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铀矿石堆浸尾渣的充填处置的研究 张晓文 周耀辉 南华大学建筑工程与资源环境学院, 湖南 衡阳 421001 李丛奎 核工业北京化工冶金研究院, 北京 101149 刘耀驰 唐 泉 南华大学建筑工程与资源环境学院, 湖南 衡阳 421001 摘要 在此描述了铀矿石堆浸尾渣的充填处置的工艺和结果。 在水力充填过程中加入渣量的 1的石灰-充填滤水碱 性循环工艺, 可使它们均匀混合, 以中和渣中的余酸, 满足充填要求, 减少铀矿石堆浸尾渣对环境造成的影响。 关键词 中和 尾渣 充填 1 前言 随着堆浸技术在铀矿山的推广应用 ,将会有许多 浸渣要处理。传统的方法是构筑尾矿坝 ,但许多矿山 企业将堆浸尾渣放置地表, 而未做到彻底治理 ; 有的 矿山没有建坝条件, 所以浸渣的处置就是一个很实际 的问题。如果能利用浸渣回填在井下采场,不仅可以 减少用废石充填的开支, 还可以节省堆放场地 ,减少 尾渣对周围环境的污染。然而 , 经过长时间的浸出 后,浸渣中的酸一般与溶浸剂相平衡, 直接渗出物的 pH 在 1. 0 ～ 2. 0 之间, 如不经过处理直接充入井下, 流出的酸性污水势必会对井下的管道设备造成腐蚀 等一系列问题。衢州铀矿已建成一座较为完整的粗 粒级料的水砂充填系统 [ 1] 。本试验就是通过模拟水 砂充填过程,验证铀矿石堆浸尾渣的充填处置的可行 性,并选择合适的工艺,使充填后流出液的 pH 值为 7 左右 ; 铀浓度≤5 mg L 。 2 堆浸尾渣的物理化学性质 试验用的尾渣取自某铀矿地表堆浸浸渣 ,这些浸 后尾渣具有一定的放射性 , γ 辐射水平为 38～ 55 10 -8 Gy h, 氡析出率为 0. 81～ 6. 75Bq m 2s, 其放射 性活度超过了国内 0. 74 Bq m 2s 的限度 。试验测定 含水 率 为 6. 0 ～ 8. 6, 尾 渣 的 堆 积 密 度 为 1. 56 t m 3 , 矿石所属的矿床属中生代火山岩低温热液 类型的铀矿矿床,是特征性矿物含量低的高硅酸盐类 矿石,矿石呈棕红色,致密、 坚硬、 性脆、 硅化较强 ,矿石 具富硅偏矿铝过饱和特征 ,原矿的坚固性系数 f ≥ 10～ 12,且不含遇水易膨胀的脉石及矿物质,因此用其浸渣 作为充填料应能满足形成密实充填体的要求。矿石浸 出尾渣的全样分析结果见表1,粒级组成见表2。 表 1 尾渣化学分析结果 分析项目U SiO2Fe2O3 FeO Al2O3 CaOMgO 含量0. 0275. 752. 390. 5410. 961. 031 4 充填 管道直径 已建有 100 mm 的充填管道 的颗粒, 因此 表 2 尾渣粒度筛析结果 项目 粒度 mm 20- 20～ 15-15～ 12-12～ 10-10～ 8-8～ 4- 4～ 3-3～ 1- 1 百分率13. 077. 907. 0812. 538. 1222. 176. 9211. 8610. 35 累计13. 0720. 9728. 0540. 5848. 7070. 8777. 7989. 65100. 00 无需增加机械筛分和二次破碎设备 ,可以节省大量的 破碎费用 。 3 试验内容 3. 1 试验条件与方法 试验流程如附图所示 。该矿曾利用 PVC 柱, 采 用均匀拌石灰的办法中和矿渣 , 然后用清水检测, 经 过5 个月后, 证明采用拌比 100∶ 1, 中和效果理想 。在 本次试验中我们仍采用NaOH、 CaO 、 Na2CO3在烧杯中 浸泡中和, 其结果表明该参数是合理的 , 必须指出的 是针对不同的熟石灰 , 必须根据其中 Ca OH2的有 51 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 效含量来确定其加入量。试验中按 V水∶ V砂 3∶ 1 的 比例充填, 石灰的加入量为渣重的 1, 根据此条件 模拟充填的动力学过程, 将尾渣、 水 、 石灰混合充入模 拟采场中。每天充填 1 次, 流出液计量后循环使用, 不足部分加入清水。充填分 13 次充完, 充填尾渣总 量500 kg, 循环水总量616 L。每充填1 次测量1 次集 液的 pH 及铀金属质量浓度, 结果如表 3。充填完毕 后间隔用清水检测, 其结果见表4 。 堆浸尾渣 加 1 CaOH2 补加水pH7 拌和 滤水 采场充填体 附图堆浸尾渣的充填处置流程图 水力充填 液固体积比 3∶1 3. 2 试验结果与讨论 1 浸渣中的余酸基本上与浸出剂的酸度相平 表 3 模拟采场充填试验结果 试验天数 d 充填渣量 kg 充填液量 L 滤水量 L 滤水 pH 值 ρ U mgL- 1 132. 0045. 0038. 9012. 542. 4 532. 0045. 0039. 0512. 301. 7 632. 0045. 0039. 3012. 050. 7 732. 0045. 0041. 4111. 950. 6 840. 0057. 0053. 9011. 951. 0 940. 0057. 0054. 8012. 200. 7 1040. 0057. 0054. 5012. 200. 7 1240. 