退役铀矿山矿坑水治理方法的分析

第21卷　第1期2002年2月
铀　矿　冶
U RAN I UM M I N I N G AND M ETALLU R GY
V o l
.21　N o .1Feb .2002
收稿日期:20010315
作者简介:范全会(1967),男,河北正定人,高级工程师,从事铀矿山安全防护、退役治理的研究、设计工作。

退役铀矿山矿坑水治理方法的分析
范全会
(核工业第四研究设计院,河北石家庄050021)
摘要:归纳了我国退役铀矿山矿坑水治理的特点,对目前退役铀矿山矿坑水治理的方法进行了总结、分类,结合郴州铀矿退役矿坑水治理工程实例,提出了做好退役铀矿山矿坑水治理工作的建议。

关键词:矿坑水治理;铀矿山退役
中图分类号:TL 941.1　文献标识码:A 文章编号:10008063(2002)01002904
随着国民经济战略重点的调整,以及资源枯
竭等因素,我国早期建设的一批铀矿山,从1985年起陆续进入退役阶段。

到目前为止,前后共分二批、十余个矿井,除个别矿井已完成退役外,绝大部分仍在进行中。

我国大部分铀矿山分布于人口较稠密的南方地区,且处于各大江河的上游[1];这些地区年降雨量大,地下水位高,水文地质条件较复杂;矿山由于多年的地下开采,形成了大量的采空区,而且有些通地表的坑(井)口或低于原始地下水位的未封钻孔,在停产后仍有大量的矿坑水流出,对环境造成一定的污染,同时也给全矿的退役工作带来极大的难度,如郴州铀矿退役的矿坑水治理工程便是典型实例。

因此,矿坑水治理成为铀矿山退役治理的重要一环,必须引起足够重视。

1　退役铀矿山矿坑水治理的特点
1)在矿山生产时期,矿坑水一般在井下被水
仓收集后,由泵提升至地表集中处理后排放。

而对退役的铀矿山,不可能长期维持井下排水与地表废水处理设施的运转。

因此,退役铀矿山的矿井必然要实施淹井,矿坑水自流至地表,短期内处理后排放。

而对一些关停较早的矿山,实际上关停后就已经淹井。

2)由于认识上、政策上的原因,我国已关停的铀矿山,在关停前均未能很好地进行退役考虑及退役设计。

在关停后即对井口工业场地及井下的设施进行拆除,封井后自然淹井,结果给滞后的
退役工作,特别是对矿坑水的治理造成了不少的困难。

3)由于水文地质条件复杂,矿山淹井后的水流去向及水质和排出水量难于准确预测,给矿坑水治理工作带来了很大的难度。

4)由于铀矿山周围密布农田,部分农民往往使用矿坑流出水作农灌水和供牲畜饮用,这又人为地增加了治理难度,而且造成单位与周边的关系难以处理。

2　退役铀矿山矿坑水治理方法
根据退役铀矿山的特点,目前退役铀矿山矿坑水治理的方法可分为三类:处理后排放;直接排至地表水体稀释;封坑(井)或钻孔,矿坑水不排至地表。

2.1　矿坑水经处理后排放
矿坑水处理分为矿坑水流出前的处理和流出后的处理。

流出前的处理包括淹井前井下采场的清洗、密闭、井下设备的拆除,以及在淹井过程中往矿坑水中投加石灰等进行处理等;流出后的处理一般使用矿山原有的废水处理设施。

但停产后矿坑水中的铀浓度比生产时期要低,此时,原有的废水处理设施处理效果不甚理想,而且金属回收量低,运行成本高,废水处理的代价2效益比变得不合理。

为此,必须采取更简单的废水处理工艺,如石灰中和沉淀等。

2.2　矿坑流出水直接排至地表水体稀释
当废水处理的代价2效益比极不合理时,对于各种有害元素浓度较低的矿坑水,或地表水体流量较大,有足够的稀释能力,且人烟稀少的地区,经优化分析,可以将矿坑水直接排至地表水体。

