国外地浸铀矿山地下水修复技术

目前原地浸出(ISL)采铀已成为铀生产的主要方法，原地浸出采铀的产量约占世界铀产量的50%。ISL采铀具有经济回采很低品位矿石的能力，具有开发成本较低、劳动生产率高、作业安全性好、开发周期较短、环境影响较小等优势。

ISL采铀对环境有一定影响，对ISL采铀后的矿山进行环境治理与修复是绿色矿山建设的重要环节。到目前为止，国外对ISL采铀的主要公众关注点是其对饮用水源的潜在污染。如果在采铀过程中溶浸剂没有得到适当控制，则有可能影响邻近的地下水；如果在采铀后地下水以污染状态继续留存，也有可能影响邻近的地下水。因此，一些国家要求对采铀后的地下水进行修复。

1原地浸出采铀方法和特点

目前，国际上主要采用2种ISL方法开采铀矿，即酸法浸出和碱法浸出。澳大利亚、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和俄罗斯等国通常使用酸法浸出；美国则使用碱法浸出(因为大多数矿体中的碳酸钙浓度大于1.5%,若采用酸法浸出将导致高酸耗)。浸出剂类型应根据矿体的地质或地球化学性质，以及地下水的水质确定；开采后的地下水修复方法则取决于开采过程中使用的浸出剂类型。ISL浸出方法的技术特征见表1。

表1 ISL浸出方法的技术特征

2国外ISL铀矿山地下水主要修复方法

国外ISL铀矿山在进行地下水修复时，对于酸法开采区域通常采用自然衰减进行修复；对于碱法开采区域通常采用抽水、处理、净水再注入进行修复。修复过程中，也采用生物修复、化学还原剂还原以及增强的自然衰减等技术作为补充，或者联合运用这些技术；目前部分技术仍处于研究试验阶段。国外ISL采铀部分应用实例见表2。

表2国外ISL采铀应用实例和修复/关闭方法

3美国碱法地浸矿山地下水修复

3.1 ISL地下水修复监管

根据联邦和州法规，ISL采矿结束后，采矿者需要将开采区域含水层的地下水化学修复到本底水平；在最低限度内，将采区内的地下水修复至与采矿前的水质一致，以便可以恢复以前的用途。

3.1.1联邦法规

1)美国核管理委员会(NRC)。

美国核管理委员会根据美国联邦法规的Title 10 Part 40中附录A的标准5对采矿和修复进行管理。这些规定主要针对铀选冶尾矿管理，NRC没有针对ISL工艺生产或修复的规定。

NRC要求被许可方将ISL地下水修复到本底水平；如果不能达到本底值，则须达到替代浓度限值(ACL),该替代浓度限值通常比本底值高。ACL必须表明所关注的元素不会对人类健康或环境构成威胁，通常采用归宿-运移模型(fate-transport)评估ACL对下游含水层的影响。

2)美国环境保护署(EPA)。

为了获得对ISL采矿的批准，运营商须根据美国《安全饮用水法案》及EPA地下注射控制大纲(UIC),在采矿前获得开采区域的“含水层豁免”。UIC规定见于美国联邦法规的Title 40 Part 144和146。为获取含水层豁免，运营商须表明含水层现在或将来不用于提供饮用水，因为含水层被天然铀及其衰变产物(包括镭-226和氡-222)高度矿化，超过了环保署饮用水最大污染物水平限值。

3.1.2州法规

每个州的ISL地下水修复均受到类似于联邦法规的管制。对于没有制定相关法规的州，联邦机构是主要监管者；对于执行联邦法规优先的州，州与NRC和/或EPA达成协议，在本州内执行对ISL的监管，如德克萨斯州；也有的州实行双重管理，如怀俄明州等。诸如怀俄明州、德克萨斯州和内布拉斯加州这样拥有ISL铀矿山的州均有相关规定，明确要求在采矿后进行地下水修复，并要求尽可能修复到本底水平；如果不能实现，则修复到使用级标准(饮用水、畜牧或农业用水)或执行ACL。

3.2碱法浸出地下水修复技术

采用碱性溶浸剂的井场在开采完成后，矿体的地下水中含有来自浸出剂的碳酸氢盐、残余铀、镭-226以及硒、砷等，地下水含有较高的总溶解固体(TDS),应采用一些工艺技术来清除这些残余组分，使地下水水质修复到本底水平或采矿前用途的状态。监管机构要求使用最佳实用技术(BPT)处理受污染的地下水，使其水质达到背景值或本底条件。

在美国，属于BPT的技术有地下水抽除(消除残余采矿溶液);抽水、处理和净水回注(通常采用反渗透技术处理污染水);化学还原(通过除氧和金属沉淀创造还原环境);生物修复。其他修复技术，如自然衰减，如果是独立使用，则不被认为是BPT。

3.2.1地下水抽除

地下水抽除是100%清除地下水，清除后不再注入。在地下水抽除过程中，井场会形成水力降落漏斗，吸纳原生地下水并将浸出液隔离在井场中。地下水抽取的体积取决于运行过程影响的区域范围、含水层水文特性和抽取能力。

抽取的体积以孔隙体积(PV)为单位数定义，PV与井场面积(ft2)、开采厚度(ft)、孔隙率(%)有关。对于1个面积30英亩、矿化厚度20 ft、孔隙率25%的井场，1 PV=30英亩×43 560 ft2/英亩×20 ft×25%×7.48加仑/ft3=48.9百万加仑。

地下水抽除体积一般为0.5～3.0 PV,必须通过深井注入、处理及地表排放或蒸发来合理处置清理过程产生的大量抽出水。目前认为该方法效果不佳，应用有限。

3.2.2抽水、处理和净水回注

抽水、处理和净水回注修复技术可配合地下水抽除使用，也可独立使用。在此阶段，从井场抽取地下水，用离子交换法除铀，然后通过反渗透单元(RO)处理，去除其中95%～98%的溶解组分后，将水重新注入井场。反复进行该过程，直到达到修复目标为止。修复过程产生的反渗透浓水则通过深井处置或其他方法进行处置。该阶段一般需要进行5～15 PV。使用RO技术处理地下水对降低TDS的效果较好，但TDS的改善会达到临界点。

按照美国的规定，要求在修复过程中系统维持一定的外排量。这一阶段地下水的外排量为全部循环地下水的10%～30%。在RO阶段开始时，被处理的地下水TDS高(2～5 g/L),反渗透产生的净水比例较小(70%再注入),产生的浓水(30%)被排出系统另作处置。将反渗透产生的净水回注入井场后，可降低井场地下水中的TDS。在RO阶段运行后期，反渗透产生的净水比例可高达90%,而浓水量可降低至10%。

3.2.3化学还原

完成反渗透处理后，铀、硒、砷等组分可能以高于本底浓度残留在井场内；而这些组分在含水层的氧化条件降低前不会减少，也可能继续被浸出，添加化学还原剂可以有效地降低这些组分的浓度。工业使用的化学还原剂主要有硫化氢气体、硫化钠、亚硫酸钠等，这些还原剂可作为除氧剂在注水前加入，也可在反渗透处理后注入井场。