如何預(yù)防地浸采鈾地下水污染,環(huán)境保護論文

如何預(yù)防地浸采鈾地下水污染,環(huán)境保護論文地浸采鈾是通過鉆孔工程，借助化學試劑，把砂巖型礦石中的鈾從天然埋藏條件下溶解出來，而不使礦石產(chǎn)生位移的集采、選、冶于一體的鈾礦開采方式方法。與傳統(tǒng)的采礦工藝相比，地浸采鈾具有生產(chǎn)成本低、建設(shè)周期短、環(huán)境友好〔其對地面干擾很小，不產(chǎn)生尾礦與廢石，更不會構(gòu)成地面塌陷和次生環(huán)境污染〕、節(jié)約大量礦山建設(shè)用地等優(yōu)點，促使其在世界天然鈾產(chǎn)量中所占份額逐步增加，2020年已升至46%.當前，采用地浸生產(chǎn)鈾產(chǎn)品的國家主要包括哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、俄羅斯、美國、澳大利亞、巴基斯坦和中國。作為世界最大鈾生產(chǎn)國的哈薩克斯坦，其天然鈾生產(chǎn)幾乎全部來自地浸采鈾。獨聯(lián)體國家地浸鈾礦山基本上采用了H2SO4體系的酸法或微試劑浸出，美國地浸鈾礦山全部采用污染小的堿法〔中性〕浸出工藝。我們國家地浸采鈾技術(shù)當前也已獲得重大突破，CO2+O2中性地浸采鈾技術(shù)已得到大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。這項技術(shù)在我們國家北方地區(qū)的應(yīng)用，盤活了數(shù)萬噸復(fù)雜砂巖型鈾資源。估計到2021年，應(yīng)用該技術(shù)生產(chǎn)的天然鈾產(chǎn)品將占我們國家年生產(chǎn)量的50%[1],已成為我們國家主要的鈾礦采冶技術(shù)。與常規(guī)鈾礦開采相比，地浸采鈾固然是一種環(huán)境友好采礦方式方法，但地浸鈾礦山同樣存在環(huán)境保衛(wèi)問題，最主要的環(huán)境顧慮是避免開采單元周圍及上下含水層的地下水遭到污染。隨著人們環(huán)境保衛(wèi)意識的提高，對地浸采鈾污染的預(yù)防、控制和治理越來越遭到重視，尤其是日益嚴峻的地下水資源狀況對地浸采鈾提出了更高層次的環(huán)保要求。本文從地浸采鈾源頭上的地下水污染預(yù)防控制到末端的污染治理方面的措施進行了討論，對于我們國家地浸采鈾企業(yè)提升環(huán)境保衛(wèi)水平、完善環(huán)境管理制度、促進可持續(xù)發(fā)展具有參考意義。1地浸采鈾的地下水污染影響。地浸開采時由于溶浸劑向含礦含水層的注入，使含礦含水層的水文地球化學環(huán)境發(fā)生變化，浸出反響在地下進行，注入的溶浸劑除了與鈾礦物反響外，還會與造巖礦物發(fā)生反響，進而導致含礦含水層水質(zhì)發(fā)生變化，因而地浸采鈾經(jīng)過中不可避免地對采區(qū)局部礦層地下水環(huán)境造成污染。同時，由于開采經(jīng)過中溶液在含礦含水層的運動受地下水天然流場和抽注動態(tài)操作條件的影響，溶液有可能向開采范圍外的含水層彌散或漂移，進而對采區(qū)外圍含水層造成污染，這就要求在地浸經(jīng)過中對溶液的流動〔污染〕范圍加以控制。地浸采鈾酸浸工藝的溶浸劑通常為硫酸。在浸出經(jīng)過中主要發(fā)生的化學反響有鐵礦物、鈾礦物、鈣鎂礦物、硅酸鹽、鋁硅酸鹽及錳的化合物等與溶浸劑的反響。