節約資源和保護環境是我國的基本國策。2003年,我國發布了《中華人民放射性污染防治法》,強調對放射性污染的防治實行預防為主、防治結合,嚴格管理、安全第一的方針;生態環境部也頒發了《伴生放射性礦輻射環境保護管理辦法》,強調伴生資源開發和廢物處置要落實放射性污染防治有關要求,鼓勵對有價資源進行綜合回收。這些制度的發布,對促進我國共伴生放射性資源行業高質量發展具有重要意義。
挑戰與機遇,細數鈾多金屬資源現狀
根據國家環保標準(HJ1148-2020),伴生放射性礦是指除鈾(釷)礦以外所有礦產資源開發中單個核素含量超過1Bq/g的礦產。因此,從綜合利用角度來看,當核素(特別是指鈾)品位達到萬分之一以上時,宜進行回收。伴生放射性礦是重要的戰略礦產,當前鈾和伴生資源開發占全世界鈾產量約20%,開發鈾多金屬、鈾非金屬是保障天然鈾的重要途徑。我國鈾多金屬礦資源豐富,已探明143座礦床,主要分布在新疆、內蒙古、湖南、江西等地,品位低、類型多,亟待開發利用。

根據全國第二次放射性污染普查,國內從事伴生放射性礦開發的企業達 464家,固體廢物存量達 2000 多億噸,其中含有較高放射性(超過10Bq/g)的固廢達200萬噸以上。隨著國際貿易規模的擴大,我國進口伴生放射性礦種類和數量增多,每年產生大約4.6萬噸廢渣(鈾含量大于0.1%)。而國內只有9家企業擁有放射性廢物專用處置設施,導致固廢綜合利用率不足10%,放射性污染防治形勢嚴峻,亟需加強管理和處置。當前,高效開發鈾多金屬資源面臨諸多挑戰。一是輻射安全管控難度大,各企業主體能力參差不齊,需要國家和地方政府、企業和社會等多方共同參與和協調。二是資源稟賦較差,普遍存在難選、難冶、難分離的特點,缺乏適用性強、效率高、成本低、環保優的綜合利用技術。三是鈾多金屬礦各組分相互作用機理不清,導致現有技術成熟度不高,且缺少工程化裝備及特種材料。
開拓創新,彰顯中核智慧和擔當
中核鈾業有限責任公司是國家天然鈾專用供應商和生態環境部放射性監管主要依托單位。近些年,為深入落實中核集團黨組關于以鈾為本、綜合發展、國際一流的戰略部署,中核鈾業在做好天然鈾保障的同時,積極拓展多元化發展,建立了天然鈾、綜合礦業、地礦延伸三大產業,其中綜合礦業主要涉及含鈾多金屬資源開發。近10年來,中核鈾業針對鈾多金屬礦難選、難冶、難分離的重大技術難題,從高效選礦富集、強化浸出、選擇性提取等方面開展了深入的理論研究與技術攻關,建立了具有自主知識產權的多金屬梯級高效清潔提取技術和裝備集成體系,授權發明專利30余項,建成了多個產業化項目,實現資源綠色綜合利用。

一是突破了鈾鉬礦高效回收技術。鈾鉬伴生資源較為普遍,國內鈾鉬礦主要集中在新疆、內蒙古、河北、江西、湖南等地。其中,河北沽源包裹型非晶質膠硫鉬礦是最為典型的鈾鉬伴生礦,選冶難度極大。針對這類資源,建立了鈾鉬硫多因素穩定場模型,研發了原礦加壓氧浸技術,使鈾浸出率由 85%提升至 91.3%、鉬浸出率由35%提升至80%以上,在此基礎上通過揭示含鉬有機相反萃取乳化機理,提出并建立了單一萃取劑先鉬后鈾分離方法,成功解決了復雜浸出體系鈾鉬高效分離的技術難題,鈾鉬萃取率達98%以上,在企業成功實現工業化,技術指標大幅提升,年產鉬酸銨達 2400 噸,實現鈾鉬礦高效回收和清潔利用。二是突破了鈾稀土礦清潔利用技術。我國鈾稀土礦包括沉積砂礦(獨居石)、堿性巖型礦等。其中,獨居石礦主要分布于我國廣東、廣西、湖南、海南等南方省份,每年進口量達2.3萬噸(折合精礦),富含鈾、釷,綜合回收面臨固液分離困難、浸出液體系復雜、難萃取等問題;我國堿性巖型礦資源儲量巨大,如巴爾哲特大型鈾稀土礦,稀土儲量約118萬噸,存在鈾品位低,5種礦物共生、嵌布粒度小等問題,采用傳統稀土提取工藝難以綜合回收,屬世界性難題。

