Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xử lý chất thải phóng xạ của quá trình thuỷ luyện quặng uran

BỘ KHAO HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN CÔNG NGHỆ XẠ HIẾM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
XỬ LÝ CHẤT THẢI PHÓNG XẠ CỦA QUÁ TRÌNH
THUỶ LUYỆN QUẶNG URAN
Chủ nhiệm đề tài: VŨ HƯNG TRIỆU

7303
20/4/2009
HÀ NỘI - 2009


những ngời thực hiện đề tài

1. Vũ Hng Triệu

KSC

Trung tâm xử lý chất thải
phóng xạ và môi trờng

2. Nguyễn Đức Thành

CN, NCV

nt

3. Vũ Thanh Quang

TS, NCVC

nt

4. Trịnh Giáng Hơng

CN, NCV

nt

5. Trần văn Hoà

KSC

nt

6. Ngô Văn Tuyến

KS, NCV

nt

7. Hoàng Minh Châu

ThS, NCV

nt

8. Nguyễn Hoàng Lân

CN, NCV

nt

9. Lê Xuân Hữu

CN, NCV

nt

10. Vơng Hữu Anh

CĐ, KTV

1

nt


Mục lục
Thứ tự

I.
II.
II.1
II.1.1
II.1.2
II.1.3.
II.1.4.

II.1.5.
II.1.6.
II.2.
II.3.

III
III.1.
III.2.
III.3
IV.
V.
V.1.
V.1.1.
V.1.2.

Đề mục
Những ngời thực hiện đề tài
Mục lục
Những từ viết tắt và ký hiệu
Tóm tắt
Abstract
Mở đầu
Phần tổng quan
Công nghệ xử lý quặng để thu hồi uran kỹ thuật
Các phơng pháp xử lý chất thải phóng xạ trong quá trình khai
thác, xử lý quặng urani
Các phơng pháp chung
Định nghĩa chất thải phóng xạ
Phân loại chất thải phóng xạ
Các phơng pháp xử lý và quản lý chất thải phóng xạ

Xử lý khí thải phóng xạ
Xử lý chất thải rắn phóng xạ
Hệ thống xử lý thải lỏng phóng xạ
Lu giữ và chôn cất các chất thải phóng xạ
Phơng pháp xử lý chất thải rắn và lỏng từ quá trình khai thác
và chế biến quặng uran
Phần thực nghiệm
Đặt vấn đề của đề tài
Nhận xét chung về chất thải của quá trình thuỷ luyện quặng
uran
Mục tiêu của đề tài
Nội dung nghiên cứu
Xác định đặc tính nguồn chất thải từ quá trình thuỷ luyện bằng
phơng pháp hoà tách đống
Khảo sát thử nghiệm công nghệ, xây dựng quy trình xử lý nớc
thải phóng xạ từ quá trình thuỷ luyện quặng uran bằng phơng
pháp kết tủa.
Nghiên cứu tách Ra từ nớc thải của quá trình thu hồi uran
Tách Ra bằng phơng pháp kết tủa cộng kết với BaCl2
Tách Ra bằng phơng pháp sử dụng Mn(OH)2

2

Trang
01
02
04
05
06
07

09
12
12

13
14
15
18
19
22

25
25
25
25
26
27

27
27
34


VI.
VI.1.
VI.2.
VII.
VII.1.
VII.2.
VII.3.

VIII.
VIII.1.
VIII.2.
VIII.3.
VIII.4.
IX.
IX.1.
IX.2.
IX.3.

Nghiên cứu quy trình tách thori ra khỏi nớc thải phóng xạ từ
quá trình thu hồi uran
Nghiên cứu quy trình tách thori từ nớc thải phóng xạ bằng
phơng pháp trao đổi ion.
Nghiên cứu quy trình tách thori từ nớc thải phóng xạ bằng
phơng pháp kết tủa cộng kết Na2S.
Nghiên cứu quá trình ổn định hoá chất thải rắn sau khi hoà tách
quặng để thu hồi uran.
Nghiên cứu ổn định hoá bã thải từ quá trình hoà tách thấm
quặng uran
Nghiên cứu ổn định hoá bã thải từ quá trình hoà tách bằng
phơng pháp trộn ủ và rửa.
Kết quả và thảo luận
Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xử lý bã thải rắn
(bùn lắng gạn) sau kết tủa chứa rađi.
Nghiên cứu tỷ lệ bã thải với xi măng trong quá trình xi măng
hoá
Nghiên cứu tỷ lệ cát vàng đa vào trong quá trình xi măng hoá
Nghiên cứu ảnh hởng sự phát tán các đồng vị phóng xạ trong
nớc của khối bã thải chứa rađi đã xi măng hoá

Quy trình công nghệ xi măng hoá bã thải chứa kết tủa rađi
Nghiên cứu thiết kế thiết bị xử lý nớc thải phóng xạ
Nghiên cứu thiết kế thiết bị kết tủa RaSO4
Nghiên cứu thiết kế thiết bị trao đổi iôn
Các bản vẽ thiết kế của thiết bị kết tủa và thiết bị trao đổi ion
- Bản vẽ thiết kế thiết bị kết tủa (Xem phần phụ lục)
- Bản vẽ thiết kế thiết bị trao đổi ion (Xem phần phụ lục)