注入的酸〔如H2SO4〕及氧化劑〔如H2O2〕,會使地浸采區(qū)的水文地球化學環(huán)境發(fā)生改變，構(gòu)成一個強氧化環(huán)境〔pH值=1~2〕.采區(qū)地下水中除了含有大量的SO42-外，同時還使巖石礦物中的Ca、Fe、Mg、Cu、Al、Na、K及U、Ra等放射性元素轉(zhuǎn)入水中，進而使采區(qū)含礦含水層地下水中的這些化學成分含量升高。地浸采鈾堿浸工藝的溶浸劑為鈉和銨的碳酸鹽和重碳酸鹽〔溶液濃度為0.5%~5.0%〕.相對于酸浸工藝，堿浸工藝對地下水影響要小得多，總礦化度提高不多，pH值基本不變，SO42-增加約10倍，RCO3、Ca2+、NH4+、Cl-、U、Cu2+等成分濃度不會發(fā)生很大變化[2].CO2+O2中性地浸采鈾工藝對地下水的影響與堿浸工藝類似，其對地下水的影響也相對要小。地浸采鈾工藝對地下水的主要影響途徑有：①在正常工況情況下，溶浸液在地下向礦體浸出范圍之外流散，引起含礦含水層局部環(huán)境變化，進而影響地下水環(huán)境；②在非正常情況下，由于生產(chǎn)鉆孔的滲漏，使溶浸劑〔或溶浸液〕進入非礦層含水層，導致地下水污染。2地浸采鈾的地下水污染預(yù)防與控制.地下水污染防治是地浸采鈾礦山環(huán)境保衛(wèi)的核心。針對地浸采鈾工藝的特點，地下水污染預(yù)防與控制方式方法主要是確保鉆孔施工質(zhì)量、控制溶浸范圍、加強地下水監(jiān)測等。2.1確保鉆孔施工質(zhì)量。地浸鉆孔質(zhì)量直接關(guān)系到抽注液的泄漏流失與抽注比的穩(wěn)定性等，實踐中保障鉆孔施工質(zhì)量的有效措施：〔1〕在鉆孔施工前，認真查閱地質(zhì)勘探資料、相鄰勘探孔或已施工的鉆孔資料，把握含礦含水層、頂?shù)装甯羲畬游恢煤秃穸?，礦體的埋深和厚度等數(shù)據(jù)；以地質(zhì)勘探資料和相鄰鉆孔的資料為基礎(chǔ)，以開拓地段鉆孔設(shè)計要求為根據(jù)，考慮地形、地層傾角等因素，編制相應(yīng)鉆孔的施工設(shè)計；在鉆孔施工經(jīng)過中，嚴格執(zhí)行鉆井工作程序、鉆井工作質(zhì)量要求、鉆孔安裝程序、井管各部件的加工方式方法和質(zhì)量要求、鉆孔安裝的要求、水泥固井程序、水泥固井的質(zhì)量要求、鉆孔洗井程序等?！?〕在成孔經(jīng)過中，不僅執(zhí)行鉆孔施工規(guī)范，并配備專門的綜合物探測井設(shè)備，對成孔經(jīng)過進行監(jiān)測，監(jiān)測的項目有伽瑪測井、密度三側(cè)向測井、井斜測井、自然電位測井、電流法測井、井溫測井等。根據(jù)物探測井的結(jié)果資料，除了獲取物探技術(shù)參數(shù)外，能夠檢查工藝鉆孔塑料管安裝能否完好及其位置能否準確，檢查工藝鉆孔在施工經(jīng)過中投礫和水泥固井能否符合要求等，以評價工藝鉆孔建造的工程質(zhì)量，確保成孔質(zhì)量。〔3〕鉆孔采用抗震、抗壓、耐腐蝕性的UPVC管，在UPVC管與管壁之間的環(huán)狀間隙〔過濾器部分除外〕及鉆孔底部采用防滲、抗震的混凝土充填與密封，使礦層段與其上、下的所有含水層隔絕。充填方式方法是采用泵將水泥漿從套管的底部壓入環(huán)狀間隙，直到地表。這種逆向注漿封孔技術(shù)，避免了混漿段的產(chǎn)生，將注漿水泥、套管、孔壁嚴密黏結(jié)可確保溶液不擴散至上下含水層。