铀矿山“三废”的污染及治理.pdf

2 0 0 3 年6月 矿 业安全 与环保 第3 0 卷第3 期 铀 矿 山 “ 三 废 ”的污 张新 华 ， 刘 永 染 及 治理 南华 大学 建筑与资源 学院， 湖南 衡 阳 4 2 1 0 0 1 摘要 针对铀矿 山在地下开采过程中产生的放射性废水、 废气、 废渣， 以及对矿区周 围环境造成 的污染， 提出了相应的治理措施。治理情况表明， 这些措施是有效的， 可供铀矿山借鉴。 关键词 铀矿 ； 放射性 “ 三废”； 辐射危害 ； 环境污染 中图分类号 T D 8 6 8 ； X 5 9 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 - 4 4 9 5 2 0 0 3 0 3 - 0 0 3 0 - 0 3 铀矿开采过程中产生的放射性 “ 三废” 辐射危 害对环境造成污染 ，使矿区的本底辐射水平和环境 中放射性核素含量均有提高。从对矿区居民的辐射 剂量所做的分析得知 ，铀矿区周围居民所接受的内 外照射率年平均有效剂量均高于非矿区居民有效计 量当量的0 ．6 0 ．9 倍。 监测和分析 “ 三废” 对环境的污染范围及程度 ， 并采取有效措施加以控制和治理，是铀矿开采的一 项十分重要的工作。 1 放射性 “ 三废” 对环境的污染 铀矿在地下开采过程中产生的放射性 “ 三废”， 即废水、 废气、 废渣， 对矿区及周围环境造成污染， 严 重影响工农业生产和人们的身体健康。 1 ． 1 废水对环境的污染 在铀矿开采过程中，坑道排出的废水由于受矿床 水文地质和工程地质的影响 ， 均含有有害物质。表1 列 出了6 个铀矿山废水中放射物质和非放射性有害物质 的含量， 从表1 中可见， 坑道废水中放射性核素铀、 镭的 含量最高 删超过国家规定的露天水源限制浓度的1 ～ 2 个数量级和3 7 倍 ， 非放射性有害物质含量超过国家 规定的饮用水最大容许浓度的1 - 2 个数量级。 ‘ 表1 铀矿坑道废水及有害物质分析结果 坑道废水不仅影响矿区的水质，还影响着矿区 的植物、 农田和土壤， 某矿对受矿区废水污染的农田 土壤与非矿 区的农 田土壤 中的铀含量进行 了对 比研 究 ， 结果见图1 。 由图 1 可见 ，被矿 区废水污 染的农 田土壤 中铀 含量比非矿区的农田土壤中的铀含量均高出1 个数 量级，且由于铀在废水中的沉淀积累，土壤中的铀 含量还有逐年升高的趋势；受废水污染的农田其中 生长的稻谷 的放射性核素含量 比非矿 区高2 5 倍 见表2 。无控制地排放坑道废水，不仅影响农田土 收稿日期 2 0 0 2 - 1 1 ．- -0 4 3 0 壤 、影响农作物生长 ，根据希金斯的迁移公式 R ／ 1 k a P ，各种放射性核素还会流过地表造成 池塘、河流及水生物的污染 ，影响生物的生存和公 众的健康。 曼 ＼ 鲫 缸 暴 壬 嚣c 图1 受污染土壤中铀含量逐年变化情况 维普资讯 2 0 0 3 ． 年6月 矿 业安全 与环保 第3 0 卷第3 期 1 ．2 废气对环境的污染 氡是铀矿开采过程 中环境 大气 的主要污染 源 ， 在自然条件下，以扩散和渗流两种形式迁移，测试 表明，一个中型的铀矿井，每天析出氡 2 ．2 7 ．6 l 0“Bq ，矿井排出废气量可达 2 6 l 0 5 m a ／ h ，其 浓度达 5 7 x l 0 B q ／ m ；氡子体 a 潜能值为1 ． 7 1 1 ． 0 Me V ／ L 。此外 ，矿 山废石场还将 以1 0 3 B q ／ d 的速 率析出氡及其子体。在矿区周围5 0 0 m范围内室外 大气中氡浓度可达7 1 5 0 B q ／ m ，氡子体 a 潜能值为 1 ． 2 4 ． 0 Me V ， L 。