針對獨居石礦,在傳統提取稀土工藝的基礎上,提出并建立了先稀土后鈾釷的獨居石綜合回收方法,攻克了礦漿過濾、分離除鐵、萃取三相物等系列難題,在湖南建成的生產線,鈾、釷、稀土總回收率分別達 91.7%、95.1%、92%;此外,為解決傳統獨居石綜合利用工藝流程長、廢水多等問題,創造性建立了先鈾釷后稀土的綜合回收方法,使廢水量較過去降低90%,固液分離工序由過去 9段減少到 5段,正在江西建設的生產線,鈾、釷、稀土設計總回收率分別達94%、96%、95.5%。針對巴爾哲鈾稀土礦,自主研發了“磁—重—浮”聯合選礦工藝,回收了稀土、鈮、鋯三種精礦產品,攻克了 5種金屬一體化梯級分離技術,稀土、鋯、鈹、鈮、鈾分別富集 22、15、23、17、12倍,浸出率分別為 92%、90%、90%、85%、85%,實現資源綜合高效回收。三是攻克了鈾鈹、鈾鉭鈮礦綜合回收技術難題。鈹是重要的戰略資源。新疆白楊河礦是我國最大的鈾鈹伴生礦,鈾品位較低,礦物組成復雜,獨立開采經濟性差。針對該類資源,提出并建立了鈾鈹高效浮選—酸化浸出方法,解決了高氟精礦中鈾鈹分離的技術難題,鈹品位富集20倍以上,浸出率達90%以上,鈾浸出率達95%,制得的鈾、鈹產品滿足國家標準。我國鉭鈮資源總量高達 600萬噸以上,以伴生礦為主。目前,80%以上的鉭來自國外,鈮基本依賴進口。鉭鈮精礦富含鈾、釷,以往企業在生產中沒有綜合利用資源,造成了鈾、釷浪費,尾渣放射性超標。針對該類資源,通過研發的酸、堿兩段浸出工藝,成功解決了鉭鈮渣中鈾、釷提取的技術難題,正在湖南耒陽建設氧化鉭和氧化鋰的工程項目,設計鈾、釷綜合回收率達90%以上,實現鈾鉭鈮資源清潔利用。四是研發了鈾鐵、鈾釩、鈾鋯綜合回收技術。鈾鐵、鈾釩、鈾鋯共伴生也是目前國內含鈾多金屬礦的普遍存在形式。這類礦物通常組成復雜,難選難冶,加工過程產生的含鈾廢渣、廢水易造成放射性環境污染,亟需加強鈾的綜合回收。針對鳳城硼鐵礦,通過特種樹脂吸附解吸技術,實現了鈾的高效提取,建立了廢水深度除鈾鐳方法,實現資源清潔綜合回收,該項技術已在首鋼硼鐵礦應用并穩定運行,大幅提高了礦山安全環保效益。針對陜西白石溝鈾釩礦,突破了濃酸熟化浸出、鈾釩分步萃取、有機相再利用等關鍵技術,解決了高濃度復雜體系鈾釩分離難、釩產品雜質超標等技術問題,鈾、釩浸出率分別達90.5%、74%以上,浸渣放射性達到豁免水平。針對進口鋯英砂廢酸液,研發了鈾、鋯連續多組分萃取分離技術,鈾、鋯萃取回收率達99.9%以上,鋯綜合回收率達91.4%,制取了黃餅產品和鋯初級富集物。在科技攻關的同時,中核鈾業高度重視標準化建設工作,結合伴生放射性礦產開發發展形勢,對標國內國際相關行業,牽頭建立了伴生放射性資源綜合利用及廢物處理處置標準體系,目前已發布5項國家及行業標準,為共伴生資源開發利用和環境保護提供技術指導和管理依據,助推綜合礦業產業高質量發展。
前瞻與展望 擘畫多金屬資源開發前景
擘畫藍圖啟新程,乘勢奮進譜新篇。未來,中核鈾業將以資源綜合利用和輻射影響最小化為目標,積極探索多方參與、共享、共贏的市場化機制,建立優勢互補、開放的“天然鈾專營+市場化+專業化共伴生資源開發”產業鏈發展體系。同時,中核鈾業將加快基礎研究和關鍵技術攻關的步伐,充分發揮天然鈾產業技術創新聯合體“大協同創新”平臺作用,在采礦、選礦、冶金和三廢處理四個方面持續發力,形成一批基礎性、原創性的成果,支撐未來兩年內在沽源、通遼、衡陽、江西等地建成資源綜合回收基地。

建議通過健全立法,明確共伴生鈾資源范疇,將共伴生鈾資源的戰略定位納入國家法律法規,為共伴生鈾資源的綜合回收奠定法律基礎;加快建立共伴生礦輻射安全監管標準體系,明確共伴生物料運輸、管控與處置要求,出臺礦產開發強制回收共伴生鈾資源規定,保障共伴生礦產各行業健康發展;強化管理引導,嚴格控制國內共伴生鈾資源礦產采礦權發放,明確以綜合開發為前置條件,嚴控含鈾礦物進入其它非鈾生產行業。
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