循环经济是对物质闭环流动型经济的简称.它按照自然生态系统物质循环和能量规律重构经济系统,使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中.它要求把经济活动组成一个"资源-产品-废弃物-再生资源"闭环反馈式循环过程,使所有的物质能量在这个循环中持久合理的利用,实现尽可能低的资源消耗和环境成本,其核心内涵包含"减量化原则、再使用原则、再循环原则",即3R原则[1-2].
通辽铀业公司在建矿之初,就本着"节能减排,循环经济"的理念,走可持续发展的道路,依靠先进的开采技术,大力发展循环经济,在铀矿冶行业中树立了良好的形象,并取得了较好的经济效益和社会效益.
1浸出工艺及其特点
1.1浸出工艺
通辽铀业公司采用CO2+O2原地浸出采铀技术,通过混氧装置将氧气溶于溶浸液中并注入到含矿层,溶浸液中的溶解氧将矿石中的四价铀氧化成六价铀,六价铀与地下水中的碳酸氢根反应转化成碳酸铀酰配合离子,从固相铀矿物转入液相的浸出液中,从而实现铀的浸出.
1.2特点
这种浸出工艺的特点是采用CO2+O2作浸出试剂,试剂性质温和,浸出选择性较高,浸出有害物质少,能耗低.主要体现在:
1)基建工程量小,建设周期短.地浸采铀基建工程包括井场钻孔、浸出液处理厂、废水处理设施等,将采冶建设融为一体,建设期约需1a时间.与常规矿山相比,地浸矿山基建投资可节省20%~55%,不需建立井巷及矿石提升与运输、井下通风与排水、矿石破磨、搅拌浸出等设施,也不需要废石场和尾矿库;工艺上对工程量和设备数量的要求都极大缩减,建设期的原材料消耗和能源消耗显着减少,可直接从源头节约资源.
2)用CO2作浸出剂,有利于温室气体的减少.温室气体排放量是影响社会经济可持续发展的重要指标之一.减少温室气体的重要途径之一是CO2的储存,即将CO2排放源利用一定技术分离出纯净的CO2并将其输送到使用或储存CO2的地质储存场所[3].通辽铀业公司CO2+O2原地浸出技术就是储存并利用CO2的一种技术,通过向含矿层 注 入CO2既 能 提 取 铀 又 可 储 存 大 量 的CO2.
3)产生的放射性三废大幅减少,因此三废处理所需的试剂和能源消耗也相应减少.常规铀矿开采产生的废气、废水、废石、尾矿量约占整个核燃料循环总废物质量或体积的98%以上.虽然铀矿冶废物属于低放射性废物,但由于废物量庞大,且其中有相当一部分系长寿命的放射性核素,并含有大量的非放射性有毒有害污染物,特别是废石及尾矿占据大量土地,对环境造成长期影响.
通辽铀业公司CO2+O2原地浸出采铀不产生废石和尾渣,极大地减少了铀矿冶企业对地表环境的影响.由于在接近中性条件下浸出,故对地下水的污染最轻.铀矿冶系统各类型工艺过程产生的废物量见表1[4].
2工艺设备
浸出液提升是整个地浸采铀的关键过程.地浸采铀矿山目前通用的浸出液提升方式有空气提升和潜水泵提升2种.通辽铀业公司CO2+O2原地浸出采铀采用潜水泵提升浸出液,操作简单方便,所需人员相对较少,采用自动化集中控制,整个过程体现了节能、经济、高效的原则.同时提升系统在封闭的条件下运行,潜水泵运行稳定,提液过程较平缓且没有剧烈搅动,浸出液由抽液管直接进入主管,无气体外排和溶液泄漏,有效防止了跑冒滴漏现象的发生,对周围环境影响很小.CO2+O2原地浸出采铀技术所需的其他设备数量较少,由于在近中性环境下进行浸出,没有酸碱的腐蚀,极大程度地减少设备及配件的消耗和磨损,从而延长设备更新的频率.