在整個井的深度內(nèi)全段注漿，然后將礦層段用切割刀具將套管和注漿水泥一起切掉，可保證注漿水泥與套管和孔壁嚴密黏結(jié)?！?〕采用可循環(huán)微泡沫泥漿鉆探工藝能較好地解決地層滲漏水問題，減少生產(chǎn)用水量，降低生產(chǎn)成本[3].鉆孔施工完畢后，進行注壓檢漏試驗，一旦出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，進行再次注漿修補，或者對鉆孔進行水泥注漿封孔并重新施工。任何井經(jīng)修補后都要重新進行井的檢漏試驗?！?〕套管中強度最為薄弱的環(huán)節(jié)是井管間的連接處，鉆孔的井管之間的連接絲扣采用方形扣連接，連接處加密封膠或密封膠帶，以加強井管的密封性與牢固性，確保井管接頭處不漏液?！?〕在鉆孔施工經(jīng)過中，嚴禁揭露含礦含水層的隔水底板。為此需按如下方式方法進行施工：首先根據(jù)地質(zhì)條件確定礦體的上下標高，進而確定鉆孔的大致深度；在鉆孔施工經(jīng)過中，同時進行巖性分析和測井；在異常點和估計的含礦層位，降低鉆進速度，加密巖性分析與測井；在估計礦層底部出現(xiàn)顯著降低并到達背景水平常終止鉆進；鉆孔成井經(jīng)過中，在鉆孔底部加封防滲、抗震的混凝土約20~30cm.〔7〕過濾器要具有一定的機械強度，可承受砂礫和巖屑的壓力；過濾器的位置設(shè)計要恰當，長度要適宜，過濾器通透性良好；采取有效技術(shù)措施防止鉆孔因結(jié)垢、氣堵等造成堵塞；在成井水泥固化后對鉆孔過濾器及含礦層部位要徹底清洗處理，以恢復(fù)礦層浸透性，保證鉆孔的抽注比穩(wěn)定?！?〕在擴孔施工到達礦層深度時，為使孔內(nèi)液柱壓力與礦層壓力平衡，可用新鮮稀泥漿沖孔換漿。同時為了不污染礦層和防止在礦層部位構(gòu)成較厚的泥皮而增加洗井難度，攪拌新泥漿時嚴禁參加纖維素、腐植酸鉀等泥漿化學處理劑。2.2控制溶浸范圍。必須將溶浸劑控制在一定的范圍之內(nèi)，做到溶液在含礦含水層中正確運移，使被采礦塊的礦石都能與溶液充分接觸，既不漏失、又不被大量稀釋，盡量減少溶浸死角.地浸開采經(jīng)過中采取的溶浸范圍控制措施：〔1〕使用國際上通用的三維地下水流數(shù)值模擬軟件模擬溶浸范圍，指導井型與井網(wǎng)設(shè)計，確定地浸運行參數(shù)與抽注液量比率，盡可能縮小溶浸液擴散范圍，防止地下水污染。〔2〕井場分段地浸時，各單元的地浸先后順序按地下水流方向從上游往下游方向順序布置，最大限度地控制地下水污染范圍?！?〕抽注液量應(yīng)保持負不平衡，控制抽液量大于注液量0.3%~1%,使溶浸范圍內(nèi)構(gòu)成降落漏斗，使溶浸劑的流散和外圍地下水的稀釋降至最小?！?〕合理布置抽注液鉆孔，充分發(fā)揮抽注液鉆孔抽注液能力，在抽液、注液管道上安裝自動監(jiān)控和調(diào)控的壓力計和流量計，在每個注液孔安裝調(diào)整流量的防腐水表，在每個抽液孔安裝縫式流量計和電磁流量計，嚴格計量每個采區(qū)和每個單孔的抽液量和注液量，并根據(jù)抽孔的抽液能力調(diào)節(jié)其周圍注孔的分布及注液量，嚴格控制溶浸劑流失?！?〕開采到一定時期或為控制溶浸范圍，根據(jù)抽孔的分析結(jié)果、抽注量、注液壓力等信息的分析，及時調(diào)整抽注鉆孔，改變?nèi)芤旱牧鲃臃较?，充分回收鈾，避免溶浸死?〔6〕單元浸出的鄰近結(jié)束階段應(yīng)減少注液孔的