原地浸出采铀工艺中氡分布特征及控制措施研究

2021-03-01王晓卿刘瑞兰李建辉双红莹

铀矿冶 2021年1期

王晓卿，刘瑞兰，李建辉，双红莹，曹翼

(生态环境部华北核与辐射安全监督站，北京 100082)

原地浸出采铀工艺(以下简称地浸采铀)是一种在天然埋藏条件下，通过浸出剂与矿物的化学反应选择性地溶解矿石中的铀，而不使矿石产生位移的集采、冶于一体的新型铀矿开采工艺[1]。地浸采铀与传统铀矿山开采方法相比，不需要开凿巷道或揭开覆盖层进行采矿和运输矿石，基本不破坏地容地貌和地表景观，全流程在地表自动化作业和控制，具有很高的环境友好性[2]，是一种安全、绿色、环保的铀矿冶新工艺。

中国从20世纪70年代开始探索地浸采铀技术，在80年代掌握了地浸采铀工业化生产技术[3-4]。通过多年的试验研究，地浸采铀已成为中国铀矿冶的重要方法。另外，中国铀矿冶进行产业结构调整改革，关停大量传统铀矿山；目前铀矿冶三大天然铀生产基地均为地浸采铀，地浸采铀工艺已经占据中国铀矿冶的主导地位。

1 地浸采铀氡的来源

地浸采铀矿山主要分为井场和水治厂两大部分。水冶厂的吸附尾液经过调配后作为浸出剂，输送至井场各采区集控室，随后注入地下含矿含水层进行浸出。各抽液孔的浸出液经潜水泵提升至井口，通过抽液支管输送至集控室，汇集后输送至集液池，然后输送至水冶厂。在水冶厂，浸出液经过吸附、淋洗、沉淀、压滤，最终得到铀产品。地浸采铀工艺流程如图1所示。

图1 地浸采铀工艺流程示意图

地浸采铀矿山中氡是主要的气态放射性污染物[5]。矿层中由镭衰变产生的氡溶解到浸出液中，并与浸出液一起抽出到地面。由于地表压力降低，氡在浸出液中的溶解度减小，氡会从溶液与空气的接触部位释放到空气中。空气中氡及其子体产生一定的外照射，同时也可能被周围人员吸入而产生内照射，进而导致产生放射性危害。

2 氡浓度分布调查

为了研究地浸铀矿厂区内空气中氡的分布情况，寻找氡浓度分布规律，进而提出有效的控氡措施，为铀矿冶辐射安全监管工作提供科学依据，2018年9—10月，课题组选取3座(TL铀矿、NG铀矿和BL铀矿)控氡措施不同的铀矿山，对其厂区内集液池、蒸发池、集控室、水冶厂房等重点设施周围空气中的氡浓度进行了布点监测。

使用AlphaGUARD PQ2000 PRO型测氡仪，采用脉冲电离室法、主动式采样方法进行测量。测量10～20 min出具1个数值，在每个监测点位测量3～5个数值进行区间计数。空气中氡浓度受天气条件、通风条件等因素的影响较大，因此选取微风天气以及厂房通风条件正常的情况进行测量，测量结果见表1～3。根据测量结果绘制氡浓度分布图，如图2～4所示。

表1 TL铀矿空气中氡活度浓度测量结果

表1(续)

表2 NG铀矿空气中氡活度浓度测量结果

表3 BL铀矿空气中氡活度浓度测量结果

图2 TL铀矿空气中氡活度浓度分布示意图

图3 NG铀矿空气中氡活度浓度分布示意图

图4 BL铀矿空气中氡活度浓度分布示意图

从以上监测结果可看出，几个主要氡析出场所中，集液池氡活度浓度最高，水冶厂车间内部空气中氡活度浓度普遍比外环境高，蒸发池附近氡活度浓度较低。

为了预防和控制空气氡污染，实践中可以采取密闭、隔离与通风等措施[6]，包括：集液池在封闭的车间内运行，浸出液处理车间与过滤、反渗透工艺隔离等[7]。

由于3座地浸铀矿建造时期的技术水平不同，TL铀矿的集液池密闭程度较低[8]，受浸出液析出氡的影响，集液池下风向空气中氡活度浓度最高，最大值在一期集液池下风向5 m处，达到了772 Bq/m3，已达到《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB 18871—2002)附录H中规定的“宜考虑采取补救行动的水平(500 Bq/m3)”。

