铀矿露天开采与水冶过程中粉尘污染控制

2018-02-25李元岗苏晓书靳士科

西部资源 2017年6期

关键词：污染控制铀矿粉尘

李元岗+苏晓书+靳士科

摘要：介绍了典型铀矿露天开采与水冶的工艺流程，通过对铀矿露天开采与水冶产尘环节的分析，提出了切实可行的粉尘防治措施，为铀矿露天开采与水冶的环境管理和环境影响评价提供科学依据。

关键词：铀矿；露天开采；水冶；粉尘；污染控制

Dust Pollutions Control in open-pit mining for uranium mine and extractive metallurgy of uranium

LI Yuan-gang，SU Xiao-shu，JIN Shi-ke

（The Fourth Research and Design Engineering Corporation，CNNC，Shijiazhuang 050021，China）

Abstract：The typical process flow of open-pit mining for uranium mine and extractive metallurgy of uranium is introduced. Through analyzing the dust-producing links of open-pit mining for uranium mine and extractive metallurgy of uranium，the feasible pollution control countermeasures are proposed which could provide the basis for environmental management and environmental impact assessment of open-pit mining for uranium mine and extractive metallurgy of uraniam.

Key words：uranium mine；opencast mining；extractive metallurgy of uranium；dust；pollutions control

引言

铀矿开采方法选择取决于矿床的地质情况、矿体性质、安全性和经济性等多种因素。根据铀矿石的埋藏深度和当地的环境条件，可以选用露天开采或地下开采的回采方法开采铀矿。铀矿露天开采具有投资少、生产规模大、劳动生产率高、开采损失及贫化率低、安全性高等优点[1]。

图1铀矿露天开采与水冶工艺粉尘产生环节示意图对于铀矿石的埋藏深度距离地面较近的矿床，尽可能采用露天开采。露天采矿过程中粉尘产生量大，粉尘污染严重，对大气环境的影响比地下开采更为严重。铀矿尘的组成既包括非放射性的二氧化硅粉尘，还包括放射性核素气溶胶，可通过呼吸道进入人体后形成内辐射，引发损伤[2]。因此，铀矿尘不仅对大气环境造成不利影响，同时也对铀矿和水冶工作人员的职业健康造成危害。通过对铀矿露天开采及水冶工艺流程的分析，厘清生产过程中粉尘的产生节点，针对各生产提出环节切实可行的防治措施，从而实现铀矿露天开采及水冶全过程的粉尘污染控制。

1.铀矿露天开采与水冶过程产尘分析

1.1铀矿露天开采与水冶典型工艺流程

露天铀矿一般采用露天开采+常规搅拌浸出的采选工艺，该工艺是通过打眼、爆破将矿石剥离出地表。剥离的矿石运至水冶厂经破碎、筛分、磨矿后进行搅拌浸出，浸出液则泵入浸出液处理车间进行净化，浸出尾渣则运至尾矿库堆存。剥离的废石运至废石场堆存。该工艺中粉尘产生于钻孔、爆破、装载、运输、破碎、筛分等生产环节和各类物料堆场（矿石场、废石场），粉尘产生环节示意图见图1。

1.2露天开采产尘分析

（1）钻孔作业产尘分析：大型露天矿钻孔设备一般使用牙轮钻机或潜孔钻机作业，中小型露天矿使用凿岩钻车。

钻机钻孔过程中会对岩石形成冲击和剪切，将岩土矿切剥形成大小不一的钻屑颗粒，部分颗粒物通过钻杆与孔壁间隙喷泻排出，产生粉尘污染。钻孔作业产尘的影响因素主要为岩体的含水率、设备的类型等。根据国内部分露天矿实测资料，钻机孔口处粉尘浓度约为1400mg/m3～ 2081mg/m3，产尘量约2.50kg/台·h～7.14kg/台·h。

（2）爆破作业产尘分析：爆破作业时，矿岩由于受到药包爆破的巨大压力作用而粉碎，随后形成粉尘，并随爆破气流扬起。爆破产尘的主要影响因素有矿岩理化性质、炸药量、爆破参数、装药方法、爆破工艺等。实测资料表明，爆破粉尘浓度在爆破瞬间可以达到1500mg/m3[3]～2000mg/m3[3]。

（3）装载作业产尘分析：矿山露天采装作业设备包括电铲、液压挖掘机和轮式装载机等。装载作业过程中，受物料装卸产生气流的影响，物料中含有的颗粒物在空气动力学的影响下，漂浮到空气中。

