低品位铀矿开采的问题及可持续发展转型

郭 勤，苗瑾超，张宏举，马 信，陈自娇

（新疆理工学院，新疆阿克苏 843000）

随着发展中国家经济的发展和生活水平的提高，全球电力需求自1990年到2016年增长了一倍，这种趋势将一直持续到2050年左右。目前发电所产生的碳排放达到了全企业碳排放的40%，要满足日益增长的电力需求同时降低碳排放就要求世界各国加速以煤炭为主的化石燃料发电向清洁能源转变［1］。我国目前面临着严峻的节能减排压力，其碳排放达到了全球的25%，根据在《巴黎气候协定》的承诺，将在2030年清洁能源达到20%的比例。为实现此目标，国家在发展太阳能、风能的同时也在大力开发核能。自2009年以来，全球新建发电核反应堆65%在中国。以目前的核电增长趋势，到2050年我国铀资源的需求量将相当于2015年全球核反应堆铀资源的消费量；而我国却是铀资源稀缺的国家，国内铀矿资源主要以低品位铀矿为主，海外富矿主要掌握在欧美国家，我国在海外投资的铀矿资源也基本全部属于低品位铀矿［2］。随着原地浸出、堆浸、和地下浸出等工艺成熟，低品位铀矿开发利用也有较好的价值，但在开采同时将产生更大的环境问题，对矿工和当地居民的影响也比较大。我们应重视低品位铀矿开采的问题，走可持续发展的能源转型之路。

1 低品位铀矿开采的问题

1.1 低品位铀矿的环境问题

在品位较低的矿床中，必须开采更多的矿石才能生产相同量的核燃料，采用低成本的开采技术才能弥补低品位相关的低效率。采用地下浸出和原位浸出法能降低低品位铀矿开采的环境风险，而采用露天采矿和堆浸则会带来较大的环境风险。

露天采矿首先对露天矿体进行钻孔和爆破，除覆盖层，使用运货卡车将挖掘出的含铀矿石运出矿山，使用伽马射线能谱仪对每辆卡车的平均铀浓度进行评估：较高品位具有水冶加工经济效益的铀矿被运输到现场破碎，浸出和制粉设施。在浸出过程中，向破碎的矿石中加水球磨并用酸和氧化剂浸出铀，通常可实现75%～95%的浸出率［3］。为了增加低品位矿产黄饼产量，通过堆浸对露天采矿水冶工艺进行补充。堆浸通常是在矿山开采寿期即将结束和矿物品位较低时采用，将低铀品位的破碎矿石经过分级处理后堆放在用做好防渗漏的地面，用硫酸和氧化剂灌溉矿石，以破坏铀与基质岩石之间的化学键。浸出30～90 d后，将含铀的泥浆过滤到现场的池中，然后将浸出液泵入加工厂，采用萃取法将铀和浸出酸分离。堆浸相对效率低下，只能提取堆浸矿石中约70%的铀，但对于低品位矿床相，它可以以较低的成本提取更多的铀。较低品位的铀矿也需要更多的化学物质进行处理，并产生大量的“尾矿”，铀矿石品位越低，每吨黄饼产生的尾矿量就越大。加拿大McArthur River铀矿品位约为20%，每生产1 t铀矿石约生产1 t尾矿和200 kg铀，相比之下，我国的矿产每吨铀矿石仅产生不到0.3 kg铀，尾矿产量是其400倍，而尾矿沉积物的放射性和持续性污染释放特征对矿工和当地居民都具有重大影响［4］。

1.2 低品位铀矿开采对矿工的影响

大多数与核能相关的职业风险的科学研究都集中在核反应堆、核废物处置和武器测试上，而不是铀矿开采上。主要是由于以下几个原因：（1）铀矿开采中与低辐射有关的健康影响可能需要数十年的时间才能显现出来，长时间收集个人水平的数据会使研究管理和数据解释复杂化，并推迟结果的发布；（2）低水平的辐射暴露难以测量，如盖革（Geiger）计数器之类的监测核电厂辐射工人安全的技术不太适合评估矿山中低水平辐射的空间分布；（3）铀矿工健康风险存在多种影响因素，如粉尘、工作环境、伤害和化学毒性等，这些因素可以独立影响健康结果，也可以通过与辐射暴露的相互作用来影响健康结果，从而难以确定铀特有的风险。与核电厂不同，铀矿开采属于每年辐射暴露水平低于100 mSv，因此不受制于核电厂的严格员工安全要求，而癌症和遗传性疾病的发生率与累积辐射暴露量成比例地增加，长期暴露于低水平辐射环境，加上累积的高暴露量是与铀矿开采健康相关的最大问题［5］。