0057. 0054. 8012. 560. 7 1340. 0057. 0054. 4011. 910. 7 1440. 0057. 0054. 2012. 301. 1 1540. 0057. 0058. 6012. 460. 8 1652. 0074. 0072. 6012. 400. 8 2640. 0057. 00-12. 405. 6 衡,余酸的浸出是通过内扩散现象扩散到表面, 进入 溶液介质中与石灰进行中和, 其反应如下 H2SO4 Ca OH2 CaSO4↑ 2H2O Fe2 SO43 3Ca OH23CaSO4↑ 2Fe OH3↑ 表 4 清水淋洗结果 项 目 试验天数 d 334043454954616575859397 洗水量 L7. 388. 004. 004. 004. 004. 004. 004. 004. 004. 004. 004. 00 集液量 L4. 255. 501. 452. 001. 351. 150. 701. 900. 600. 800. 801. 80 滤水 pH9. 308. 128. 248. 068. 128. 247. 907. 868. 048. 287. 807. 60 滤水含铀 mgL - 1 1. 10. 81. 00. 71. 90. 90. 75. 01. 51. 20. 8 Al2 SO4 33Ca OH2 3CaSO4↑2Al OH3↑ MnSO4 Ca OH2 CaSO4↑ Mn OH2 CdSO4 Ca OH 2CaSO4↑ Cd OH2 Ca OH2 CO2 CaCO3↑ H2O 2 用石灰中和, 同时具有除去 Ra 2 、 U 的作用, 其作用原理是吸附共沉淀, 具体地说 有的是离子晶 体上的吸附 ,如 CaSO4沉淀吸附镭; 有的是在无定形 沉淀上的吸附, 如 Fe OH3对镭的吸附; 有的是在氢 氧化物沉淀表面上形成难溶性氢氧化物或难溶性的 盐,如 Fe OH 3对 Na2U2O7的吸附 ; 有的是由于放射 性元素自身形成胶体 ,并在常量组分的氢氧化物聚沉 时一起被载带下来 。在试验中所采用的石灰中加入 一定量的 CaCl2,CaCl2具有快凝使用 , 促使了 CaCO3 薄层的形成, 且 CaCl2与石灰对铀有仿似 BaCl2对镭 有共沉淀作用, 降低了滤水中的铀浓度。 3 从表 3、 表4 可见,充填过程中能较好地使石灰 与浸渣混合均匀,从而增强中和效果, 充填体滤水 pH 值始终维持在中性碱性范围,测点 922mg L ,最 终流出液的 pH 值在 7 左右, 铀浓度 ≤ 5 mg L。 充填后 的流出泥水循环使用减少了排放水的量。 4 在充填过程中,可以清楚地看到充填体滤水速 度很快。一次充填中,滤水时间仅 3～ 5 min。完全满 足4 h 渗出采场水的要求。模拟浇筑的浸渣充填体密 实、 坚硬,几乎看不出沉淀和收缩,是良好的充填体。 5 充填用水多次循环使用, 由于 Ca OH 2的作 用,水质呈乳白色状混浊 ,稍等片刻 ,可见澄清 。因此 井下实际应用中 , 应设置沉淀池。当完成采场充填 后,采场充填体滤水经澄清 ,可与井下矿坑水一并处 理排放。 52 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 6 在充填处理前 , 取矿渣渗出液分析其主要化 学组成,处理后 ,取充填体滤水清液进行分析 ,二者的 结果见表 5。从表中的结果可以看出 ,充填体滤水各 有害元素的含量较处理前大大降低 ,大部分指标达到 国家污水排放标准。 表 5 处理前后矿渣渗出液分析结果表 项 目U∑FeCaAsZnRaMnCup H 处理前 mgL- 11057308019. 915. 0281626 . 91. 5 处理后 mgL- 11. 514280 0. 05 6. 0 10. 43 1. 162. 07. 6 注 Ra 浓度单位Bq L 4 结论及建议 1 用石灰中和尾渣其关键是如何结合卸堆及充 填过程使尾渣与石灰充分混合 。 2 铀矿石堆浸尾渣拌和1石灰钙,按 3∶ 1 水砂 体积充填井下, 充填体滤水碱性循环工艺 ,是处理酸 性堆浸尾渣的好办法之一 。 3 堆浸尾渣的充填处置试验为该矿的浸渣用于 井下采场的水力充填提供了依据和有关的工艺参数。 参考文献 1 王井敏. 堆浸尾渣的中和处理. 铀矿冶, 1993. 2 124～ 125. 作者通讯处 张晓文 421001 湖南衡阳市常胜西路 南华大学建 资学院 2003- 06-05 收稿 煤矸石活化制作吸附材料的初步研究 李尉卿 河南省环境保护研究所, 郑州 450004 崔淑敏 河南大学化学化工学院, 开封 475000 摘要 叙述了几种煤矸石和石煤的物理化学性质、岩性、矿物组成; 讨论了该材料的物理和化学吸附机理, 研究了煤矸 石活化的焙烧温度、活化剂及制造条件; 并讨论了活化矸石对污水中 COD 和金属离子吸附性能的影响因素, 为煤矸石 的深度加工和利用开辟了一条新途径。 关键词 煤矸石 活化 吸附材料 1 前言 据统 计, 我国 目前 煤矸 石堆 存量 已经 超过 38 亿 t ,预计每年还将有 1 亿 t 的矸石排放, 对大气、 水及生态环境造成污染 。