目前原地浸出(ISL)采鈾已成為鈾生產(chǎn)的主要方法，原地浸出采鈾的產(chǎn)量約占世界鈾產(chǎn)量的50%。ISL采鈾具有經(jīng)濟(jì)回采很低品位礦石的能力，具有開(kāi)發(fā)成本較低、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、作業(yè)安全性好、開(kāi)發(fā)周期較短、環(huán)境影響較小等優(yōu)勢(shì)。

ISL采鈾對(duì)環(huán)境有一定影響，對(duì)ISL采鈾后的礦山進(jìn)行環(huán)境治理與修復(fù)是綠色礦山建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。到目前為止，國(guó)外對(duì)ISL采鈾的主要公眾關(guān)注點(diǎn)是其對(duì)飲用水源的潛在污染。如果在采鈾過(guò)程中溶浸劑沒(méi)有得到適當(dāng)控制，則有可能影響鄰近的地下水；如果在采鈾后地下水以污染狀態(tài)繼續(xù)留存，也有可能影響鄰近的地下水。因此，一些國(guó)家要求對(duì)采鈾后的地下水進(jìn)行修復(fù)。

1原地浸出采鈾方法和特點(diǎn)

目前，國(guó)際上主要采用2種ISL方法開(kāi)采鈾礦，即酸法浸出和堿法浸出。澳大利亞、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦和俄羅斯等國(guó)通常使用酸法浸出；美國(guó)則使用堿法浸出(因?yàn)榇蠖鄶?shù)礦體中的碳酸鈣濃度大于1.5%,若采用酸法浸出將導(dǎo)致高酸耗)。浸出劑類(lèi)型應(yīng)根據(jù)礦體的地質(zhì)或地球化學(xué)性質(zhì)，以及地下水的水質(zhì)確定；開(kāi)采后的地下水修復(fù)方法則取決于開(kāi)采過(guò)程中使用的浸出劑類(lèi)型。ISL浸出方法的技術(shù)特征見(jiàn)表1。

表1 ISL浸出方法的技術(shù)特征

2國(guó)外ISL鈾礦山地下水主要修復(fù)方法

國(guó)外ISL鈾礦山在進(jìn)行地下水修復(fù)時(shí)，對(duì)于酸法開(kāi)采區(qū)域通常采用自然衰減進(jìn)行修復(fù)；對(duì)于堿法開(kāi)采區(qū)域通常采用抽水、處理、凈水再注入進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)過(guò)程中，也采用生物修復(fù)、化學(xué)還原劑還原以及增強(qiáng)的自然衰減等技術(shù)作為補(bǔ)充，或者聯(lián)合運(yùn)用這些技術(shù)；目前部分技術(shù)仍處于研究試驗(yàn)階段。國(guó)外ISL采鈾部分應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表2。

表2國(guó)外ISL采鈾應(yīng)用實(shí)例和修復(fù)/關(guān)閉方法

3美國(guó)堿法地浸礦山地下水修復(fù)

3.1 ISL地下水修復(fù)監(jiān)管

根據(jù)聯(lián)邦和州法規(guī)，ISL采礦結(jié)束后，采礦者需要將開(kāi)采區(qū)域含水層的地下水化學(xué)修復(fù)到本底水平；在最低限度內(nèi)，將采區(qū)內(nèi)的地下水修復(fù)至與采礦前的水質(zhì)一致，以便可以恢復(fù)以前的用途。

3.1.1聯(lián)邦法規(guī)

1)美國(guó)核管理委員會(huì)(NRC)。

美國(guó)核管理委員會(huì)根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)的Title 10 Part 40中附錄A的標(biāo)準(zhǔn)5對(duì)采礦和修復(fù)進(jìn)行管理。這些規(guī)定主要針對(duì)鈾選冶尾礦管理，NRC沒(méi)有針對(duì)ISL工藝生產(chǎn)或修復(fù)的規(guī)定。

NRC要求被許可方將ISL地下水修復(fù)到本底水平；如果不能達(dá)到本底值，則須達(dá)到替代濃度限值(ACL),該替代濃度限值通常比本底值高。ACL必須表明所關(guān)注的元素不會(huì)對(duì)人類(lèi)健康或環(huán)境構(gòu)成威脅，通常采用歸宿-運(yùn)移模型(fate-transport)評(píng)估ACL對(duì)下游含水層的影響。

2)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)。

為了獲得對(duì)ISL采礦的批準(zhǔn)，運(yùn)營(yíng)商須根據(jù)美國(guó)《安全飲用水法案》及EPA地下注射控制大綱(UIC),在采礦前獲得開(kāi)采區(qū)域的“含水層豁免”。UIC規(guī)定見(jiàn)于美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)的Title 40 Part 144和146。為獲取含水層豁免，運(yùn)營(yíng)商須表明含水層現(xiàn)在或?qū)?lái)不用于提供飲用水，因?yàn)楹畬颖惶烊烩櫦捌渌プ儺a(chǎn)物(包括鐳-226和氡-222)高度礦化，超過(guò)了環(huán)保署飲用水最大污染物水平限值。

3.1.2州法規(guī)