对矿工辐射暴露途径的研究主要集中于氡气和粉尘［6］：氡气是铀的自然放射性衰变过程中产生的一种无色、无味的气体，世卫组织已将其确定为全球非吸烟人群中肺癌的主要原因。通过爆破、破碎和加工增加含铀矿石表面积，以提高浸出速率和铀的开采会提高局部氡气辐射水平，地下水平矿山的氡气量通常高于露天矿，但不同地质条件（如：水分含量）、工作环境、时间（如：天气）和矿山内工作区域而有很大不同。由于矿山尾矿保留了铀的大部分放射性，因此，即使低品位铀矿堆浸及尾矿床的铀浓度很低，由于其矿堆较大，员工也可能会暴露于高水平的氡气辐射。通过采矿粉尘暴露于辐射中是矿工的第二种暴露途径，虽然氡气的半衰期较短，为3.82 d，但其放射性衰变产物有较长的半衰期，可附着于粉尘颗粒，经呼吸、伤口和其他途径摄入，可能增大癌症和其他健康问题的风险。在西方一些劳动保障措施及技术发达的国家，铀矿采矿是通过远程遥控，这可很好的减少粉尘暴露，而我国很多矿山还是人工采矿且大多通过第三方合同雇员来完成。其居住区一般为距离矿点5 km左右的公司小镇，和正式员工相比获得就业福利及接受健康与安全培训的可能性较小，更容易在工作中遭受辐射和其他危害［7］。

1.3 低品位铀矿开采对当地居民的影响

关于铀矿开采对当地居民健康影响的研究十分有限，由于人口流动，在当地居民采集低辐射量的数据更加困难和不可信。生活在富含铀的土壤中的个体居民本身就具有较高的天然氡气暴露水平，因此即使没有铀矿采冶，其健康问题的相关风险也较高。铀矿当地居民，由于贫困和医疗保健水平较差，研究人员很难得出关于铀矿开采如何影响附近居民健康的明确结论，与铀矿采矿有关的粉尘可能给当地居民带来的风险需要更多的研究来支持。铀矿粉尘通过风吹和水流等途径使当地居民受到化学暴露接触辐射，我国季风天气的风能清除露天矿山尾矿中的灰尘，这些尾矿可以保留大部分放射性，当地居民可能会通过耕作，放牧和野外活动等方式暴露于尘土中［8］。极端天气的雨水暴增和矿区的渗漏以及尾矿库的结构故障也可以传输粉尘和有毒有害化学物质，在雨季，我国南方山区河流经常发生山洪泛滥，尾矿坝由于结构故障而泄漏的可能性较大，尾矿发生渗漏后的地下水修复可能需要长达40年时间［9］。

2 低品位铀矿开采的可持续发展转型方向

2.1 加强环境保护与治理，促进铀矿冶可持续发展

依靠科技进步，积极推进新的采、选、冶技术在铀矿冶炼浸出工艺中应用，实行科学采矿，安全生产，坚持以人为本的管理理念。加强源头预防和全过程治理，把清洁生产、资源利用和生态环境保护有机整合，实现铀矿资源的勘探、开发、加工和环保一体化，提高资源利用率，优化资源配置，降低生产成本［10］。

2.2 推进土地复垦与采矿活动同时规划

将矿山开采活动和土地复垦工作有机整合协同推进；在采矿申请时，必须考虑土地复垦方案和经费的措施，保证采矿活动和土地复垦工作的同时进行，加强退役矿山的土地复垦工作，实现退役矿山土地再利用，既能节约矿山资源提高矿山经济效益，又能提高资源再利用率，使得矿山经营日趋专业化。通过土地复垦工作，新修运矿公路，将原有矿山进行去污土、换新土、检测放射性、种植人工植被等方式能很好的改善矿山环境，保护大量耕地，促进企业经营效益的提升［11］。

