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鈾尾礦處置的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)

文檔作者：王志章文檔來(lái)源：核工業(yè)北京化工冶金研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月19日
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第28卷第1期
2009年2月
鈾礦 冶
URANIUM M INING AND M ETALLU RGY
Vo1．28 No．1
Feb．2009
鈾尾礦處置的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)
王志章
(核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京101149)
摘要：回顧我國(guó)鈾尾礦處置的相關(guān)科研工作和工程實(shí)踐，涉及高固體含量尾礦漿的管道輸送，高壓礦漿的研
制，耐腐蝕管材的應(yīng)用，以及鈾尾礦庫(kù)的退役治理，并對(duì)鈾尾礦庫(kù)滲水等有待解決的問(wèn)題提出建議。
關(guān)鍵詞：鈾尾礦；處置；水力輸送；退役治理
中圖分類(lèi)號(hào)：TL 942．21；TL 943 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000—8063(2009)01—0022—04
自2O世紀(jì)5O年代我國(guó)鈾礦冶工業(yè)興起至
今，鈾尾礦處置作為鈾礦冶一個(gè)重要組成部分經(jīng)
歷了不斷提高和發(fā)展的過(guò)程。由于科研、設(shè)計(jì)、施
工和運(yùn)行各個(gè)部門(mén)的共同努力，在確保正常生產(chǎn)、
工程安全、輻射防護(hù)安全等方面都取得了較好結(jié)
果。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，國(guó)家對(duì)
鈾尾礦處置的要求也日趨嚴(yán)格。通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)的
實(shí)踐，學(xué)習(xí)、借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，努力爭(zhēng)取在這一
領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)新的局面，是一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。
l 鈾尾礦處置方法及技術(shù)改進(jìn)
世界各國(guó)根據(jù)各自的國(guó)情(水冶工藝流程、設(shè)
備裝備水平、尾礦庫(kù)地形地質(zhì)條件等)曾對(duì)鈾尾礦
采用過(guò)多種處置方法：有采用水力輸送方式的“濕
法”，有采用將尾礦漿過(guò)濾脫水的“干法”；有在陸
地上堆積處置的(如山谷型、平地形尾礦庫(kù))，也有
采用水下處置的(如湖下沉積)。有過(guò)很多成功的
經(jīng)驗(yàn)，也有不少失敗的教訓(xùn)。
我國(guó)的鈾尾礦處置絕大多數(shù)是采用水力輸送
的“濕法”及“上游筑壩法”，即在水冶廠附近選一
山谷作尾礦庫(kù)，用當(dāng)?shù)赝潦辖ㄒ怀跗趬涡纬梢?
定庫(kù)容。在水冶廠將鈾尾礦制成中性尾礦漿，再
用泵和管道排放至尾礦庫(kù)。尾礦在庫(kù)內(nèi)沉積，當(dāng)
沉積灘面超過(guò)初期壩頂時(shí)，則開(kāi)始用尾礦在初期
壩頂上游側(cè)堆積形成堆積壩，并不斷分期加高。
1．1 水力輸送系統(tǒng)的改進(jìn)
1．1．1 高濃度輸送的試驗(yàn)研究
直到20世紀(jì)9O年代初，我國(guó)鈾尾礦的水力
輸送系統(tǒng)一直采用“低濃度”輸送法，即礦漿的液
固質(zhì)量比為4：1～8：1。由于大量的水需要往
返輸送，使得尾礦輸送系統(tǒng)的電耗在水冶廠總電
耗中占有較大比例(8 ～15 )。而且由于礦漿
含固量低，尾礦在沉積過(guò)程中分級(jí)明顯，沉積體的
孔隙率高、干密度低(1．0～0．9 g／cm。)，內(nèi)凝聚
