徐 磊，錢建平，唐專武

（桂林理工大學地球科學學院，廣西 桂林541004）

20世紀50年代初，我國對鈾礦地質工作就已經開始，至今已經有半個多世紀了。核工業(yè)的發(fā)展，導致重金屬鈾的排放，并產生大量的鈾礦廢渣石。這些廢渣石堆給周圍的環(huán)境帶來了很大的危害。如何修復鈾廢渣石造成的污染，成為了一個難題。目前，我國鈾礦山生態(tài)破壞和環(huán)境污染還未得到有效遏制［1］。所以，對鈾礦廢渣石進行安全的、妥善的治理，是保護生態(tài)環(huán)境的主要問題。

據資料報道，在鈾尾礦庫附近公眾的肺癌發(fā)病率較對照地區(qū)明顯要高［2］（圖1）。在數百種災害中，鈾尾礦庫引發(fā)的災害僅次于地震、霍亂、洪水及氫彈爆炸，名列第10位［3］。因此，必須對鈾尾礦庫的安全問題和給予高度重視。

1 我國鈾礦廢渣石的現狀

隨著核電的逐步發(fā)展，鈾的需求量不斷增加。預計到2020年，中國核電需天然鈾將達到3180～6540t［4］。

圖1 肺癌發(fā)病率與尾礦距離的關系

我國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%；但作為副產品從其他礦石中回收鈾時，鈾含量可低到0.01%～0.03%。鈾礦山和水冶產生的廢物，盡管放射性水平較低，但排放量大，且分布面廣，是核燃料生產過程中造成環(huán)境污染的重要方面。露天的廢渣石受風吹、雨淋、沖刷等外界作用，使所含有害物質游離于自然界，構成對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、尾礦的數量還會增加［5］，因此對鈾礦廢渣石的治理問題日益突出。

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

2 鈾礦廢渣石的特點

2.1 廢渣石污染分布范圍廣

我國鈾礦床成礦時代從古生代、中生代到新生代，以中生代為主，跨度大。

在空間上，我國鈾礦資源分布不均衡。我國鈾礦主要分布在華東、華中、華南地區(qū)，占總數的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，我國已經在23個?。▍^(qū)）發(fā)現鈾礦床，但主要集中分布在贛、湘、粵、桂四?。▍^(qū)）資源為富。從它們在我國的分布情況上看，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)為典型的溫帶季風氣候和亞熱帶季風氣候。這些地區(qū)人口稠密，可達200～400人／km2；氣溫高，年平均氣溫可達14℃～20℃；雨量充沛，年平均降雨量可達1200～2000mm；而且這些鈾礦床產生的廢渣石大多數都堆積在山村農田周圍，長期經受風蝕雨淋，大量的流失，對周圍人民的生活，以及江河湖泊、農田等都帶來了不同程度的污染。

此外，我國鈾礦床規(guī)模偏小，厚度較薄，品位較低，礦床水文地質條件比較復雜［7］，使得鈾礦開采過程中產生大量“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數量級（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。它們將分別長期衰變釋放氡及短壽命氡子體RaA、RaB、RaC、RaC′、RaC″以及長壽命氡子體210Pb、210Bi和210Po［6］。這些元素長期釋放的氡的子體，構成了長期輻射的潛在危害。

表2 鈾廢石、尾礦中放射性核素的含量［9］

2.3 放射性物質與非放射性物質復合污染

鈾礦開采過程產生的廢渣石含有一定量的鈾、釷和鐳，在山洪沖刷和風化的作用下，廢渣石中放射性元素及有害物質不斷的淋浸和析出，污染范圍不斷的擴大［10］。同時，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、有機物和酸性物質，它們隨著廢水和廢渣的流失，將對地表水、地下水、農田、土壤等造成一定的污染（表3）。

表3 廢石、尾礦中常見化學有害物質量分數［9］

2.4 廢渣石伴隨浸出液的污染

我國大部分鈾礦所在地區(qū)屬于濕潤、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，硫化物的風化導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重要特征是，除含有鎘、錳、鋅、砷、鎂和硫酸根等有害有毒物質外，還含有鈾和鐳等放射性元素。鈾廢渣石產生的廢水，不僅影響礦區(qū)的水質，還影響著礦區(qū)的植物、農田和土壤，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

