徐 磊，錢建平，唐專武

（桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林541004）

20世紀(jì)50年代初，我國(guó)對(duì)鈾礦地質(zhì)工作就已經(jīng)開(kāi)始，至今已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)了。核工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致重金屬鈾的排放，并產(chǎn)生大量的鈾礦廢渣石。這些廢渣石堆給周圍的環(huán)境帶來(lái)了很大的危害。如何修復(fù)鈾廢渣石造成的污染，成為了一個(gè)難題。目前，我國(guó)鈾礦山生態(tài)破壞和環(huán)境污染還未得到有效遏制［1］。所以，對(duì)鈾礦廢渣石進(jìn)行安全的、妥善的治理，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的主要問(wèn)題。

據(jù)資料報(bào)道，在鈾尾礦庫(kù)附近公眾的肺癌發(fā)病率較對(duì)照地區(qū)明顯要高［2］（圖1）。在數(shù)百種災(zāi)害中，鈾尾礦庫(kù)引發(fā)的災(zāi)害僅次于地震、霍亂、洪水及氫彈爆炸，名列第10位［3］。因此，必須對(duì)鈾尾礦庫(kù)的安全問(wèn)題和給予高度重視。

1 我國(guó)鈾礦廢渣石的現(xiàn)狀

隨著核電的逐步發(fā)展，鈾的需求量不斷增加。預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)核電需天然鈾將達(dá)到3180～6540t［4］。

圖1 肺癌發(fā)病率與尾礦距離的關(guān)系

我國(guó)鈾礦的品位高低不等，單一鈾礦石的工業(yè)最低品位是0.05%；但作為副產(chǎn)品從其他礦石中回收鈾時(shí)，鈾含量可低到0.01%～0.03%。鈾礦山和水冶產(chǎn)生的廢物，盡管放射性水平較低，但排放量大，且分布面廣，是核燃料生產(chǎn)過(guò)程中造成環(huán)境污染的重要方面。露天的廢渣石受風(fēng)吹、雨淋、沖刷等外界作用，使所含有害物質(zhì)游離于自然界，構(gòu)成對(duì)人體的危害并造成環(huán)境污染。隨著鈾礦品位的不斷降低，其廢石、尾礦的數(shù)量還會(huì)增加［5］，因此對(duì)鈾礦廢渣石的治理問(wèn)題日益突出。

我國(guó)于20世紀(jì)80年代末開(kāi)始對(duì)常規(guī)鈾礦山、水冶廠進(jìn)行退役后的治理，開(kāi)展了鈾廢石、尾礦覆蓋試驗(yàn)研究；開(kāi)展了鈾尾礦覆蓋控制氡析出最優(yōu)化研究；開(kāi)展了鐳廠226Ra核素遷移規(guī)律及在最終處置中阻滯擴(kuò)散的研究；開(kāi)展了廢石、尾礦氡析出率的普查測(cè)定。自1985年開(kāi)始至2009年，已有26個(gè)鈾礦冶企業(yè)先后進(jìn)行了整體或部分礦點(diǎn)退役，相繼實(shí)施了大量的環(huán)境治理工作。

2 鈾礦廢渣石的特點(diǎn)

2.1 廢渣石污染分布范圍廣

我國(guó)鈾礦床成礦時(shí)代從古生代、中生代到新生代，以中生代為主，跨度大。

在空間上，我國(guó)鈾礦資源分布不均衡。我國(guó)鈾礦主要分布在華東、華中、華南地區(qū)，占總數(shù)的80%左右（表1）。

表1 退役鈾礦冶企業(yè)廢石和尾礦的分布［6］／%

目前，我國(guó)已經(jīng)在23個(gè)?。▍^(qū)）發(fā)現(xiàn)鈾礦床，但主要集中分布在贛、湘、粵、桂四?。▍^(qū)）資源為富。從它們?cè)谖覈?guó)的分布情況上看，70%～80%左右在潮濕多雨的山區(qū)和丘陵地帶。大部分鈾礦床所在地區(qū)為典型的溫帶季風(fēng)氣候和亞熱帶季風(fēng)氣候。這些地區(qū)人口稠密，可達(dá)200～400人／km2；氣溫高，年平均氣溫可達(dá)14℃～20℃；雨量充沛，年平均降雨量可達(dá)1200～2000mm；而且這些鈾礦床產(chǎn)生的廢渣石大多數(shù)都堆積在山村農(nóng)田周圍，長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)蝕雨淋，大量的流失，對(duì)周圍人民的生活，以及江河湖泊、農(nóng)田等都帶來(lái)了不同程度的污染。

此外，我國(guó)鈾礦床規(guī)模偏小，厚度較薄，品位較低，礦床水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜［7］，使得鈾礦開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生大量“三廢”。