如新疆某铀矿的矿坑水就是采用直接排放、加强监测的办法解决的。

2.3　封堵坑(井)口或钻孔,矿坑水不排至地表
对有些铀矿山,可以采用封堵墙加壁后注浆等堵水方法,封堵矿山的坑(井)口或钻孔,切断矿坑水的流出通道。

如湖南某铀矿就采取了全部坑井口封堵的措施。

进行退役矿坑水治理时,要结合矿山的现状及自然条件,根据最优化原则,采用一种或几种方法,以达到保护环境和退役的目的。

下面,结合郴州铀矿退役矿坑水治理工程的实例予以说明。

3　郴州铀矿退役矿坑水治理工程的经验与体会
3.1　郴州铀矿概况
该矿地处湖南省郴州市北11km的许家洞境内,该矿为地下开采,主要开采了一号井田(主矿带)和二号井田(东矿带)。

两个井田通过2号大巷相通,另外,为降低排水扬程,主矿带设有206 m泄水口,东矿带设有172m泄水口。

同时,该矿为取用地下热水,在主矿带80m中段设有取水点及泵房,取水流量约200m3 h。

矿区平均原始地下水位标高为207～210m,由于井下大量排水,停产后平均地下水位标高为145m。

因矿区地下水位下降,故位于矿区南部的温泉全部断流。

该矿的地下热水,具有水温高(最高达到57℃)、水质好的特点。

由于该矿水文地质条件复杂,在生产采矿期间,曾先后揭露了384个涌水点,虽经封堵,在停产时,矿坑内仍有348个涌水点,累计涌水流量2150m3 h,大量的矿坑涌水需不断用泵提升至地表。

同时,由于该矿的铀矿石伴生大量的黄铁矿,而黄铁矿在水、氧气的作用下,生成硫酸,致使矿坑水呈酸性,而矿石中的金属污染物在酸性水的作用下更易浸出,这样,使矿坑水中的污染物浓度升高[2]。

1984年6月16日,主矿带80m中段114穿脉掘进时发生涌水,短时涌水流量高达6000～7000m3 h,水温高达54～56℃。

淹井时矿坑水中的天然铀的质量浓度,一开始随矿坑涌水迅速上升,约一个月后,达到最大值27.5m g L,而后又以较快的速度下降,经过半年时间降到0.2 m g L的水平;而pH值与其变化相反,由最低时约3.2升至6.4。

pH值的升高,也与该矿大量向井下投加石灰有关。

3.2　矿坑水治理方案的确定
3.2.1　初步治理方案
郴州铀矿在停产后,即开始了对矿坑水的治理。

根据优先减少井下排水量,同时保护利用地下热水的原则,在请各方面的专家论证的前提下,该矿确定了矿坑水初步治理方案,其具体内容如下:封堵矿井内的涌水点,预计堵水效率可达95%,使矿坑内的涌水流量减少至200m3 h以下,做到不淹井,同时又可继续取用地下热水。

在能达到95%的堵水效率的前提下,此方案的优点是:由于不淹井,可以基本上不污染地下水,而随着矿区地下水位的升高,南部的温泉水将重新出露,地下热水可以得到充分利用。

3.2.2　治理方案的调整
1995年11月8日,在东矿带堵水过程中,50 m中段突然发生涌水事故,瞬时涌水流量高达3000m3 h,造成东矿带90m中段以下被淹。

淹井事故发生后,对该矿复杂的水文地质条件有了更进一步的认识,同时也意识到,达到95%的封堵率是不现实的。

而由于封堵使地下水位升高,矿井内突水淹井事故隐患增大。

在此情况下,矿坑水治理方案修改确定为:封堵井下237个涌水点,减少矿坑涌水量,井下充撒石灰,淹井后172m硐口泄水,预计此时泄水流量小于500m2 h。

淹井后2a内172m硐口泄水经石灰中和后排放至郴河,2a后,当矿坑水中的天然铀质量浓度小于0.2 m g L后,可直接排放至郴河。

井下充撒石灰,是由于石灰可以使淹井初期矿坑水的pH值升高,相应减少金属的浸出量。

石灰的充撒量根据所做的石灰中和矿坑水试验结果确定为7.5kg m3。

同时,为了回收铀金属,减少矿坑水中铀的排放量,在淹井前,利用郴州铀矿矿石易于浸出的特点,用井下热水对采空区进行喷淋,淋浸水收集至地表处理,这样,可以回收铀金属40t,不仅取得了较好的经济效益,也可以得到极大的环境效益。