力、內(nèi)摩擦角等物理力學(xué)指標(biāo)較低，對(duì)壩體的穩(wěn)定
不利。特別是在庫(kù)內(nèi)后部形成的“細(xì)泥區(qū)”的干密
度僅為0．4～0．6 g／cm3，一旦管理操作失當(dāng)，則會(huì)
造成排出水“跑渾”。這種方法形成的沉積灘坡度
很緩(1．0 ～0．5 )，往往使初期壩工程量偏大。
2O世紀(jì)9O年代初，核工業(yè)北京化工冶金研
究院引進(jìn)加拿大學(xué)者羅賓斯基(Robinsky)的“濃
密處置法”_1]，即在水冶廠先將鈾尾礦漿濃縮至液
固質(zhì)量比1：1～O．8：1，再用泵和管道送往尾礦
庫(kù)。其主要優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省輸送電耗35 ～5O ；
由于礦漿含固量高，黏度大，其流變特性不再屬牛
頓體，而是呈賓漢體，不但在輸送過(guò)程中不易沉
積、堵塞管道，而且排放后可使沉積灘坡度較陡
(4 ～6 )，進(jìn)而使初期壩工程量減少，沉積體孔
隙率降低，干密度提高(1．2～1．4 g／cm。)，同時(shí)也
使堆積體內(nèi)凝聚力、內(nèi)摩擦角等物理力學(xué)指標(biāo)提
高，有利于壩體穩(wěn)定；基本消滅了“淤泥區(qū)”，使灘
面的氡析出率大大降低，有利于輻射防護(hù)。
在靖遠(yuǎn)鈾水冶廠、翁源鈾礦的尾礦處置系統(tǒng)
工程改造中，核工業(yè)北京化工冶金研究院在現(xiàn)場(chǎng)
進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)的濃密、輸送、排放沉積試驗(yàn)，并取得
了較好結(jié)果[2]。在實(shí)測(cè)不同叫(固)尾礦漿流變特
收稿日期：2008—03—15
作者簡(jiǎn)介：王志章(194l一)，男，河北省石家莊市人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事鈾尾礦處置的研究、設(shè)計(jì)工作。
第4期 王志章：鈾尾礦處置的實(shí)踐和認(rèn)識(shí) 23
性的基礎(chǔ)上，濃密試驗(yàn)證明，推薦的深錐濃密機(jī)可
將礦漿濃縮到叫(固)≥50 ；輸送試驗(yàn)測(cè)出了
～u曲線(xiàn)( 為水力坡度，u為流速)及臨界流速；沉
積試驗(yàn)測(cè)得了沉積灘面坡度及干密度，為設(shè)計(jì)提
供了可信依據(jù)。根據(jù)實(shí)測(cè)的大量數(shù)據(jù)，率先導(dǎo)出
了傾斜管段沿程損失的計(jì)算公式，還用清華大學(xué)
的高固含量礦漿輸送試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)公式的正確性進(jìn)
行了很好的驗(yàn)證 ]，并將這一技術(shù)成功地?cái)U(kuò)展到
了制堿工業(yè)的氨堿廠蒸氨廢液(渣)的處置中[4]。
1．1．2 輸送用泵及管材的改進(jìn)
20世紀(jì)70年代前，尾礦輸送系統(tǒng)主要是使
用國(guó)產(chǎn)離心砂泵及普通鋼管。由于當(dāng)時(shí)冶金技術(shù)
的限制，離心砂泵的葉輪、泵殼及輸送管(槽)所用
鋼管的磨損和腐蝕都非常嚴(yán)重，泵的葉輪平均只
能用1～2個(gè)星期，鋼管的壁厚每半年就會(huì)減少
3～5 mm，迫使工廠消耗大量的備品備件。另外，
我國(guó)多數(shù)鈾水冶廠處理量小，尾礦漿流量小(3O～
50 m。／h)，但由于地處山區(qū)，往往需要的揚(yáng)程較
高(≥80 m)，在當(dāng)時(shí)的國(guó)產(chǎn)砂泵系列中，適用于
如此小流量的砂泵的揚(yáng)程也很低(≤5O m)。這
就迫使工程設(shè)計(jì)中不得不采用“2級(jí)”甚至“3級(jí)”
串聯(lián)，給運(yùn)行和管理帶來(lái)很多麻煩。
20世紀(jì)7O年代起，在學(xué)習(xí)日本瑪爾斯
(Mars)泵技術(shù)的基礎(chǔ)上，鈾礦冶系統(tǒng)率先研制成
功了“油隔離泥漿泵”(流量30～120 ITI。／s，揚(yáng)程
250 m)，并應(yīng)用于靖遠(yuǎn)鈾水冶廠、息峰鈾礦、撫州
鈾礦等水冶工程中。這些工程的尾礦輸送系統(tǒng)均
實(shí)現(xiàn)了“1級(jí)”輸送，而且流量可連續(xù)調(diào)節(jié)?！坝透?