2.2 廢渣石中放射性核素含量高、輻射潛在危害時(shí)間久

鈾礦廢渣石中放射性核素含量高，要比本底巖石高幾個(gè)數(shù)量級(jí)（表2）。鈾礦廢渣石含有鈾系一系列衰變子體，幾乎99%以上的230Th及226Ra等放射性核元素都集中在尾礦中［8］。如238U的半衰期為4.7×109a，230Th的半衰期為2.7×104a，226Ra半衰期為1602a。它們將分別長(zhǎng)期衰變釋放氡及短壽命氡子體RaA、RaB、RaC、RaC′、RaC″以及長(zhǎng)壽命氡子體210Pb、210Bi和210Po［6］。這些元素長(zhǎng)期釋放的氡的子體，構(gòu)成了長(zhǎng)期輻射的潛在危害。

表2 鈾廢石、尾礦中放射性核素的含量［9］

2.3 放射性物質(zhì)與非放射性物質(zhì)復(fù)合污染

鈾礦開(kāi)采過(guò)程產(chǎn)生的廢渣石含有一定量的鈾、釷和鐳，在山洪沖刷和風(fēng)化的作用下，廢渣石中放射性元素及有害物質(zhì)不斷的淋浸和析出，污染范圍不斷的擴(kuò)大［10］。同時(shí)，鈾礦廢渣石中除了存在放射性危害外，還存在非放射性危害。廢渣石中含有的重金屬如錳、鎘、鋅、銅、汞、有機(jī)物和酸性物質(zhì)，它們隨著廢水和廢渣的流失，將對(duì)地表水、地下水、農(nóng)田、土壤等造成一定的污染（表3）。

表3 廢石、尾礦中常見(jiàn)化學(xué)有害物質(zhì)量分?jǐn)?shù)［9］

2.4 廢渣石伴隨浸出液的污染

我國(guó)大部分鈾礦所在地區(qū)屬于濕潤(rùn)、地下水豐富地區(qū)，其鈾礦山廢水排放量較大。由于廢石堆中常含較豐富的硫化物和重金屬元素，硫化物的風(fēng)化導(dǎo)致孔隙水和地下水的酸化，從而加速放射性核素和重金屬的釋放。因此，廢石堆浸出液通常是富含放射性核素和重金屬的酸性水（表4）。與一般礦山不同，鈾礦山廢水污染的一個(gè)重要特征是，除含有鎘、錳、鋅、砷、鎂和硫酸根等有害有毒物質(zhì)外，還含有鈾和鐳等放射性元素。鈾廢渣石產(chǎn)生的廢水，不僅影響礦區(qū)的水質(zhì)，還影響著礦區(qū)的植物、農(nóng)田和土壤，而且也不利于居民的身體健康。

表4 鈾礦廢水有害物質(zhì)分析［11］

3 鈾礦廢渣石的治理方法

3.1 紅土覆蓋法

與鈾礦廢渣石有關(guān)的典型環(huán)境問(wèn)題，就是氡的析出。鈾礦廢渣石中所產(chǎn)生的氡，可大量的通過(guò)遷移而進(jìn)入大氣中。鈾礦廢渣石中含有238U、234U、230Th、226Ra、222Rn等放射性元素，這會(huì)對(duì)周圍人民造成一定的輻射，對(duì)周圍的環(huán)境造成污染。對(duì)這些廢渣石的治理，通常都是運(yùn)用覆蓋法。即將粘土、黃土、石塊、水泥等覆蓋在廢渣石上，以降低氡的析出。通過(guò)用不同覆蓋材料進(jìn)行了對(duì)氡的屏蔽效果試驗(yàn)［12］（表5）。

表5 不同材料的降氡效果

紅土覆蓋法是將紅土作為覆蓋來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黃土、混凝土等。對(duì)比表5與表6的分析結(jié)果可以看出，混凝土與瀝青的降氡效果是最好的，但混凝土、瀝青等材料的價(jià)格昂貴，而且不利于植被綠化及長(zhǎng)期穩(wěn)定廢石堆。黃土與紅土的效果是一樣的，但根據(jù)我國(guó)鈾礦主要分布在南方的特點(diǎn)，紅土是我國(guó)南部地區(qū)的主要土壤，可以就地取材，很容易得到，而且價(jià)格低廉，施工也相對(duì)簡(jiǎn)單。有一定的厚度的覆蓋層，可有效屏蔽輻射并減少氡的析出率，并且可以在覆土上進(jìn)行綠化以及長(zhǎng)期穩(wěn)定廢石堆。