36

Kết luận
Tài liệu tham khảo
phụ lục
- Bản vẽ thiết kế thiết bị kết tủa
- Bản vẽ thiết kế thiết bị trao đổi ion
- Báo cáo tổng kết kinh phí
- Phiếu đăng ký đề tài NCKHCN cấp Bộ năm 2006-2007
- Phiếu báo kết quả phân tích các mẫu

64
66
67

3

36
41
43
43
48

51
52
52
53
54
54
56
56
62
63


các từ viết tắt, ký hiệu
dùng trong báo cáo
Ký hiệu, từ viết tắt
EW

Giải nghĩa
Chất thải mức miễn trừ

LILW

Chất thải có hoạt độ mức thấp và trung bình

HLW

Chất thải có hoạt độ mức cao

ICRP

Uỷ ban an toàn phóng xạ quốc tế

IAEA

Cơ quan năng lợng nguyên tử quốc tế

ALARA

Thấp đến mức có thể đạt đợc một cách hợp lý

KBq,Bq

Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ

KBq/kg, Bq/l
mSv/h, àSv/h
pH

Nồng độ phóng xạ
Đơn vị đo suất liều tơng đơng
Chỉ số axit

4


tóm tắt
Trong quá trình nghiên cứu thuỷ luyện quặng uran chắc chắn sinh ra một
lợng chất thải phóng xạ dạng rắn và dạng lỏng cần đợc xử lý đảm bảo an toàn
môi trờng. Chất thải phóng xạ này chủ yếu thuộc loại mức độ phóng xạ thấp. Đề
tài tiến hành nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ thích hợp xử lý chất thải

phóng xạ dạng rắn và lỏng có chứa uran, thori, rađi và một số kim loại nặng
trong quá trình thuỷ luyện quặng uran. Đề xuất phơng pháp quản lý bã thải
phóng xạ và bảo quản cất giữ an toàn.
Trên cơ sở lý thuyết và các tài liệu đã đợc công bố về quản lý chất thải
phóng xạ của Cơ quan năng lợng nguyên tử quốc tế và trong nớc đồng thời trên
cơ sở kết quả thực nghiệm đã xây dựng đợc các quy trình công nghệ xử lý chất
thải phóng xạ của quá trình thuỷ luyện quặng uran nh sau:
- Quy trình công nghệ tách rađi từ nớc thải phóng xạ;
- Quy trình công nghệ tách thori từ nớc thải phóng xạ;
- Quy trình công nghệ xi măng hoá bã thải phóng xạ chứa Ra;
- Quy trình công nghệ ổn định hoá chất thải rắn (bã thải) của quá trình
thuỷ luyện quặng uran.
Đề tài đã thiết kế và chế tạo đợc thiết bị kết tủa và thiết bị trao đổi ion
phù hợp bổ sung cho xởng xử lý chất thải phóng xạ của Viện.

5


Abstract
The hydrometalurgical technology of uranium ores has generated low level
solid and liquid radioactive wastes which required of treatment before
discharged into environment. This wastes contain mainly low level radioactive
wastes. The objective of present studies is to research and setting-up a suitable
technology for treatment of radioactive wastes contained uranium, thorium,
radium and some heavy metals from the hydrometalurgical technology of
uranium ores. Proposals on method of safety management and storage of
radioactive wastes.
Based on theory, pulished documents on radioactive management of IAEA,
Viet nam and experimental results obtained, the technology for treatment of
radioactive wastes from the hydrometalurgical technology of uranium ores was

set-up on that is as follows:
- The flow-sheet of technology for separation of radium from liquid
radioactive wastes;
- The flow-sheet of technology for separation of thorium from liquid
radioactive wastes;
- The flow-sheet of technology for cementation of radioactive wastes
contained radium;
- The flow-sheet of technology for immobilization of solid radioactive
wastes from the hydrometalurgical process of uranium ores.
Beside, precipitate and ion exchange equipments that were made to
supplemental for radioactive wastes treatment factory of IREE is also the
result of this studies.

6


Mở đầu
Chất thải phóng xạ sinh ra trong quá trình xử lý chế biến quặng có chứa
phóng xạ và các hoạt động khác của những cơ sở có ứng dụng năng lợng, kỹ
thuật hạt nhân . Các chất phóng xạ tác động xấu tới môi trờng và sức khoẻ con
ngời. Bảo vệ môi trờng tránh khỏi các chất thải phóng xạ đang là một trong
những vấn đề rất đợc sự quan tâm của cộng đồng trên quy mô toàn thế giới. ở
Việt nam, chính phủ ta cũng rất quan tâm đến vấn đề quản lý, xử lý, cất giữ các
chất thải phóng xạ. Nhà nớc đã ban hành pháp lệnh quản lý chất thải phóng xạ.
Vấn đề xử lý chất thải phóng xạ đã đợc Viện năng lợng nguyên tử Việt
nam quan tâm từ lâu nhất là liên quan đến hoạt động của lò phản ứng hạt nhân
Đà lạt. Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã có khu xử lý và cất giữ chất thải
phóng xạ sinh ra trong quá trình hoạt động lò phản ứng. Viện Công nghệ xạ hiếm
đã tiến hành nghiên cứu thăm dò một số phơng pháp nhằm xử lý một vài loại
chất thải sinh ra từ các hoạt động của chu trình nhiên liệu hạt nhân ở Viện.

