如何预防地浸采铀地下水污染

　　地浸采铀是通过钻孔工程，借助化学试剂，把砂岩型矿石中的铀从天然埋藏条件下溶解出来，而不使矿石产生位移的集采、选、冶于一体的铀矿开采方法。与传统的采矿工艺相比，地浸采铀具有生产成本低、建设周期短、环境友好（ 其对地面干扰很小，不产生尾矿与废石，更不会形成地面塌陷和次生环境污染） 、节约大量矿山建设用地等优点，促使其在世界天然铀产量中所占份额逐渐增加，2014年已升至 46%.

　　目前，采用地浸生产铀产品的国家主要包括哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、俄罗斯、美国、澳大利亚、巴基斯坦和中国。作为世界最大铀生产国的哈萨克斯坦，其天然铀生产几乎全部来自地浸采铀。独联体国家地浸铀矿山基本上采用了 H2SO4体系的酸法或微试剂浸出，美国地浸铀矿山全部采用污染小的碱法（ 中性） 浸出工艺。我国地浸采铀技术目前也已获得重大突破，CO2+ O2中性地浸采铀技术已得到大规模工业化应用。这项技术在我国北方地区的应用，盘活了数万吨复杂砂岩型铀资源。预计到 2016 年，应用该技术生产的天然铀产品将占我国年生产量的50%[1],已成为我国主要的铀矿采冶技术。

　　与常规铀矿开采相比，地浸采铀虽然是一种环境友好采矿方法，但地浸铀矿山同样存在环境保护问题，最主要的环境顾虑是避免开采单元周围及上下含水层的地下水受到污染。随着人们环境保护意识的提高，对地浸采铀污染的预防、控制和治理越来越受到重视，尤其是日益严峻的地下水资源状况对地浸采铀提出了更高的环保要求。

　　本文从地浸采铀源头上的地下水污染预防控制到末端的污染治理方面的措施进行了探讨，对于我国地浸采铀企业提升环境保护水平、完善环境管理制度、促进可持续发展具有参考意义。

　　1 地浸采铀的地下水污染影响。

　　地浸开采时由于溶浸剂向含矿含水层的注入，使含矿含水层的水文地球化学环境发生变化，浸出反应在地下进行，注入的溶浸剂除了与铀矿物反应外，还会与造岩矿物发生反应，从而导致含矿含水层水质发生变化，因此地浸采铀过程中不可避免地对采区局部矿层地下水环境造成污染。同时，由于开采过程中溶液在含矿含水层的运动受地下水天然流场和抽注动态操作条件的影响，溶液有可能向开采范围外的含水层弥散或漂移，从而对采区外围含水层造成污染，这就要求在地浸过程中对溶液的流动（ 污染） 范围加以控制。

　　地浸采铀酸浸工艺的溶浸剂通常为硫酸。在浸出过程中主要发生的化学反应有铁矿物、铀矿物、钙镁矿物、硅酸盐、铝硅酸盐及锰的化合物等与溶浸剂的反应。注入的酸（ 如 H2SO4） 及氧化剂（ 如 H2O2） ,会使地浸采区的水文地球化学环境发生改变，形成一个强氧化环境（ pH 值 = 1~ 2） .采区地下水中除了含有大量的 SO42 -外，同时还使岩石矿物中的 Ca、Fe、Mg、Cu、Al、Na、K 及 U、Ra 等放射性元素转入水中，从而使采区含矿含水层地下水中的这些化学成分含量升高。

　　地浸采铀碱浸工艺的溶浸剂为钠和铵的碳酸盐和重碳酸盐（ 溶液浓度为 0. 5% ~ 5. 0%） .相对于酸浸工艺，碱浸工艺对地下水影响要小得多，总矿化度提高不多，pH值基本不变，SO42 -增加约 10 倍，RCO3、Ca2 +、NH4+、Cl-、U、Cu2 +等成分浓度不会发生很大变化[2].CO2+ O2中性地浸采铀工艺对地下水的影响与碱浸工艺类似，其对地下水的影响也相对要小。

　　地浸采铀工艺对地下水的主要影响途径有： ①在正常工况情况下，溶浸液在地下向矿体浸出范围之外流散，引起含矿含水层局部环境变化，从而影响地下水环境； ②在非正常情况下，由于生产钻孔的渗漏，使溶浸剂（ 或溶浸液） 进入非矿层含水层，导致地下水污染。

　　2 地浸采铀的地下水污染预防与控制.

    地下水污染防治是地浸采铀矿山环境保护的核心。

　　针对地浸采铀工艺的特点，地下水污染预防与控制方法主要是确保钻孔施工质量、控制溶浸范围、加强地下水监测等。

　　2. 1 确保钻孔施工质量。

　　地浸钻孔质量直接关系到抽注液的泄漏流失与抽注比的稳定性等，实践中保障钻孔施工质量的有效措施：

　　（ 1） 在钻孔施工前，认真查阅地质勘探资料、相邻勘探孔或已施工的钻孔资料，掌握含矿含水层、顶底板隔水层位置和厚度，矿体的埋深和厚度等数据； 以地质勘探资料和相邻钻孔的资料为基础，以开拓地段钻孔设计要求为依据，考虑地形、地层倾角等因素，编制相应钻孔的施工设计； 在钻孔施工过程中，严格执行钻井工作程序、钻井工作质量要求、钻孔安装程序、井管各部件的加工方法和质量要求、钻孔安装的要求、水泥固井程序、水泥固井的质量要求、钻孔洗井程序等。