離技術(shù)”使泵的磨損非常輕微。
與此同時(shí)，在這些工程的輸送管(槽)方面，也
及時(shí)采用了耐磨、耐腐蝕的輝綠巖鑄石管(板)作
襯里，使輸送管(槽)的壽命長(zhǎng)達(dá)15 a以上。
新型設(shè)備、管材的應(yīng)用，使鈾尾礦輸送系統(tǒng)操
作、運(yùn)行狀況大大改觀。
1．2 初期壩推薦壩型的改進(jìn)
我國(guó)在20世紀(jì)50年代最早興建的衡陽(yáng)鈾
廠、上饒鈾礦2座鈾尾礦庫(kù)，是分別由蘇聯(lián)專(zhuān)家設(shè)
計(jì)和在蘇聯(lián)專(zhuān)家指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的，其初期壩均為均
質(zhì)土壩。隨后于20世紀(jì)6O年代建設(shè)的南雄、翁
源、興城、撫州鈾礦等尾礦庫(kù)的初期壩也都采用均
質(zhì)土壩。通常情況下，土壩具有施工進(jìn)度快(南方
多雨區(qū)除外)、節(jié)省投資、初期應(yīng)用情況較好等優(yōu)
點(diǎn)。但是，從“上游筑壩法”的總體結(jié)構(gòu)上分析，用
土壩作為初期壩在使用后期將對(duì)壩體正常排滲和
壩體穩(wěn)定不利，因?yàn)椋S著使用年限的延長(zhǎng)，庫(kù)內(nèi)
控制水位將逐步抬高到初期壩頂以上，導(dǎo)致土壩
下游壩坡及壩頂可能因滲水而沼澤化，甚至出現(xiàn)
滑坡。上述分析都先后被工程實(shí)踐所證實(shí)：1980
年，衡陽(yáng)鈾廠尾礦庫(kù)攔水壩下游壩坡出現(xiàn)嚴(yán)重沼
澤化和局部塌方(當(dāng)時(shí)，其上堆積壩高度約為2O
m)，隨后，翁源鈾礦尾礦庫(kù)初期壩(“水中倒土法”
施工的均質(zhì)土壩)、南雄鈾礦尾礦庫(kù)初期壩(碾壓
式土壩)和興城鈾礦尾礦庫(kù)初期壩也都先后因下
游坡滲水而沼澤化形成局部塌方。上饒鈾礦小尾
礦庫(kù)的壩也出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似的事故苗頭，所幸的是由
于及時(shí)采取了壓坡、排滲等工程措施，才未造成大
的影響。
基于對(duì)用土壩作初期壩的上述分析，從20世
紀(jì)70年代起，鈾礦冶系統(tǒng)開(kāi)始積極推廣用堆石透
水壩作為初期壩(因?yàn)檫@種壩型可以有效地避免
前述土壩的缺點(diǎn))，并先后在息峰鈾礦、南雄鈾礦
Ⅱ期工程中建成應(yīng)用。這些工程一直穩(wěn)定可靠地
運(yùn)行了近20 a。遺憾的是，正當(dāng)即將突出顯現(xiàn)其
堆積壩堆積過(guò)程中的優(yōu)越性時(shí)，卻因水冶廠政策
性停產(chǎn)而停用(不過(guò)，這一壩型的優(yōu)越性已在冶金
礦山的同類(lèi)工程中已充分顯現(xiàn))。但在隨后進(jìn)行
的退役治理中，這些尾礦庫(kù)的初期壩因?yàn)閴误w穩(wěn)
定可靠無(wú)安全隱患，幾乎無(wú)需任何治理費(fèi)用。
2 鈾尾礦庫(kù)的退役治理
20世紀(jì)9O年代初，我國(guó)一批鈾礦冶工程因
資源枯竭或政策性關(guān)停而停產(chǎn)關(guān)閉，需要退役治
理。在學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家有關(guān)經(jīng)驗(yàn)和IAEA相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，管理部門(mén)制定了GB
14586-1993~鈾礦冶設(shè)施退役環(huán)境管理技術(shù)規(guī)
定》，EJ 1107—2O0O《鈾礦冶設(shè)施退役整治工程設(shè)
計(jì)規(guī)定》等一系列有關(guān)鈾礦冶退役治理的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)
定。由于尾礦庫(kù)屬重大污染源，退役治理工程量
大，退役工程要求的穩(wěn)定年限長(zhǎng)等原因，尾礦庫(kù)退