與鈾礦廢渣石有關的典型環(huán)境問題，就是氡的析出。鈾礦廢渣石中所產生的氡，可大量的通過遷移而進入大氣中。鈾礦廢渣石中含有238U、234U、230Th、226Ra、222Rn等放射性元素，這會對周圍人民造成一定的輻射，對周圍的環(huán)境造成污染。對這些廢渣石的治理，通常都是運用覆蓋法。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。通過用不同覆蓋材料進行了對氡的屏蔽效果試驗［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代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黃土、混凝土等。對比表5與表6的分析結果可以看出，混凝土與瀝青的降氡效果是最好的，但混凝土、瀝青等材料的價格昂貴，而且不利于植被綠化及長期穩(wěn)定廢石堆。黃土與紅土的效果是一樣的，但根據我國鈾礦主要分布在南方的特點，紅土是我國南部地區(qū)的主要土壤，可以就地取材，很容易得到，而且價格低廉，施工也相對簡單。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行綠化以及長期穩(wěn)定廢石堆。

表6 紅土的降氡效果［13］

3.2 添加含磷物質修復法

近幾年，含磷物質作為一種廉價有效的重金屬污染修復劑而被應用于土壤修復。

鈾礦廢渣石污染土壤的營養(yǎng)貧乏，重金屬鈾、鎘、鋅和鉛的含量高，對植物的生長有抑制作用。但在該土壤中添加磷可以促進植物生長。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、銅和鋅殘渣態(tài)增加53%、13%和15%［15］。鈾與磷可結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合物［17］。

我國磷礦儲量居世界第二位，是一種廉價有效的重金屬污染土壤修復劑［18］。應用含磷物質修復土壤重金屬污染的研究，對充分利用我國磷礦資源，對我國重金屬環(huán)境污染的有效治理具有重要的意義。

3.3 植物修復法

植物修復法是利用植物對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，具有費用低、重金屬再循環(huán)好、對修復場地的破壞小等優(yōu)點。

對于鈾礦重金屬污染的土壤修復的植物主要有超富集植物。目前國外已發(fā)現，菜豆、白菜、向日葵以及印度芥菜等對U有富集作用（表7），但已發(fā)現的富集植物種數較少。因此，尋找和篩選更多的鈾富集或超富集本土植物，是提高修復效率的物質基礎。我國最近幾年也開始對植物修復鈾礦污染進行了大范圍的研究。超富集植物主要是指那些對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，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行植物修復。

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，應根據不同的自然環(huán)境栽種耐旱、易活、耐酸堿的植物。種植的植物如果是樹木的話，要注意樹木的枯死和老化，以免樹木連根拔起，導致覆蓋層破壞。種植的植被不是樹而是草的話，就可以減少這種事情的發(fā)生，因為樹的根部會破壞覆蓋層，使氡有機會擴散。

表7 國外已發(fā)現對鈾有積累作用的植物［19］

4 結論

鈾礦廢渣石的環(huán)境治理，是一項關系到環(huán)境保護和人民健康的大事。應該采取適宜的方案，根據實際情況與地理情況，進行紅土覆蓋法、添加含磷物質修復法和植物修復等方法。根據實際情況與地理情況，進行紅土覆蓋法、添加含磷物質修復法和植物修復等方法。

鈾礦廢渣石不僅占用了大量的土地，還對土壤和水資源造成污染。紅土覆蓋法是針對我國地質土壤特點，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。含磷物質是一種廉價有效的重金屬污染土壤修復劑。通過對土壤添加含磷物質，既能促進植物的生長，又能有效的對被污染的土壤進行治理。植物修復則是操作比較簡單，成本低，又能美化環(huán)境。采用這些新技術、新方法，既能提高資源利用率，降低環(huán)境治理的成本，又能保護環(huán)境，對我國鈾礦工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

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

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