　　（ 2） 在成孔过程中，不仅执行钻孔施工规范，并配备专门的综合物探测井设备，对成孔过程进行监测，监测的项目有伽玛测井、密度三侧向测井、井斜测井、自然电位测井、电流法测井、井温测井等。根据物探测井的结果资料，除了获取物探技术参数外，可以检查工艺钻孔塑料管安装是否完整及其位置是否准确，检查工艺钻孔在施工过程中投砾和水泥固井是否符合要求等，以评价工艺钻孔建造的工程质量，确保成孔质量。

　　（ 3） 钻孔采用抗震、抗压、耐腐蚀性的 UPVC 管，在UPVC 管与管壁之间的环状间隙（ 过滤器部分除外） 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。充填方法是采用泵将水泥浆从套管的底部压入环状间隙，直到地表。这种逆向注浆封孔技术，避免了混浆段的产生，将注浆水泥、套管、孔壁紧密黏结可确保溶液不扩散至上下含水层。在整个井的深度内全段注浆，然后将矿层段用切割刀具将套管和注浆水泥一起切掉，可保证注浆水泥与套管和孔壁紧密黏结。

　　（ 4） 采用可循环微泡沫泥浆钻探工艺能较好地解决地层渗漏水问题，减少生产用水量，降低生产成本[3].钻孔施工完毕后，进行注压检漏试验，一旦出现渗漏现象，进行再次注浆修补，或者对钻孔进行水泥注浆封孔并重新施工。任何井经修补后都要重新进行井的检漏试验。

　　（ 5） 套管中强度最为薄弱的环节是井管间的连接处，钻孔的井管之间的连接丝扣采用方形扣连接，连接处加密封胶或密封胶带，以增强井管的密封性与牢固性，确保井管接头处不漏液。

　　（ 6） 在钻孔施工过程中，严禁揭露含矿含水层的隔水底板。为此需按如下方法进行施工： 首先根据地质条件确定矿体的上下标高，从而确定钻孔的大致深度； 在钻孔施工过程中，同时进行岩性分析和 γ 测井； 在 γ 异常点和预计的含矿层位，降低钻进速度，加密岩性分析与 γ 测井； 在预计矿层底部出现 γ 显着降低并达到背景水平时终止钻进； 钻孔成井过程中，在钻孔底部加封防渗、抗震的混凝土约 20 ~30cm.

　　（ 7） 过滤器要具有一定的机械强度，可承受砂砾和岩屑的压力； 过滤器的位置设计要恰当，长度要合适，过滤器通透性良好； 采取有效技术措施防止钻孔因结垢、气堵等造成堵塞； 在成井水泥固化后对钻孔过滤器及含矿层部位要彻底清洗处理，以恢复矿层渗透性，保证钻孔的抽注比稳定。

　　（ 8） 在扩孔施工达到矿层深度时，为使孔内液柱压力与矿层压力平衡，可用新鲜稀泥浆冲孔换浆。同时为了不污染矿层和防止在矿层部位形成较厚的泥皮而增加洗井难度，搅拌新泥浆时严禁加入纤维素、腐植酸钾等泥浆化学处理剂。

　　2. 2 控制溶浸范围。

　　必须将溶浸剂控制在一定的范围之内，做到溶液在含矿含水层中正确运移，使被采矿块的矿石都能与溶液充分接触，既不漏失、又不被大量稀释，尽量减少溶浸“死角”.地浸开采过程中采取的溶浸范围控制措施：

　　（ 1） 使用国际上通用的三维地下水流数值模拟软件模拟溶浸范围，指导井型与井网设计，确定地浸运行参数与抽注液量比率，尽可能缩小溶浸液扩散范围，防止地下水污染。

　　（ 2） 井场分段地浸时，各单元的地浸先后顺序按地下水流方向从上游往下游方向顺序布置，最大限度地控制地下水污染范围。

　　（ 3） 抽注液量应保持负不平衡，控制抽液量大于注液量 0. 3% ~1%,使溶浸范围内形成降落漏斗，使溶浸剂的流散和外围地下水的稀释降至最小。

　　（ 4） 合理布置抽注液钻孔，充分发挥抽注液钻孔抽注液能力，在抽液、注液管道上安装自动监控和调控的压力计和流量计，在每个注液孔安装调整流量的防腐水表，在每个抽液孔安装缝式流量计和电磁流量计，严格计量每个采区和每个单孔的抽液量和注液量，并根据抽孔的抽液能力调节其周围注孔的分布及注液量，严格控制溶浸剂流失。

　　（ 5） 开采到一定时期或为控制溶浸范围，根据抽孔的分析结果、抽注量、注液压力等信息的分析，及时调整抽注钻孔，改变溶液的流动方向，充分回收铀，避免溶浸“死角”.

　　（ 6） 单元浸出的临近结束阶段应减少注液孔的数量，单元开采结束后至地下水修复之前继续采用抽液量略大于注液量，使溶浸范围内形成降落漏斗，控制残余溶浸液的迁移。

　　（ 7） 将浸出区外围的钻孔设置为抽液孔，在矿区边界形成负压区，使外围的地下水向浸出边界流动，从而防止溶浸液向外围扩散。

　　（ 8） 在浸出区外围边界设置一些保护井，向井中注水施压使浸出区边界形成水力屏障（ 水幕） ,形成人工高压区，防止溶浸液向矿体外流散。