2.3 完善立法与政策支持

铀矿采冶除了具有其他矿床开采的环境问题外，还具有放射性污染的危害。但在铀矿采冶业发展的初期阶段，由于军用任务紧迫和当时环境意识和技术的局限性，与铀矿采冶相关的环境保护问题未引起重视，特别是矿区地下水污染及其生态安全问题的立法或环境保护政策不够完善。随着核电事业的迅速发展，铀矿采冶工业得到迅速壮大，但也加重了放射性对环境的影响，铀矿山环境问题因之日益受到国际原子能机构、各国政府、科研人员和公众的重视和关注，尤其是对与人们生活息息相关的地下水造成的放射性污染问题逐步得到重视，提出了铀矿采冶可持续发展理念。20世纪80年代西方国家纷纷制定了《铀矿水冶尾矿辐射控制法》，制定了修复和处置关闭的铀、钍水冶尾矿场污染物的相关环境标准，这些标准规定了运营和关闭的水冶设施的放射性气体排放和土壤与地下水的污染标准，对铀矿开采，以及核燃料循环等其他方面的工作提供了法律层面的规定，并为矿工和当地居民制定了严格的健康标准。我国于2003年颁布的《中华人民共和国放射性污染防治法》，第五章对铀（钍）矿和伴生放射性矿开发利用的放射性污染防治进行了法律规定，但没有针对铀矿区地下水保护的专门规定。根据我国的国情和实践经验，制定相应的铀矿冶退役和治理的技术政策、法规与标准，用以指导相关工作，既要确保环境和公众的安全，又能最大限度地节约治理费用，仍是当前急需解决和明确的问题，关于放射性核素对地下水及其生态环境影响的立法和相关研究亟待加强［12］。

2.4 完善绿色铀矿冶环境成本补偿机制

将绿色环保和可持续发展理念引入到铀矿冶工业中，通过对其生产经营过程及退役阶段产生的环境成本进行科学、合理的计量与补偿，完善土地类型生态价值成本补偿、放射性污染降级成本补偿、矿山退役治理成本补偿和环境防治成本补偿机制，最终提高铀矿冶工业的整体环保意识，改善其环境污染现状，实现铀矿冶工业的健康和良性发展［13］。

2.5 完善矿山安全保障措施，建立员工健康档案

由于铀矿山具有放射性，进一步完善井下基础设施和矿井提升系统，加强井下通风设施，加固井下排水系统，增强矿山安全，提高劳动保护条件，保障员工生命安全和企业财产安全。凡是进入生产区的人都必须佩带放射性个人剂量仪，随时观测员工遭受放射性剂量。在每个施工巷道配备新式个人自救呼吸机，大型矿山配置有专用急救车，全力保证员工生命安全。为每位员工建立个人健康档案，定期检查员工身体，检测每个员工的放射性剂量，确保每位员工及时发现问题。对矿山实行多重监督，包括安全监督、环保监督、卫生监督等，通过高标准、严要求，实现企业技术更新换代和管理模式改造，促进企业经营的规模化［14］。

3 小结和展望

全球约40%的电力来自煤炭，对于我国和其他经济快速发展的国家而言，用核能发电替代煤炭发电是最有潜力减少碳排放、减少污染、改善健康状况，同时满足日益增长的电力需求的方式。近十年来我国的核电容量以比任何国家都快的速度增长，和基于化石燃料的能源一样，核能也需要原材料，我国的核能崛起在很大程度上归功于低品位铀矿资源的开采，而低品位铀矿开采的增加带来了巨大的社会和环境成本，也包括矿山工人和当地居民的健康风险。需要评估多个因素的影响，谨慎考虑能源转移战略的人力和环境成本及收益分配，确保无论是通过核能还是其他技术进行的能源转换，在环境和社会上都是可持续的，实现环境和社会可持续的方式完成能源转换［15］。