率。含矿含水层中地下水矿化度高，矿床品位低、含碳量高的砂岩型铀矿，原被认为的“呆矿”，在采用CO2和O2地浸采铀工艺之后，变成了经济可采资源，提高了资源综合利用效率。

3）改善劳动条件，提高劳动生产率。由于地浸开采作业全部在地面进行，全流程实现了机械化与自动化，劳动强度轻，生产和安全条件大为改善，生产工序大大简化，劳动生产率显著提高。

4）CO2和O2地浸采铀工艺浸出液吸附与浸出剂配制工序进行一体化后，减少了操作环节，降低了生产成本，提高了生产效率。

图1 CO2和O2地浸采铀工艺流程

表1 浸出过程溶液与地下水本底组分对比表/（mg·L-1）

3 绿色地浸采铀工艺关键技术

3.1 地下水无污染循环技术

CO2和O2地浸采铀工艺采用CO2和O2作浸出剂，没有加入其他化学试剂，在一定程度上消除了浸出过程中废水产生的根源，浸出过程溶液组分与地下水本底对比见表1。

从表1对比数据可知，浸出液中除了铀被浸出，矿石中其他有害成分浸出较少，同时经过浸出液处理工艺中母液的回用、尾液反冲贫树脂和转型废水反渗透，使吸附尾液矿化度低，有害组分少，本质上实现了地下水的环保循环利用。

3.2 溶浸范围的控制技术

3.2.1 纵向溶浸范围控制

钻孔采用抗压的高强度PVC管，在PVC管与管壁之间的环状间隙（过滤器部分除外）及钻孔底部采用防渗混凝土充填与密封，使矿层段与其上、下的所有含水层隔绝，防止地下水纵向污染。同时采用地球物理测井、温度测井及伽马-伽马密度测井等保证了施工质量，确保了浸出剂不向其他含水层扩散［4-5］。

3.2.2 横向溶浸范围控制

开采过程中溶液在含矿含水层的运动受地下水天然流场和抽注液动态操作的影响，溶液向开采范围外的含水层弥散或漂移，为避免含铀浸出剂对地下水的污染，根据地下水动力学原理，在注入浸出剂和抽出浸出液时控制总的抽液量大于总注液量0.3%，使地下水在采区范围内形成降落漏斗［2］。

3.2.3 监测措施

为了较好地控制浸出剂和浸出液在矿层范围内运移，防止浸出剂和浸出液的流散，必须对浸出剂和浸出液在地下水中的扩散情况进行监控。为此，首采区共布置17个地下水监测井，对监测井每月定期取样监测。在采区外围、上含水层、下含水层布置观测井，观测井平面布置见图2，并根据监测结果及时调整采区局部抽注液量，以达到控制地下水流动范围的目的。

图2 某CO2+O2地浸采铀矿山监测井平面布置图

3.3 工艺废水的减量化技术

3.3.1 沉淀母液的循环利用技术

该CO2+O2地浸采铀矿山改进淋洗剂配制为NaCl+Na HCO3对饱和树脂进行淋洗，酸化沉淀后的母液主要成分为NaCl和Na HCO3，沉淀母液经酸化调节淋洗剂所需的p H值范围，经分析后补加NaCl或Na HCO3，实现了沉淀母液的全部回用，合格液酸化、沉淀和母液酸化参数见表2，较常规母液除镭外排相比，减少了外排废水量和母液处理成本，实现母液无外排［3］。

3.3.2 转型废水的反渗透减容技术

矿山采用吸附尾液反冲对树脂转型，利用吸附尾液中高浓度HCO3-置换树脂吸附的Cl-，来对树脂转型，取消了转型剂配制工艺［6］。对于产生的转型废水，采用反渗透进行处理减量。

反渗透处理反冲废水的部分运行参数见表3，从表3可以看出，尾液转型废水反渗透处理可实现废水体积约75%的减量。监测表明，转型废水经处理后，淡水中Cl-离子浓度大幅度降低，可作为浸出剂返回井场循环使用，而不会造成Cl-累积，减轻了对树脂吸附铀的影响。

表2 合格液酸化、沉淀、母液酸化参数/（g·L-1）

表3 反渗透处理转型废水运行参数

4 应用成果

1）生产过程中不产生其它废液、废气，实现了减排效果。

2）现场工业生产运行地点的含矿含水层和上含水层的地下水组分监测结果见表4。从表4可以看出，在含矿含水层中GC-01、GC-02和GC-03监测井的铀浓度及其他离子成分均处于本底范围内，上含水层采区内与采区外1及采区外2监测点铀及其他离子成分基本相同，说明了CO2+O2浸出过程经过反渗透处理，污染物的控制维持了本底水平。

3）表面放射性污染的监测见表5、矿区及周边环境空气中氡及其子体监测结果见图3。

表4 地下水组分监测结果

表5 表面放射性污染

图3 氡浓度监测结果

生产各部位监测点氡气浓度控制在0～226Bq/m3范围内，氡气排放量仅为常规矿山的1/3，低于EJ993-2008规定的1.1kBq/m3，生活区及附近村庄未监测出氡及其子体。生产各部位监测点α、β表面污染水平范围为0～0.07Bq/cm2和0～8.775Bq/cm2，职业照射计量仅为常规矿山的1/3，低于GB23727-2009规定反射性表面污染控制水平，生活区地面及附近村庄地面未检测出表面污染。

5 结论与建议

1）CO2+O2地浸采铀工艺是以CO2和O2为消耗原材料，从源头上控制了污染源，同时有效减少温室气体排放，对环境保护具有实际意义。

2）通过对横向和纵向的溶浸范围控制，有效控制了浸出剂向井场区域以外扩散。

3）沉淀母液回用做淋洗剂、吸附尾液转型及反渗透技术的应用实现了注液过程中不向含矿含水层引入其他有害离子，保证了浸出地下水环境的稳定，同时实现了废水的减量化。

4）CO2和O2地浸采铀工艺在资源综合利用、技术创新和节能减排方面符合建设绿色矿山的要求，是铀矿采冶发展的新方向。

［1］ 刘乃忠，苏学斌，杜志明，等.中美CO2+O2地浸采铀水冶工艺的对比分析与优化选择［C］//全国铀矿大基地建设学术研讨会论文集，2012：1265-1271.

［2］ 阙为民，谭亚辉，曾毅君，等.原地浸出采铀反应动力学和物质运移［M］.北京：原子能出版社，2002：1-2.

［3］ 杜志明，刘乃忠，李建华，等.地浸采铀废水减量与循环利用［C］//中国核科学技术进展报告（第三卷），2013：1-5.

［4］ 孙博，孙占学.地浸采铀中的环境污染及保护［J］.铀矿冶，2008，27（3）：142-145.

［5］ 苑俊廷，孙占学.地浸采铀中的污染及防护［J］.铀矿冶，2009，19（3）：154-155.

［6］ 徐乐昌，王英红，刘乃忠，等.CO2+O2地浸采铀工艺的废水处理方法［J］.铀矿冶，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

苏学斌（1968-），男，湖南常德人，硕士，研究员级高级工程师，主要从事地浸采铀领域科研、设计、工程建设和生产运行管理。E-mail：suxuebin1968@163.com。

李喜龙（1988-），男，吉林公主岭人，主要从事铀水冶科研、管理工作。E-mail：499370446@qq.com。