作者在开发研制粉煤灰漂 珠吸附材料 [ 1] [ 2] 的基础上利用粘土质煤矸石的高硅、 高铝和含碳的矿物特性研制开发了煤矸石吸附材料。 2 试验 2. 1 试验材料 本研究分别选用的试验材料及其物理化学性能 见表 1 和表 2。由表1 和表2 可以看出煤矸石和粉煤 灰中的SiO2、 Al2O3和烧失量 3 项指标的总计量高达 85以上 ,大峪沟的煤矸石和栾川煤矿的石煤的烧失 量都占总含量的 30以上 , 这对研制新型吸附材料 非常有利 。 2. 2 煤矸石活化原理及制作工艺 2. 2. 1 煤矸石活化原理 大量研究证实, 粘土类煤矸石中含有大量的硅酸 表 1 煤矸石及粉煤灰的物理性质 项目色泽 细度 μ m 岩性类别密度 gcm-3 比表面积 m2g- 1 平顶山煤矸石黑色37粘土岩 k 3. 91 . 5～ 1. 81 578 大峪沟煤矸石黑色37粘土岩 k 2. 11 . 3～ 1. 61 085 栾川石煤黑色45粘土岩 k 5. 11 . 2～ 1. 59 963 表 2 煤矸石及粉煤灰的化学成分含量 材料名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2OSO3烧失量 平顶山矸石 47 . 89 20. 884 . 521. 530. 141. 200. 4017. 40 大峪沟矸石 30 . 61 24. 334 . 399. 390. 080. 902. 2830. 69 栾川石煤45 . 86 23. 372 . 734. 670. 431. 432. 00 盐和硅铝酸盐, 一般以高岭石的形式存在 ,它们在高 温焙烧 550～ 850 ℃ 过程中发生强烈的吸热反应和 脱水作用, 并释放出一定的活性, 表面和内在的空隙 率大大提高 ,且容易被酸和碱溶解。含碳量高的煤矸 石经焙烧后发生体积膨胀 ,其表面和内部形成大量的 微孔, 表面呈蜂窝状结构 ,这些曝露于表面的空穴对 53 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 THE DESIGN AND APPLICATION OF SYSTEM FOR ABSORBING FLUORIDE UNDER THE CONDITION OF SILICOFLUORIC ACID RECYCLINGXu Ning et al 39 Abstract The combination of absorption room and turbulent ball tower is applied in the process of producing single superphosphate in recycling silicofluoric acid with the consistency of H2SiF6at 16～ 20 to meet the exhaust standard. Keywords recycling of silicofluoric acid, absorption, design and application DESIGNAND APPLICATION OF DEDUSTING SYSTEM FOR MOBILE UNLOADER Fu Haiming et al 41 Abstract Through analysis of the characteristics of an unloader and comparision of different control schemes the design scheme of a dedusting system for the unloader isdetermined, which breaksupthe traditional way of controlling dust by pressure -vacuumgas flow andway of air curtain -ventilation is used for the design of the dedusting system for the unloader. A good dust-control effect is obtained. Keywords unloder, pressure -vacuum gas flow, air -curtain and dedusting system STUDY AND SELECTION OF ASPHALT-REGENERATING AGENTLiu Jun et al 44 Abstract To save energy and protect environment, old asphalts from Shenyang -Dalian Expressway asphalt pavements are extracted and recycled using combined additives. Several regenerative agents are selected using four -component analysis according to the gel theory of