每個(gè)州的ISL地下水修復(fù)均受到類(lèi)似于聯(lián)邦法規(guī)的管制。對(duì)于沒(méi)有制定相關(guān)法規(guī)的州，聯(lián)邦機(jī)構(gòu)是主要監(jiān)管者；對(duì)于執(zhí)行聯(lián)邦法規(guī)優(yōu)先的州，州與NRC和/或EPA達(dá)成協(xié)議，在本州內(nèi)執(zhí)行對(duì)ISL的監(jiān)管，如德克薩斯州；也有的州實(shí)行雙重管理，如懷俄明州等。諸如懷俄明州、德克薩斯州和內(nèi)布拉斯加州這樣擁有ISL鈾礦山的州均有相關(guān)規(guī)定，明確要求在采礦后進(jìn)行地下水修復(fù)，并要求盡可能修復(fù)到本底水平；如果不能實(shí)現(xiàn)，則修復(fù)到使用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(飲用水、畜牧或農(nóng)業(yè)用水)或執(zhí)行ACL。

3.2堿法浸出地下水修復(fù)技術(shù)

采用堿性溶浸劑的井場(chǎng)在開(kāi)采完成后，礦體的地下水中含有來(lái)自浸出劑的碳酸氫鹽、殘余鈾、鐳-226以及硒、砷等，地下水含有較高的總?cè)芙夤腆w(TDS),應(yīng)采用一些工藝技術(shù)來(lái)清除這些殘余組分，使地下水水質(zhì)修復(fù)到本底水平或采礦前用途的狀態(tài)。監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求使用最佳實(shí)用技術(shù)(BPT)處理受污染的地下水，使其水質(zhì)達(dá)到背景值或本底條件。

在美國(guó)，屬于BPT的技術(shù)有地下水抽除(消除殘余采礦溶液);抽水、處理和凈水回注(通常采用反滲透技術(shù)處理污染水);化學(xué)還原(通過(guò)除氧和金屬沉淀創(chuàng)造還原環(huán)境);生物修復(fù)。其他修復(fù)技術(shù)，如自然衰減，如果是獨(dú)立使用，則不被認(rèn)為是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。在地下水抽除過(guò)程中，井場(chǎng)會(huì)形成水力降落漏斗，吸納原生地下水并將浸出液隔離在井場(chǎng)中。地下水抽取的體積取決于運(yùn)行過(guò)程影響的區(qū)域范圍、含水層水文特性和抽取能力。

抽取的體積以孔隙體積(PV)為單位數(shù)定義，PV與井場(chǎng)面積(ft2)、開(kāi)采厚度(ft)、孔隙率(%)有關(guān)。對(duì)于1個(gè)面積30英畝、礦化厚度20 ft、孔隙率25%的井場(chǎng)，1 PV=30英畝×43 560 ft2/英畝×20 ft×25%×7.48加侖/ft3=48.9百萬(wàn)加侖。

地下水抽除體積一般為0.5～3.0 PV,必須通過(guò)深井注入、處理及地表排放或蒸發(fā)來(lái)合理處置清理過(guò)程產(chǎn)生的大量抽出水。目前認(rèn)為該方法效果不佳，應(yīng)用有限。

3.2.2抽水、處理和凈水回注

抽水、處理和凈水回注修復(fù)技術(shù)可配合地下水抽除使用，也可獨(dú)立使用。在此階段，從井場(chǎng)抽取地下水，用離子交換法除鈾，然后通過(guò)反滲透單元(RO)處理，去除其中95%～98%的溶解組分后，將水重新注入井場(chǎng)。反復(fù)進(jìn)行該過(guò)程，直到達(dá)到修復(fù)目標(biāo)為止。修復(fù)過(guò)程產(chǎn)生的反滲透濃水則通過(guò)深井處置或其他方法進(jìn)行處置。該階段一般需要進(jìn)行5～15 PV。使用RO技術(shù)處理地下水對(duì)降低TDS的效果較好，但TDS的改善會(huì)達(dá)到臨界點(diǎn)。

按照美國(guó)的規(guī)定，要求在修復(fù)過(guò)程中系統(tǒng)維持一定的外排量。這一階段地下水的外排量為全部循環(huán)地下水的10%～30%。在RO階段開(kāi)始時(shí)，被處理的地下水TDS高(2～5 g/L),反滲透產(chǎn)生的凈水比例較小(70%再注入),產(chǎn)生的濃水(30%)被排出系統(tǒng)另作處置。將反滲透產(chǎn)生的凈水回注入井場(chǎng)后，可降低井場(chǎng)地下水中的TDS。在RO階段運(yùn)行后期，反滲透產(chǎn)生的凈水比例可高達(dá)90%,而濃水量可降低至10%。

3.2.3化學(xué)還原

完成反滲透處理后，鈾、硒、砷等組分可能以高于本底濃度殘留在井場(chǎng)內(nèi)；而這些組分在含水層的氧化條件降低前不會(huì)減少，也可能繼續(xù)被浸出，添加化學(xué)還原劑可以有效地降低這些組分的濃度。工業(yè)使用的化學(xué)還原劑主要有硫化氫氣體、硫化鈉、亞硫酸鈉等，這些還原劑可作為除氧劑在注水前加入，也可在反滲透處理后注入井場(chǎng)。