表6 紅土的降氡效果［13］

3.2 添加含磷物質(zhì)修復(fù)法

近幾年，含磷物質(zhì)作為一種廉價(jià)有效的重金屬污染修復(fù)劑而被應(yīng)用于土壤修復(fù)。

鈾礦廢渣石污染土壤的營(yíng)養(yǎng)貧乏，重金屬鈾、鎘、鋅和鉛的含量高，對(duì)植物的生長(zhǎng)有抑制作用。但在該土壤中添加磷可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)。添加10g／kg磷酸氫二銨，使礦區(qū)土壤鉛、鋅、鎘的有效濃度下降98.9%、95.8%和94.6%［14］。添加磷，使鉛、銅和鋅殘?jiān)鼞B(tài)增加53%、13%和15%［15］。鈾與磷可結(jié)合生成磷酸雙氧鈾沉淀，降低其生物有效性［16］。添加磷，促使鎘、鋅與磷形成難溶性的絡(luò)合物［17］。

我國(guó)磷礦儲(chǔ)量居世界第二位，是一種廉價(jià)有效的重金屬污染土壤修復(fù)劑［18］。應(yīng)用含磷物質(zhì)修復(fù)土壤重金屬污染的研究，對(duì)充分利用我國(guó)磷礦資源，對(duì)我國(guó)重金屬環(huán)境污染的有效治理具有重要的意義。

3.3 植物修復(fù)法

植物修復(fù)法是利用植物對(duì)土壤中重金屬的吸收和富集作用，以減少土壤中重金屬的含量，具有費(fèi)用低、重金屬再循環(huán)好、對(duì)修復(fù)場(chǎng)地的破壞小等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于鈾礦重金屬污染的土壤修復(fù)的植物主要有超富集植物。目前國(guó)外已發(fā)現(xiàn)，菜豆、白菜、向日葵以及印度芥菜等對(duì)U有富集作用（表7），但已發(fā)現(xiàn)的富集植物種數(shù)較少。因此，尋找和篩選更多的鈾富集或超富集本土植物，是提高修復(fù)效率的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國(guó)最近幾年也開(kāi)始對(duì)植物修復(fù)鈾礦污染進(jìn)行了大范圍的研究。超富集植物主要是指那些對(duì)某些重金屬具有特別的吸收能力，而本身不受毒害的植物種或基因型［20］。唐麗等［21］以十字花科、錦葵科、菊科共10種植物為研究材料，用 UO2（NO3）2·6H2O配置鈾濃度為100mg／kg的土壤作為培養(yǎng)基，培養(yǎng)55d后發(fā)現(xiàn)，特選榨菜地上部分鈾含量最高1115mg／kg（干重），所以得出特選榨菜適合作為鈾超累積植物進(jìn)行植物修復(fù)。

在鈾礦廢渣石上面種植植物前，需要盡力改變某些不利的因素，應(yīng)根據(jù)不同的自然環(huán)境栽種耐旱、易活、耐酸堿的植物。種植的植物如果是樹(shù)木的話，要注意樹(shù)木的枯死和老化，以免樹(shù)木連根拔起，導(dǎo)致覆蓋層破壞。種植的植被不是樹(shù)而是草的話，就可以減少這種事情的發(fā)生，因?yàn)闃?shù)的根部會(huì)破壞覆蓋層，使氡有機(jī)會(huì)擴(kuò)散。

表7 國(guó)外已發(fā)現(xiàn)對(duì)鈾有積累作用的植物［19］

4 結(jié)論

鈾礦廢渣石的環(huán)境治理，是一項(xiàng)關(guān)系到環(huán)境保護(hù)和人民健康的大事。應(yīng)該采取適宜的方案，根據(jù)實(shí)際情況與地理情況，進(jìn)行紅土覆蓋法、添加含磷物質(zhì)修復(fù)法和植物修復(fù)等方法。根據(jù)實(shí)際情況與地理情況，進(jìn)行紅土覆蓋法、添加含磷物質(zhì)修復(fù)法和植物修復(fù)等方法。

鈾礦廢渣石不僅占用了大量的土地，還對(duì)土壤和水資源造成污染。紅土覆蓋法是針對(duì)我國(guó)地質(zhì)土壤特點(diǎn)，就地取材，既減少了花銷，又能有效的代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黃土覆蓋法，減少了氡的析出率。含磷物質(zhì)是一種廉價(jià)有效的重金屬污染土壤修復(fù)劑。通過(guò)對(duì)土壤添加含磷物質(zhì)，既能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，又能有效的對(duì)被污染的土壤進(jìn)行治理。植物修復(fù)則是操作比較簡(jiǎn)單，成本低，又能美化環(huán)境。采用這些新技術(shù)、新方法，既能提高資源利用率，降低環(huán)境治理的成本，又能保護(hù)環(huán)境，對(duì)我國(guó)鈾礦工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

應(yīng)該指出，鈾礦山污染是一個(gè)系統(tǒng)，要立足礦山尾礦—水體—土壤—植物系統(tǒng)進(jìn)行綜合治理方能取得良好的效果［22］。

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