特别是露天开采爆破时 ，周围大气 污染更 为严重 ，氡浓度 可高 达5 x l 0 2 B q ／ m ，分别高 于对照区浓度的5 1 l 倍。大气中氡浓度与污染源的 距离有幂函数关系， 图2 为某矿大气中氡浓度与污染 源距离呈幂 函数关系。 兰 ＼ 越 矮 图2 某矿大气 中氡浓度 与污染 源距离关系 实测资料表 明 ， 当距离增大5 0 m时 ， 空气 中氡的 浓度大约可降低近百倍， 这说明大气扩散具有极大的 稀释作用。对于铀矿 区来说 ， 一般在距离5 0 0 1 0 0 0 m 以外时， 大气中氡浓度基本上控制在本底范围以内。 1 ． 3 废石对环境的污染 一 个年产 l 0 万t 的铀矿山 ，每 年大约可产 出1 0 6 0 万t 废石。如此大量的废石占据了大片的山谷和绿 地， 在山洪冲刷和风化的作用下 ， 废石放射性核素及 有害物质不断淋浸和析出， 使其污染范围不断扩大， 成为社会公害。 有时对废石管理不严， 居民取之做建 筑材料 、 铺路垫道 ， 结果造成环境污染 ， 使居民民房 内 y 辐射水平和空气中氡浓度大大超过正常的本底 范 围， 个别的室 内 y 辐射水平达到3 0 x l O 4 G y ／ h ， 空气 中氡浓度达到1 0 3 B q ／ m ，在铀矿区的公路和铁路沿 线 ， 由于矿石和废石在运输中撒漏， 使两侧路基和农 田土壤中铀含量高达8 ． 5 x l O - 7 g ，k g ， 比对照区高1 2 个 数量级， 给矿区环境带来一定程度的污染。 2 铀矿区环境保护措施 保护环境，合理地开发和利用 自然资源是我国 经济建设中的一项基本原则，预防和控制环境污染 是当前衡量现代企业质量标准的重要内容。 2 ． 1 加强对废水的治理 矿坑废水是矿山的主要废水源 ，矿坑废水应做 到清浊分流、分别处理。对矿坑废水无论用石灰乳 中和沉淀法，或是离子交换法处理，都可以获得好 的效果，大多数的重金属离子，在该p H 值下能生成 难溶的氢氧化物沉淀。铀矿山废水 中通常均含有 铀、镭及铀系其它核素，部分铀矿的伴生元素有硫 和其他重金属，导致铀矿废水呈强酸性。采用氯化 钡一 循环污渣一 分步中和法处理酸性矿坑废水 ，可使 废水中的铀含量由每升几十毫克降到0 ． 1 , w C L 以下， 镭含量 由3 ．2 B q ／ L 降到0 ． 1 5 B q ／ L 。分步中和法有利 于p H 值的控制，而且节约石灰用量 ，产生的沉淀过 滤性能好 ，渣量也小 。有条件 的矿山尽 可能地建造 废水处理闭路循环，提高水资源的利用率，降低废 水排放量 。 2 ． 2 加强对废气的治理 矿井析出的氡是矿区大气的主要污染物 ，矿井 空气中的氡及其子体被机械通风排人大气 ，氡随着 风流迁移 ， 扩散污染矿区环境 ， 所 以在矿井就应该控 制氡的析出，把矿井中的大气稀释到安全浓度后再 排 出。 加强矿井通风是保证大气放射性污染不超过标 准的主要措施。 铀矿井通风有一个特殊的要求 ， 就是 要让风流在井下停 留的时间最短 ，不要让它“ 老 化”。 要尽量减少通风体积， 增大换风次数， 及时地封 闭暂不使用的巷道和采空区以减少工作面的数量。 控制氡析出的方法，主要是利用通风压力并与辅助 通风机、 风门、 风墙 、 风窗等配合使用， 适当调整系统 网路的风压分布。也可以通过改变矿井的通风方式 ， 如改抽出式为压人或压一 抽混合式来控制氡的析出。 在压人通风情况下，也可采用增大风量来控制氡的 析 出， 见图3 。 ．3 1． 维普资讯 2 0 0 3 年6月 矿 业安全 与环保 第3 0 卷第3 期 ∞ 鱼 蛏 风量 ／ m3 ／ S 图3 某矿地下巷道中氡浓度与风量的关系 总之，对矿井氡的控制，必须首先查明氡的来 源、 氡析出的性质和特征， 充分发挥通风的两大基本 作用，合理地调整系统网络中的风压分布对矿井氡 析出的控制 ， 减少矿井中的氡析出， 提高风流的稀释 能力和利用率。 