稀土冶炼废渣中铀、钍以及稀土元素浸出规律研究

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随着信息技术的高速发展,社会对稀土元素的需求也急剧上涨,而相关矿产的开发带来了严重的环境问题。冶炼废渣日渐增多以及稀土厂搬迁退役等问题使得废渣的处理处置迫在眉睫。本文对广东省某离子型稀土矿冶炼厂的酸不溶渣、除放射滤渣和最终中和渣进行研究,以期为废渣的存放以及处理处置提供基础数据。通过浸泡实验来模拟浅地表埋藏时雨水对废渣中有害金属浸出的影响,探究其浸出机理。采用扫描电镜能谱(SEM-EDS)、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、X射线荧光(XRF)、湿法消解、欧盟改进BCR连续提取法(BCR改进法)对废渣进行了表征、元素定量分析和元素赋存形态研究。结果如下:(1)根据SEM-EDS分析结果,三种废渣主要重金属元素有Cu、Zn、Y、La、Sm,铀(U)和钍元素(Th)含量过低,能谱未能检出。(2)同一稀土厂产生的冶炼废渣放射性水平差异较大,在处理处置时要注意分类存放、单独处理处置。其中酸不溶渣232Th富集明显,238U略有富集;除放射滤渣中238U、232Th、226Ra均富集明显。酸不溶渣中238U、232Th的比活度为129 Bq·kg-1和5356 Bq·kg-1,分别为广东省平均值的1.8倍和94.0倍;除放射滤渣的238U、226Ra和232Th比活度分别为1718 Bq·kg-1、548 Bq·kg-1和5571 Bq·kg-1,是广东省平均值的24.2倍、10.7倍和97.7倍。废渣中主要稀土元素与SEM-EDS检测结果基本吻合,酸不溶渣和除放射滤渣中主要的稀土元素是Y和La,最终中和渣中主要的稀土元素是Y和Sm。(3)BCR改进法对三种废渣中的重金属元素提取效果差异较大,其中酸不溶渣的提取效果最好,最终中和渣提取效果次之,而除放射滤渣提取效果最差,该法不适合除放射滤渣中重金属的形态分析。酸不溶渣和最终中和渣中铀主要以弱酸提取态和可还原态存在,生物活性较高,环境危害大。酸不溶渣和最终中和渣中Th均以残渣态(占比分别为81%和73%)为主,迁移活性弱,风险系数较低。酸不溶渣中Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu主要以弱酸提取态(47%~55%)和残渣态(25%~42%)存在,迁移活性较高;Y和La以弱酸提取态和可还原态为主,迁移活性较高;Ce主要以残渣态(51%)和可还原态(28%)存在,迁移活性弱,稳定性高;Sm主要以可还原态(68%)存在,迁移活性一般。而最终中和渣中La、Pr、Tb和Dy主要以可氧化态存在,在环境中迁移活性一般。(4)铀浸出量较大,且变化较为复杂,但浸出机理却均以表面溶解为主。而钍的浸出量非常低,说明废渣中钍浸出风险很低。三种废渣中钍的浸出机理各不相同,酸不溶渣、除放射滤渣和最终中和渣的浸出机理分别为扩散转移、表面洗脱和表面溶解。废渣中重金属除Mn、Sm、Y、La外,浸出量均较低,基本在ppb级别。此外,同一废渣中的不同元素浸出机理存在差异,不同废渣的同种元素浸出机理也各不相同。(5)三种废渣的FTIR结果表明浸出前后光谱图没有太大变化,基本骨架没有改变。XRF结果表明浸出前后主要氧化物类型未发生改变,与FTIR结果基本一致。
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