役治理已成為鈾礦冶退役治理的重點(diǎn)。
2．1 鈾尾礦庫(kù)退役治理的國(guó)際合作
IAEA對(duì)我國(guó)的鈾尾礦庫(kù)退役治理曾給予積
極支持。1997-2000年間，IAEA對(duì)我國(guó)執(zhí)行鈾
尾礦庫(kù)退役治理的技術(shù)援助計(jì)劃，曾先后派其技
術(shù)官員、法國(guó)專(zhuān)家、德國(guó)專(zhuān)家來(lái)華，以衡陽(yáng)鈾廠尾
礦庫(kù)為對(duì)象，與中國(guó)專(zhuān)家共同就鈾尾礦庫(kù)退役治
24 鈾 礦 冶 第27卷
理的一系列問(wèn)題(環(huán)境調(diào)查、輻射監(jiān)測(cè)、公眾劑量
估算、壩體穩(wěn)定技術(shù)和分析評(píng)價(jià)、地下水影響等)
進(jìn)行了研討；邀請(qǐng)中國(guó)專(zhuān)家組對(duì)法國(guó)、德國(guó)的鈾尾
礦庫(kù)退役治理工程進(jìn)行考察；對(duì)幾位中國(guó)青年學(xué)
者分別在澳大利亞、法國(guó)、德國(guó)和匈牙利進(jìn)行了培
訓(xùn)；贈(zèng)送了部分輻射監(jiān)測(cè)、土工測(cè)試儀器，及壩體
穩(wěn)定性分析計(jì)算機(jī)軟件和地下水污染三維模式分
析軟件。這些活動(dòng)，使我國(guó)鈾尾礦庫(kù)的退役治理
在起始階段就有了較好的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)今后
鈾尾礦庫(kù)退役治理具有重要意義。
2．2 鈾尾礦庫(kù)退役治理要解決的問(wèn)題L5
1)工程安全問(wèn)題。主要包括尾礦壩(包括初
期壩、堆積壩)壩坡的長(zhǎng)期安全性、穩(wěn)定性及尾礦
庫(kù)防洪能力的長(zhǎng)期可靠性。為此，退役治理工程
要嚴(yán)格按照EJ 794—93《鈾水冶廠尾礦庫(kù)安全設(shè)
計(jì)規(guī)定》中的穩(wěn)定計(jì)算方法、穩(wěn)定安全系數(shù)及設(shè)
計(jì)、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)(考慮到鈾尾礦的放射
性特點(diǎn)，在此設(shè)計(jì)規(guī)定中，鈾尾礦庫(kù)的工程等級(jí)比
同規(guī)模的冶金礦山尾礦庫(kù)等級(jí)至少要高一級(jí))，以
確保工程安全。
2)輻射防護(hù)安全問(wèn)題。鈾尾礦中含有鈾、鐳
等核素，其比活度約相當(dāng)于原礦的70 ～80％ 。
尾礦中析出的氡是對(duì)環(huán)境和公眾造成危害的關(guān)鍵
核素，因此，GB 14586-1993中規(guī)定：退役治理后
的鈾尾礦庫(kù)灘面的氡析出率平均值要小于0．74
Bq／(m。·s)。而治理前裸露的尾礦灘面氡析出
率多在4～8 Bq／(m。·s)范圍內(nèi)，丫的照射吸收劑
量率多在2～6 FGy／h。為滿(mǎn)足規(guī)定的要求，通常
采取覆土降氡的方法。為優(yōu)化覆土方案，每項(xiàng)工
程都在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的覆土降氡試驗(yàn)，以便為工
程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。灘面覆土在施工過(guò)程中通過(guò)分
層鋪筑、壓實(shí)，壓實(shí)度均達(dá)到0．85以上，使氡析出
率均降至0．74 Bq／(m。·s)以下。
2．3 我國(guó)鈾尾礦庫(kù)退役治理現(xiàn)狀
至今，我國(guó)已有靖遠(yuǎn)鈾礦等3個(gè)鈾尾礦庫(kù)完
成了退役治理工程，并順利通過(guò)了國(guó)家環(huán)保局和
國(guó)防科工委的竣工驗(yàn)收。治理后的尾礦灘面已通
過(guò)植草綠化，恢復(fù)了原有自然景觀，深受當(dāng)?shù)厝嗣?