2 ． 3 加强对废渣的治理 铀矿山废石及部分尾矿应尽可能用来充填地下 采空区， 以减少地表的堆存量， 从而减轻环境污染 ， 这是铀矿山废石无害处理的重要途径；在没有充填 条件的矿山， 应建造安全可靠的废石场， 在选址时应 根据风向和居民点的位置来确定，并应建有防洪设 施。 在废石堆放的同时应尽可能边堆放边复土植被 ， 以控制氡析出率、 降低 y 辐射 ， 并进行固化处理以确 保安全。 覆盖封闭防氡在国内外已有不少实验， 当覆 盖层黄土厚0 ．5 - 2 ．0 m时，氡的析出率可降低6 9 ％- 9 9 ％， 防 y 辐射率可达6 5 ％- 9 5 ％。混凝土、 沥青的降 氡析出效率较高， 2 c m 厚的混凝土相当于1 m 厚的黄 土， 1 e m 厚的沥青相当于2 m 厚的黄土层 ，但由于造 价和施工等原因， 目前仍广泛地使用黄土_覆盖材料。 3 对我国铀矿山环境治理的几点建议 1 J 1 11 强对退役矿 山尾矿 、堆浸和原地浸 出设施 、 废石场的处置 ，采取覆盖 、封存、植被等环境治理 措施 。 2 树立环境保护的意识。 对放射性废物的处置要 考虑安全和经济因素， 从效果和时间上讲 ， 既要看到 现在， 又要想到将来 ， 治理要达到长期稳定。 3 Jj Il 强矿山的辐射监测。处置后的尾矿、 废石场 和废水要加强辐射监测工作， 发现问题及时补救， 防 止辐射扩大， 并严格控制氡析出率 4 对铀开采要进行新技术研究 ， 近年来应用地浸 采矿技术 ， 既能最大限度地减少对 自然环境 的污染 ， 又能较好地解决铀矿开采 中的放射性辐射危害问 题 。 目前遍布于巷道中的矿渣 、 矿泥 ， 在井下也可 以 进行小规模的堆浸和溶浸处理 ，以防止矿渣和矿泥 的流失而造成环境污染。 责任编辑 熊云威 上接第2 9 页 在风机风量一定的情况下 ，进入掘进工作面 盲巷的风量Q。 取 决于调控装 置的漏风量 Q 2 ，Q 。 Q 2 Q 风 机 。对不同风简直径， Q 。／ Q 2 与风筒长度 关系应 满足如下关系式 。 o 4 0 o 风筒 1 ．3 L 4 3 风 筒 √／ 风筒 -／ 3 ． 2 吸风器的合理设置 采空区高浓度瓦斯经扩散和漏风风流的传质作 用 ， 向工作面上隅角 区域 涌出 ， 加之 上隅角风流外侧 呈现出涡流状态，使涌出的高浓度瓦斯不能及时有 效排出；同时因隅角附近支架滞后或由于集中压力 的影响导致隅角处垮塌冒落，往往在隅角处形成凹 陷或冒落空间，因而不少工作面在隅角区域都出现 了瓦斯积聚超限现象，成为影响工作面安全生产的 重大隐患。上隅角积聚瓦斯的分布特征与煤层地质 ． 3 2 ． 条件 、开采技术条件、开采煤层和邻近煤层瓦斯含 量 、 瓦斯抽放措施 、 通风等 因素有关 。正是因为影响 上隅角瓦斯积聚分布的因素很多 ， 所以各个矿井 ， 或 同一矿井不同工作面上隅角瓦斯的积聚分布都不一 样。因此， 在安装使用系统之前， 有必要对上隅角瓦 斯积聚形成的原因、 瓦斯分布规律进行研究。 根据上 隅角积聚瓦斯分布规律及特征 ， 改变吸风器的长度、 形状 、 大小及吸风孔的大小、 密度等几何参数 ， 调整 安装位置， 达到最佳的引排效果。 4 结语 K Q J 一 1 矿用瓦斯 自动引排系统适 用于各 种采掘 工作面积聚瓦斯的排放处理， 实现了对上隅角、 掘进 工作面和其它局部空间积聚瓦斯的安全、可靠和高 效的自动排放。 经国内多家用户使用证明， 该引排系 统适用于长时间连续 自动工作 ， 安装、 拆卸、 移动方 便，操作简单。和其它积聚瓦斯处理方法和装备相 比， 该引排系统具有安全性高、 成本低的特点， 因此 ， 大规模推广和应用前景看好。 责任编辑 吴自立 维普资讯