装载作业产尘的主要影响因素为矿石含水率、装卸高差和环境风速等。在干燥環境下装载矿石过程中产生的粉尘浓度约100mg/m3～200mg/m3。

（4）运输作业产尘分析：露天矿运输可采取汽车运输、轨道运输或带式输送机运输等，本文介绍国内最常采用的汽车运输。汽车运输过程的粉尘产生机理为：路面沉积粉尘在车轮旋转离心力及黏附作用下启扬，进而在车身剪切气流、车尾涡流、尾气排放气流及自然风作用下产生飞扬[4]。

车辆运输作业产尘影响因素包括路面状况、粉尘含水率、粉尘负荷、行车密度、行驶速度以及环境湿度等[5-6]。露天矿采区一般同时有数量较多的车辆运输矿石等物料，运输扬尘是露天矿区最主要的大气污染源。根据文献资料，露天矿道路正上方不同高度（0.15m～2.0m）的粉尘浓度为332.02mg/m3～31.18mg/m3。除爆破作业外，运输作业产尘量约占露天矿总产尘量的90%[4，7]。endprint

（5）物料堆场产尘分析：露天矿各类堆场（如矿石堆场、废石堆场等）在干燥、大风季节，容易造成比较严重的扬尘污染。堆场产尘的可分为料堆表面静态起尘与堆取料过程中动态起尘两类。

当环境风速超过起尘临界风速，料堆表面颗粒在强风的推动和强漩涡场的卷吸作用下，克服重力与摩擦力逸散至空气中，形成堆场的静态起尘过程。该过程影响因素主要为物料表面含水率、粒径、环境风速和湿度等。堆料过程中受物料卸装产生气流的影响，物料中含有的颗粒物在空气动力学的影响下，漂浮到空气中，形成动态起尘过程。该过程的影响因素主要为作业落差、装卸强度和环境风速等。

1.3水冶产尘分析

水冶厂粗碎、细碎及筛分工序使用的振动给料机、颚式破碎机、冲击式破碎机、圆锥破碎机、振动筛等设备在生产过程中，产生大量的铀矿尘。

破碎筛分系统的产尘机理主要为：筛分过程中，物料随着振动筛作垂直于筛面方向的快速振动，使矿粒飘散至空气中形成粉尘；破碎过程中，矿石在机械力作用下破碎，产生的颗粒物在矿石间隙挤出的空气携带下从加料口排出形成粉尘。

破碎、筛分工序产尘的影响因素为设备类型、矿石含水率、破碎粒径大小、设备密闭程度等。根据某铀矿水冶厂实测数据：粗碎车间振动给料机、颚式破碎机的粉尘产生浓度为562mg/m3；细碎车間圆锥破碎机、振动筛的粉尘产生浓度为550.6mg/m3。

2.粉尘污染控制措施

2.1钻孔作业粉尘防治措施

钻孔粉尘防治措施包括干式、湿式或干湿结合式除尘方式。干式除尘主要为设置旋风除尘器或布袋除尘器。湿式除尘是通过喷雾设备将水分散形成水雾，经高压空气送入钻机底部进行除尘。

采用单一旋风除尘器的干式除尘，其除尘效率为68%左右，抑尘效果一般，应用较少[8]。采用单一设置袋式除尘器的干式除尘效果较好，可达99%以上；袋式除尘器前再安装旋风除尘器组成多级除尘器机组，其除尘效果可有效增强，除尘效率可达99.9%[9]。干式除尘效果好，但辅助设备多，维护较困难。湿式除尘的除尘效率可达90%，但北方缺水地区和寒冷地区应用受限。

目前钻孔作业的降尘措施还包括尘源封闭措施，通过采取密封措施，使粉尘封闭在一定的空间内，如在牙轮钻机的凿岩平台设置孔口集尘罩[10]。

2.2爆破作业粉尘防治措施

爆破前应首先清理钻孔周围的尘土，并洒水润湿待爆破地点，避免爆破时产生二次扬尘。

爆破作业时采用水封爆破技术最为经济实用，以水炮泥代替部分普通炮泥，在炸药爆炸时产生的作用力下，将一部分水压入岩层细微的裂隙中，达到湿润岩层的作用，减少爆破时粉尘的产生量；另外，爆破冲击力瞬间撕碎水袋，水在爆炸冲击波的作用下形成水幕，液滴捕捉粉尘粒子与之结合后，增大了粉尘的密度，在重力作用下沉降，抑制了粉尘的扩散[3]。

抚顺露天矿试验结果表明，采用水封爆破措施后，粉尘浓度可降低至95mg/m3～105mg/m3，降尘效率约66%[11]。

2.3装载作业粉尘防治措施

装载作业防尘措施主要是湿式除尘，如采用预先湿润爆堆、装载时喷雾洒水等方式。通过喷雾装置或洒水装置对爆堆进行洒水增湿，当爆堆外在水分大于7%时，可有效降低装载作业时的粉尘量。装载设备可配置水箱和喷雾装置，作业时喷雾降尘。白银露天矿在电铲上安装了喷雾洒水装置，降尘效率可达91.1%，装载作业粉尘浓度为12.9mg/ m3，降尘效果十分显著[12]。