根据该矿淹井事故时矿坑水中污染物浓度的变化规律,在采取了治理措施后淹
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井,矿坑水中铀质量浓度不需要2a的时间便可降至0.2m g L以下。

在治理方案中所以确定2a 的废水治理时间,是为了预防某些异常情况出现,这种考虑是必要的,也是合适的。

3.2.3　治理工程的代价2效益分析
国家环保局1997年3月审评通过了《郴州铀矿矿坑水治理工程环境影响报告书》,报告书的结论认为,郴州铀矿矿坑水治理方案的实施,可取得以下效益:
1)治理工程共投入直接工程费1836.75万元。

在淹井后,预计172m硐口年均泄水流量将由不封堵时的1120m3 h降为386m3 h,避免了地下水资源的大量流失,同时区域地下水位将上升,矿区南部的温泉将重新出露。

2)在淹井前对井下采场进行淋浸可回收铀金属40t,不仅减少了向环境的排放,还可取得约1040万元的直接收益。

3)治理工程实施后,由矿坑水所致关键居民组的年个人有效剂量当量为3.4×10-3m Sv,远小于个人有效剂量当量限值(0.25m Sv)。

集体剂量当量为0.014人・Sv a.。

4)经预测,无论在地下水、地表水中,非放射性污染物的污染指数均小于1,说明工程对环境的影响是可以接受的。

3.3　实际效果检验
在国家环保局批准了该治理工程的环境影响报告书,郴州铀矿完成了各项治理工程及准备工作后,原中核总计划局批准该矿于1997年5月1日零时起开始淹井。

淹井后,矿坑水中铀质量浓度峰值为10m g L,1997年7月便降至0.5m g L 以下,172m硐口从5月中旬开始泄水,泄水中铀质量浓度峰值为1.36m g L,出现时间为1997年6月份。

其稳定水量、水质分析见表1。

目前,矿区南部温泉已经出水,水质良好。

说明矿坑水治理方案可行,对矿坑水中污染物的浓度及出水流量的预测基本合理。

表1　172m硐口年均泄水流量及水中铀质量浓度
年份q v (m3・h-1)Θ (m g・L-1)
19974650.15
19984230.13
19994120.0933.4　郴州铀矿退役矿坑水治理工程取得的经验
与体会
郴州铀矿退役矿坑水治理工程是矿冶系统退役矿山中比较复杂的,且具有代表性。