3工艺水闭路循环
通辽铀业公司采用CO2+O2原地浸出采铀技术,其浸出液回收采用吸附-淋洗-酸化-沉淀工艺流程,并尽量使水循环利用,减少工艺试剂消耗量、用水量和废水产生量,从而减少废水处理量和排放量,从源头上最大限度地降低对环境的影响.产生的吸附尾液绝大部分(约99.7%)返回地浸,并用吸附尾液冲洗负载树脂和贫树脂,使贫树脂转型.负载树脂冲洗、贫树脂冲洗和贫树脂再生所用水量约占抽液量的0.84%.负载树脂冲洗水经沉降、过滤处理后返回配制溶浸液.
90%的沉淀母液返回配制淋洗剂.贫树脂冲洗废水、贫树脂再生废水和10%沉淀母液经过反渗透处理,产生75%淡水和25%的浓水,其中52%的淡水循环配制溶浸液,以满足抽液量大于注液量0.5%,并减少废水外排量,35%的淡水用于草地灌溉,13%的淡水用于冲洗黄饼[5]97.黄饼过滤液循环用于黄饼沉淀.最终产生的放射性废水来自于吸附尾液和沉淀母液.通过上述循环利用后,需处理的废水量比不进行工艺水循环利用所需处理的废水量减少约45%.
4三废处理及地下水污染控制
4.1三废处理
4.1.1废水
我国铀矿冶长期以来采用石灰中和法处理废水,但中和沉淀法操作困难,管理难度大,固体废物产生量多,易造成二次污染,且不能有效去除硫酸盐.通辽铀业公司CO2+O2原地浸出采铀技术,采用反渗透和蒸发池自然蒸发的联合方案处理废水,处理后的淡水可用于灌溉,进一步减少了试剂消耗量和废水产生量.反渗透脱盐率高达93%以上,采用反渗透处理后需要蒸发的废水比不进行工艺水循环需要蒸发的废水减少约70%.反渗透 水 处 理 后 淡 水 中 的U和226Ra满 足GB23727-2009《铀矿采冶辐射防护和环境保护规定》,As、Se、F-和Cl-满足GB 5084-2005《农田灌溉 水 质 标 准》,可 见 反 渗 透 处 理 去 除 效 果好.
4.1.2废气
常规开采方法矿井通风排氡量及废石场、尾矿库的氡析出率都较高,而地浸采铀抽出的溶浸液溶解的氡释放量和蒸发池内残渣的氡释放量则远小于同等规模常规开采的矿山.浸出液由抽出井抽出时,挟带和溶解了一定量的氡,因此,在集液池、浸出液处理厂房、蒸发池等场所将会释放出含氡、氡子体及放射性气溶胶的放射性废气.在集液池、浸出液处理厂房、成品库设置排风系统,将废气排入大气稀释扩散.而蒸发池内的残渣在生产期间池内保持一定水量,停产时将残渣掩埋覆盖,可减少222Rn的析出.井场关闭后,井场钻孔采取永久性封堵措施,使地表与井下隔离,废气不再外逸.经过治理的工业场地其表面氡析出率不超过0.74Bq/(m2·s)[6].
4.1.3固体废物
通辽铀矿山产生的放射性固体废物主要为钻孔施工过程中产生的钻井泥浆经蒸发变干后而成的固体废物,排入蒸发池的废水蒸发后的残渣,废滤布,废旧设备、器材、塑料管、塑料袋,以及钻孔施工过程中产生的含矿岩心等.为了有效减少固体废物的产生,事先对已有的地质勘察报告进行充分研究并开挖泥浆坑,存放非放射性泥浆.钻孔施工过程中,加强物探监测工作,精确确定含矿层位置,将该含矿层的含矿岩心全部收集于专用的岩心储存间,废滤布、废旧设备、器材、塑料管、塑料袋统一收集到指定的库房内存放,达到一定数量后集中送往有资质的单位处理,净化去污后循环利用,实现放射性废物的有效减容和再利用.