群眾的好評(píng)。目前，仍有衡陽(yáng)鈾廠、南雄鈾礦等6
個(gè)尾礦庫(kù)的退役治理工程正在施工，從目前的情
況看，預(yù)計(jì)都可達(dá)到工程安全和輻射防護(hù)安全方
面的預(yù)期效果。
3 有待研究和解決的問(wèn)題
我國(guó)的鈾尾礦處置和尾礦庫(kù)退役治理都還存
在著一些問(wèn)題有待研究解決。
20世紀(jì)8O年代以前建設(shè)的尾礦庫(kù)的庫(kù)底都
沒(méi)有進(jìn)行過(guò)專(zhuān)門(mén)的防滲處理。生產(chǎn)期間排人尾礦
庫(kù)的尾礦漿“澄清水”中鈾、鐳濃度都超標(biāo)，但絕大
部分未經(jīng)處理而直接排入下游江河天然水體中，
也有少量通過(guò)庫(kù)內(nèi)滲透地層或構(gòu)造、裂隙滲往尾
礦庫(kù)周?chē)h(huán)境中。
尾礦庫(kù)停用后至退役治理前，其匯水面內(nèi)的
雨水及泉水仍然繼續(xù)進(jìn)入尾礦沉積體內(nèi)。即使在
退役治理工程完成后，尾礦沉積體孔隙內(nèi)的水仍
然會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)慢慢滲出(當(dāng)沉積灘面標(biāo)高以下
范圍內(nèi)有泉水時(shí)，則時(shí)間會(huì)更長(zhǎng))，這些滲水中鈾
質(zhì)量濃度一般為0．5～2．0 mg／L，不經(jīng)處理就外
排，會(huì)對(duì)下游農(nóng)田、水體造成污染。
特別是近些年來(lái)很多鈾礦山實(shí)施堆浸工藝，
其尾礦中鈾品位普遍高于0．02 ，這樣的尾礦堆
存在尾礦庫(kù)中將使上述滲水中核素超標(biāo)問(wèn)題更為
嚴(yán)重。超標(biāo)滲水污染下游農(nóng)田、水體的現(xiàn)象時(shí)有
發(fā)生，亟待解決。
針對(duì)上述問(wèn)題，新近設(shè)計(jì)的尾礦庫(kù)庫(kù)底都嚴(yán)
格按要求進(jìn)行了防滲處理(即鋪設(shè)復(fù)合土工膜及
砂礫石墊層和保護(hù)層)。正常生產(chǎn)期間，通過(guò)尾礦
滲出的水都進(jìn)行了統(tǒng)一收集處理，達(dá)標(biāo)后才外排。
退役尾礦庫(kù)的滲出水，由于其鈾、鐳濃度低，
流量小，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不可能象正常生產(chǎn)期間那樣
去收集處理，必須研究新的適應(yīng)處理技術(shù)。在這
方面，國(guó)外已有關(guān)于“塑料排水帶強(qiáng)制疏干”、“反
應(yīng)墻”和“人工濕地”等技術(shù) ]，盡快加強(qiáng)這些技
術(shù)的研究將是解決上述問(wèn)題的有效途經(jīng)。
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The practice and knowledge of uranium tailings disposal
W ANG Zhi—zhang
(Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy，CNNC，Beijing 101149，China)
Abstract：The relative scientific research work and engineering practice of uranium tailings disposal in
China are reviewed，including the pipeline transportation of high density tailings slurry，the develop—
ment of high pressure slurry pump，the application of corrosion—resisting and wear—resisting pipe m ate—
rial，the improvement of start dam type，and the decommission of uranium tailings impoundment．The
suggestions for the treatment of seepage water from uranium tailings impoudment are put forward．
Key words：uranium tailings；disposal；hydraulic tranportation；decommission
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微波預(yù)處理對(duì)低品位復(fù)雜硫化礦石生物浸出性能的影響
P．A．Olubambi在《Hydrometallurgy)2009年95卷(1／2)期上發(fā)表文章，介紹了微波預(yù)處理對(duì)低
品位復(fù)雜硫化礦石生物浸出性能的影響。
作者將某低品位復(fù)雜硫化礦石在家用型微波爐中加熱5 min(微波爐輸出功率為1 100 w)，用混合
的嗜溫細(xì)菌通過(guò)生物浸出試驗(yàn)和電化學(xué)技術(shù)，研究了微波照射對(duì)該硫化礦石浸出性能和浸出機(jī)理的影
響。研究結(jié)果表明，微波處理可改善礦石的生物浸出性能，對(duì)銅和鐵的溶解比對(duì)鋅和鉛的溶解影響要
大。經(jīng)微波處理和未經(jīng)微波處理的樣品，它們的電化學(xué)行為類(lèi)似。但是，經(jīng)微波處理的樣品，其反應(yīng)性、
溶解率、溶解電流和電流密度均較高，而極化電阻降低。微波處理樣品溶解率增加是由礦石中的相變引
起的，相變促進(jìn)了系統(tǒng)內(nèi)電流的交互作用；而硫含量的減少和電化學(xué)場(chǎng)點(diǎn)的增加則是由微波加熱導(dǎo)致礦
石的裂縫數(shù)量增加造成的。
(陳隆玉供稿)

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