该矿水文地质条件极复杂,井下水量大,治理工程既要保护环境,又要兼顾合理利用地下热水,其难度可想而知。

该治理工程取得的一些成果对其它铀矿山退役有很好的借鉴作用。

1)单纯采用封堵的方法治理矿坑水是不可取的,一般情况下以封堵与疏排相结合的方法为宜。

在目前的技术条件下,封堵单个水点虽可做到滴水不漏,但根据地下水补—径—排的运动规律,地下水必然要从其它软岩层或导水裂隙处涌出,而此时,矿坑水治理的难度会更大。

类似教训在湖南某铀矿也曾发生过,该矿在封堵了所有的坑(井)口或钻孔后,地下水从一些未发现的泉眼和山体缝隙处流出,造成了环境污染。

2)淹井前的治理工作至关重要。

郴州铀矿在淹井前对井下采空区进行了淋浸,既回收了铀金属,又减少了可溶解的污染物量。

井下充撒石灰,提高了淹井后矿坑水的pH值,降低了其中的污染物浓度。

这些工作投入相对较小,但可以取得较好的环境效益。

3)一定要重视监测资料的积累与分析工作。

淹井事故从某种意义上说是一次淹井试验,正因为有大量的监测资料可利用,才可以确定淹井后的污染物浓度变化,这为退役设计和环境评价提供了重要可靠的依据。

4　做好退役铀矿山矿坑水治理的建议
退役工作是铀矿冶系统中必不可少的生产程序。

矿坑水治理工作要坚持最优化原则,从实际出发,达到花费较少而又能保护环境和保障人民健康的目的。

目前,铀矿冶系统尚有多个企业正在或即将退役,如何做好矿坑水治理工作,笔者根据郴州铀矿及其它矿山的实际经验,提出了如下一些初步建议。

1)坚持最优化原则,重点做好事先的退役设计。

矿坑水退役治理包括井下设备管线的拆除,淹井前井下采空区的处理,淹井时间、淹井后出水口的选择,出水后的水处理方案等。

只有综合考虑,才能以较少的投入将矿坑水对环境的影响减小至最低程度。

同时,因为有了事先设计,避免了先淹
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第1期 范全会:退役铀矿山矿坑水治理方法的分析
井后治理,可以减少治理难度和费用。

2)要想将地下水完全封堵在井下是不现实的,但当有多个出水口时,为了便于排出水的治理,可以选择一个适宜的出水口,而将其它的出水口予以封堵。

3)做好生产期间及停产后的监测及数据积累、分析工作,使退役治理少走弯路路,有据可依。

参考文献:
[1]　潘英杰.我国铀矿冶设施退役环境治理现状及采取
的对策[J].铀矿冶,1997,16(4):227228.
[2]　季建文.铀矿山废水治理[M].北京:原子能出版社,
1967.11.
TREAT M ENT OF M INE-W ATER FROM D ECOMM ISSI ON ING URAN IU M M INES
FAN Q uan2hu i
(T he Fourth R eserch and D esign Institute,CNN C,Sh ijiazhuan050021,Ch ina)
Abstract:T reatm en t m ethods fo r m ine2w ater from decomm issi on ing u ran ium m ines are in troduced and classified in th is paper.T he suggesti on s on op ti m al treatm en t m ethods are p resen ted as a m atter of exp erience w ith decomm issi oned Chenzhou U ran ium M ine.
Key words:m ine2w ater treatm en t;decomm issi on ing u ram ium m ines
从Sarchesh m eh焙烧后的辉钼精矿中生产纯M o O3
《M inerals Engineering》2001年第7期发表Shariat M.H.等人文章,介绍了从Sarcheshm eh焙烧后的辉钼精矿中生产纯M oO3的湿法冶金工艺及其最佳参数。

Sarcheshm eh矿位于伊朗东南部的克尔曼省(Ker m an)。

其湿法冶金工艺为:焙烧后的辉钼精矿用氨水浸出(此过程Cu也随M o一起溶解,而Fe溶解很少,且随氨水增加而沉淀);浸出液加氢硫化铵使Cu沉淀被除去;净化后的浸出液加入盐酸把钼沉淀成钼酸;钼酸溶于氨水中,使钼转化成仲钼酸铵而结晶析出;煅烧仲钼酸铵得到纯M oO3产品。

作者研究了诸如温度、时间、浸出的固液质量比、pH、试剂浓度和氨水加入量等参数在不同工艺阶段对M oO3产品的影响,得到最佳的工艺参数是:焙烧后辉钼精矿浸出　温度298K,时间20m in,氨水浓度为2.37m o l L,固液质量比为1 10,钼浸出率95%;浸出液净化　每100L料液氢硫化铵加入量为20L,溶液中剩余的w(Cu)<1×10-6;钼酸沉淀　盐酸浓度2m o l L,pH≈2,沉淀率98%;仲钼酸铵结晶沉淀　氨水浓度2.37m o l L,60℃过冷却;煅烧得M oO3　温度350℃,时间1h。

在上述工艺及最佳条件下,制得的M oO3产品中的Fe、Cu、A s和Ca质量分数均<0.0001%,Sb为0.001%。

(陶德宁　供稿) 23 铀　矿　冶 第21卷。