asphalt. Their contents are determined and optimized by a mathematical regression model. Test results prove that the combined regenerative agent including recycling agent A and C is satisfactory . All perances of a regenerated asphalt completely meet the technical requirements when the dosage of the regenerative agent is in the range of 7～ 8. Keywords asphalt-regenerating agent, regressionmodel and perance testing ENGINEERING CHARACTERISTICS OF CINDER FROM MUNICIPAL DOMESTIC REFUSE INCINERATORShi Aijuan et al 47 Abstract Engineering characteristics of the cinder from Shanghai Pudong New Area MSWI Plant are studied. Particle size distribution, organic content, water content, density, water absorption and soundness are tested for both bottom cinder and siftings through standard test sieves separately. It is concluded that the bottom cinder has even particle size distribution, complex constitutents, high strength, good soundness, higher water content, higher water absorption and lower density as compared with natural aggregates. Engineering characteristics of the siftings are better than that of the original cinder. It is also discussed that the cinder has a good technical feasibility of being used as aggregate of road base, and sifting through 26. 5 mm standard test sieve is the most suitable pretreatment step correspondingly. Keywords municipal domestic refuse, cinder from incinerator, engineering characteristics, sieving and aggregate STUDY ON FILLING TREATMENT OF HEAP LEACHING TAILINGS OF URANIUM ORE Zhang Xiaowen et al 51 Abstract The process and the resultsof filling treatment of heap leaching tailings of uranium ore are described in thispaper. When hydrated lime with the amount of 1 of the tailings during the filling course is added and the circle processwith percolatedwater is used, it can make them mix evenly, neutralize the remaining acid in the tailings, so as to meet the requirements of filling technology and reduce the influence on environment of heap leaching tailings of uranium ore. Keywords neutralization, tailings and filling ELEMENTARY STUDY ON MAKING ADSORPTIVE MATERIAL BY ACTIVATION OF GANGUE Li Weiqing et al 53 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004