NG铀矿采用全闭路循环系统，没有传统意义上的集液池，采用密闭的集液罐，浸出液在封闭系统内流动，通过集液主管经袋式过滤器直接进入吸附塔，再经吸附塔后从注液主管直接回到注液孔内[9]，析出的氡难以向外环境扩散，各个监测点位氡活度浓度水平均较低。但在查看工作人员年个人剂量时发现，水冶厂巡查、分析人员的年个人剂量值(3.9 mSv/a)虽然低于管理限值，但是已明显超过其他岗位人员的年个人剂量值(<2.9 mSv/a)。

BL铀矿也采用全闭路循环系统[10]，通风情况良好，各个监测点位氡活度浓度水平较低，氡活度浓度最高点在集液池厂房下风向5 m处，为154 Bq/m3，远低于《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB 18871—2002)附录H中规定的“宜考虑采取补救行动的水平(500 Bq/m3)”。由于各车间自动化程度比较高，巡查、检修工作量相对较小，工作人员年个人剂量值也处于较低水平。

3 密闭改造对氡活度浓度的影响

针对2018年9月集液池氡活度浓度测量结果较高的情况，TL铀矿对密闭程度较低的集液池棚进行改造处理，增加密闭性，以便减少集液池内浸出液析出的氡向外界释放。改造完成后，2019年3月，课题组监测人员在一期、二期集液池周边进行氡活度浓度监测，此次采用的测量方法和测量仪器与在进行氡浓度调查时一致。监测时选取微风天气，在下风向由远至近依次测量，测量结果见表4。

表4 TL铀矿集液池第一次密闭改造后氡活度浓度测量结果

监测结果发现，在一期集液池下风向(西北侧)5 m处的氡活度浓度达到了1 480 Bq/m3，高于处理前水平。为了查找原因，课题组监测人员在现场进行仔细检查，发现集液池棚墙体有缝隙。通过仪器再次检测发现，集液池棚内部空气中的氡通过该缝隙向外环境释放，集液池棚的处理没有达到预期密闭效果。

为此，再次对TL铀矿集液池棚进行改造处理，填补缝隙，强化密闭效果。改造完成后，2019年9月，课题组监测人员再次进行氡活度浓度测量，测量结果见表5。

表5 TL铀矿集液池第二次密闭改造后氡活度浓度测量结果

从表5可看出，TL铀矿第二次密闭化处理后，下风向空气中氡活度浓度仍然没有降低，在一期集液池下风向5 m处达到了2 240 Bq/m3。经现场检查，集液池棚墙体无明显缝隙；但在浸出液输送管道与墙体连接位置附近发现存在缝隙，氡通过该缝隙向外环境释放。

在集液池内，浸出液内部的氡向空气中析出，氡在棚内大量富集，浓度达到极高的水平。集液池密闭程度与空气中氡活度浓度呈负相关，简单的棚化、填补缝隙难以达到理想的完全密闭状态，氡从缝隙向外环境释放，造成一定区域内空气中氡浓度异常升高。

由于氡是气体，容易扩散，随着与集液池距离的增加，氡浓度值迅速降低。在集液池现有密封程度下，几次监测结果中集液池下风向15 m处，氡活度浓度测量结果均低于500 Bq/m3。

4 隔离和通风改造对氡活度浓度的影响

针对NG铀矿巡查、分析人员的年个人剂量值明显高于其他工作人员的情况，2018年10月，课题组开展了现场调查。调查发现，虽然NG铀矿采用全闭路循环系统，集液池为密闭罐结构；但集液池所在的水处理间与水冶厂分析室之间只隔一堵墙，为了观察方便，这堵墙上设置了一面可推拉的窗，集液池释放的氡进入分析室。夜间，为了保暖，工作人员把平时打开的通风门关闭，造成通风下降，巡查、分析人员受到氡辐射影响，造成个人剂量值增加。课题组监测人员在早上通风前后开展氡活度浓度对比监测，结果相差很大，验证了调查结论。测量结果见表6。