4.2地下水污染控制
地浸采铀有其自身的特点,既要保证溶浸液不向井场外流散流失造成周围环境地下水的污染,又要避免因井场外围过多的地下水流向采场而导致的浸出液稀释、浸出效果差.因此,控制好每一个抽注单元的抽注平衡,是控制好溶浸范围、保证地浸采铀正常生产的关键,也是保证地下水修复、环境可持续发展的关键.
通辽铀业公司在经过多年研究的基础上,结合自身特点,采取以下措施控制溶浸范围,从而减少溶浸液对地表水及地下水的污染.
4.2.1提高抽注孔施工质量
1)钻孔采用抗震、抗压的高强度UPVC管,在UPVC管与管壁之间环状间隙及钻孔底部采用防渗、抗震的混凝土充填与密封,使矿层段与其上、下的所有含水层隔绝,以免造成地下水的污染.
2)含矿层段的钻进采用清水钻进代替泥浆钻进,防止孔壁堵塞,从而防止溶浸液注入过程中因孔壁堵塞而从井口外溢,造成地表环境污染.
3)钻孔施工完毕,进行注压检漏试验,一旦出现渗漏,即再次注浆修补,或者对钻孔进行封孔并重新施工.
4.2.2合理设置抽注液流量比
为了防止溶浸液污染地下水,井场布置依照地下水流向,从上游向下游分布设置,并控制抽注液流量,使总抽液流量大于注液流量的0.3%.
在溶浸范围内形成的内向降落漏斗,最大程度地控制了溶浸液的流散,控制了地下水的污染范围.
4.2.3布置地下水监测井
通辽铀矿山自正式投入工业生产以来,一直对监测井的地下水进行取样分析,结果表明,在一定范围内含矿含水层及其上下游的水质未出现较大变化,污染水平基本在本底范围之内.
5循环经济在通辽铀业的发展方向
1)通辽铀业公司结合现有铀矿资源中小规模分布的特点,在将要开采的地浸井场内,采用"卫星厂"的生产模式,建立流动的水冶装置,即用专用槽车将负载铀的树脂运至中心水冶厂进行淋洗、沉淀和转型处理,转型后的树脂返回"卫星厂"吸附塔等待下一次的吸附过程,其优点是建厂快、投资少、简便灵活,经济可循环.
2)通辽铀业公司根据气候特点,积极对蒸发池的常规自然蒸发进行改进,拟采用风能辅助强制蒸发装置、强化雾化蒸发装置和自然蒸发措施联合处理工艺废水,不仅可大大降低能耗,做到节能减排,而且可使废水的蒸发效率提高4倍,从而减少蒸发池面积,进一步减少土地的占用和对生态环境的影响.
3)加强管理,对内做好技术人员的专业培训,对外扩大技术交流,引进先进的计算机自动化设备,减少人员成本,提高生产效率.
6结语
通辽铀业公司依靠先进的CO2+O2原地浸出开采工艺,做到浸出选择性高,能耗低,放射性三废大幅减少,工艺废水最大限度循环利用.公司依靠地浸采铀的自身优势和严格的管理,在三废处理及地下水污染控制方面都取得了良好的经济、环境效益.通辽铀业公司在发展循环经济上的成功探索与实践,必将为我国铀矿冶事业的循环经济发展起到很好的示范和推动作用.
参考文献:
[1] 夏虹,景建安,彭伟.基于循环经济的矿床后期治理探讨:以内蒙古上马架子铀钼矿床为例[J].企业经济,2010(12):94-96.
[2] 叶周.基于循环经济的我国放射性铀矿床后期治理研究[J].资源与产业,2010(6):62-67.
[3] 张丽君.二氧化碳捕集与地下埋存国际进展[J].国土资源情报,2007(11):16-21.
[4] 潘英杰,薛建新,陈仲秋.我国铀矿冶废物的利用与有用资源的回收[J].铀矿冶,2012,31(1):40-45.
[5] 徐乐昌,王红英,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.
[6]EJ 1107-2000铀矿冶设施退役整治工程设计规定[S].北京:核工业标准化研究所,2000.