2.4运输作业粉尘防治措施

目前国内外露天矿汽车运输路面的防尘措施主要有：路面硬化、车辆遮盖与轮胎清洗、路面清扫、洒水车洒水、路面喷洒化学抑尘剂等方式。

露天矿运输作业粉尘最常用的防治方法是采用洒水车洒水抑尘，该方法简单易行，但抑尘时效短、效果一般，且缺水地区与寒冷地区易由于洒水成本大或冬季路面结冰而受到限制。通过路面硬化、路面清扫和车辆遮盖与轮胎清洗可有效减少路面粉尘负荷，从而减少运输作业的粉尘产生量。

化学抑尘剂被认为是解决开放性尘源扬尘污染的最佳方法[13]，近年来在道路抑尘方面的应用广泛。化学抑尘剂与粉尘作用机理包括黏结、润湿和凝聚作用。抑尘剂可分为凝聚型抑尘剂、润湿型抑尘剂、黏结型抑尘剂和复合型抑尘剂等[14]。其中，复合型抑尘剂将吸湿、保水、黏结、凝并等功能结合为一体，抑尘效果优越，是露天矿路面抑尘剂的发展趋势[15]。胡树军等以氯化钙作吸湿剂、甲基纤维素盐作凝并剂、十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，研制出的复合型路面抑尘剂吸湿性、抗风吹效果良好，具有良好的抑尘性能[16]。肖红霞等以丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸甲酯制成复合型抑尘剂，可在道路尘面形成大分子量的黏性油膜层，具有良好的吸水保水能力，抑尘效果好、成本低[17]。

2.5物料堆场粉尘防治措施

露天矿物料堆场的防尘措施主要有：表面覆盖、喷洒抑尘剂和设置防风抑尘网。

表面覆盖是通过在起尘点表面遮盖一定面积的覆盖物，从而降低风速、遮挡尘源和减少扬尘。表面遮盖的方法投资小、操作灵活简单，适用于堆土场、废石场等易扬尘现场覆盖，但该方法常因覆盖物老化需定期更换，并且大风等气象条件会影响此法抑尘效果。常用的遮盖物有高密度聚乙烯密闭式防尘网、聚丙烯盖土网、聚酯密目网等。根据北京某环保科技公司实测数据，表面覆盖对PM10的抑尘效果约30%，对PM2.5的抑尘效果仅为10%～15%。

用于物料堆场抑尘的抑尘剂主要是黏结型抑尘剂和复合型抑尘剂。黏结型抑尘剂与物料间以黏结力、聚合力结合，在化学键与物理吸附作用下，于物料表面形成黏结性硬壳，防止粉尘飘散[18]。复合型抑尘剂将吸湿、保水、黏结、凝并等功能结合为一体，抑尘效果更佳。

工程上常采用设置防风抑尘网的方式进行堆场的粉尘防治。赵宏鑫等通过风洞实验研究表明，采用防风抑尘网后澳洲、巴西和印度铁矿粉尘抑尘率介于53.76%～56.07%之间[19]。张剑等对露天矿石码头防风抑尘网的应用进行了方案比较，结果表明，单设防风抑尘网的抑尘效率可达80%，若结合洒水抑尘、设置绿化带等措施，抑尘效率可达90%以上[20]。王欣荣等对储煤场设置四周型抑尘网，辅以洒水降尘技术，抑尘率可达88.5%以上[21]。endprint

2.6水冶粉尘防治措施

水冶厂破碎车间、筛分车间除尘措施主要是采用袋式除尘器或湿式除尘器。袋式除尘器除尘效率较高，可达99%～99.9%。中核北方铀业460矿床铀钼综合矿冶项目水冶厂粗、中细碎车间与筛分车间选用机械振动式布袋除尘器；中核浙江衢州铀业水冶厂破碎车间选用脉冲袋式除尘器；青龙铀业水冶厂破碎拌矿厂房设机械回转反吹扁袋除尘器；除尘效率均大于99%。

3.结语

铀矿露天开采属开放式作业环境，露天开采与水冶产尘环节众多，粉尘污染严重，防治难度较大。粉尘污染控制措施多样，各类措施在实际生产中均有许多成功的应用案例。抑尘效果的好坏，不仅与防治措施的合理选择有关，还与防尘设施的良好维护和防尘制度的建立与有效执行有关。因此，铀矿露天开采与水冶过程的粉尘防治需采取高效先进的综合性防尘措施，辅以强有效地管理措施，以實现高效、长久的运行效果。

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