Từ trớc tới nay các cơ sở nghiên cứu công nghệ chế biến quặng phóng xạ
và quặng nguyên tố hiếm đều sinh ra chất thải phóng xạ dạng lỏng và dạng rắn.
Chúng ta mới chỉ quan tâm tới việc thu gom cất giữ tạm thời trong các bể xi
măng, cha xây dựng đợc các quy trình công nghệ xử lý chất thải phóng xạ áp
dụng cho các cơ sở nghiên cứu và sản xuất công nghiệp. Hiện tại Viện Công
nghệ xạ hiếm có nhiệm vụ nghiên cứu chế biến quặng uran bằng phơng pháp
hoà tách thấm. Trong quá trình nghiên cứu chế biến quặng để thu hồi uran chắc
chắn sinh ra một lợng bã thải phóng xạ dạng rắn và dạng lỏng cần đợc xử lý
đảm bảo an toàn môi trờng.
Hiện tại Viện Công nghệ xạ hiếm đã xây dựng một khu vực riêng để thực
hiện công nghệ xử lý chất thải phóng xạ và kho cất giữ tạm thời. Để đảm bảo an
toàn phóng xạ cho khu vực xung quanh nơi cất giữ theo tiêu chuẩn Việt nam và
thế giới Viện đã giao cho nhóm đề tài thực hiện đề tài Nghiên cứu xây dựng quy
trình công nghệ xử lý chất thải phóng xạ của quá trình thuỷ luyện quặng uran
với mục tiêu:
- Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xử lý nớc thải phóng xạ trong
quá trình thu hồi uran;
7


- Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xử lý chất thải rắn phóng xạ
trong quá trình xử lý quặng uran;
- Thiết kế chế tạo thiết bị kết tủa xử lý nớc thải phóng xạ sử dụng trong
khu xử lý thải xạ;
- Thiết kế chế tạo thiết bị trao đổi ion xử lý nớc thải phóng xạ sử dụng
trong khu xử lý thải xạ;
- Bổ sung một số thiết bị cho phòng thí nghiệm và đào tạo cán bộ quản lý
và xử lý chất thải phóng xạ.

8

Phần tổng quan
I. Công nghệ xử lý quặng để thu hồi urani kỹ thuật
- Quặng urani sau khi đợc khai thác, ngời ta phải làm giàu hàm lợng
urani lên bằng các phơng pháp tuyển để loại bớt đất đá và các khoáng vật khác
không chứa urani; Trên thế giới hiện nay, các phơng pháp tuyển chủ yếu đang
sử dụng là: tuyển phóng xạ, tuyển quang học, tuyển nổi, tuyển trọng lực..
- Để xử lý quặng uran, từ đó thu đợc urani kỹ thuật. Trên thế giới và cả ở
Việt Nam, phơng pháp chủ yếu vẫn là phơng pháp thuỷ luyện. Quặng urani sau
khi tuyển đợc đem đi hoà tách trong dung dịch axít hoặc cacbonat để tách urani
ra khỏi một lợng lớn đất đá. Dung dịch sau khi hoà tách đợc xử lý bằng các
phơng pháp hoá học hoặc hoá lý để thu hồi đợc sản phẩm urani kỹ thuật có
hàm lợng 65 ữ 98% U3O8. Từ sản phẩm này, bằng các phơng pháp tách khác
nhau, ngời ta có thể thu đợc sản phẩm là urani tinh khiết, là nhiên liệu trong
các lò phản ứng hạt nhân.
Công nghệ xử lý quặng urani bao gồm nhiều công đoạn. Các công đoạn
chính trong chu trình xử lý quặng để thu nhận urani kỹ thuật là chuẩn bị quặng
(tuyển, đập, nghiền, nghiền chọn lọc và phân loại; hoà tách quặng đã nghiền,
phân chia các pha rắn lỏng, tách chọn lọc urani từ dung dịch hoà tách dới dạng
hợp chất này hay hợp chất khác của nó với độ sạch kỹ thuật cần thiết (để tách
urani từ dung dịch hoà tách có thể sử dụng nhiều phơng pháp hoặc kết hợp giữa
các phơng pháp đó, nh trao đổi ion trong dung dịch, trao đổi ion trong bùn
quặng, chiết dung môi, kết tủa trực tiếp từ dung dịch hoà tách); kết tủa urani kỹ
thuật, sấy và đóng gói, lu giữ sản phẩm. Tuy nhiên không phải đối với loại
quặng nào cũng phải trải qua các công đoạn nh đã nêu, các công đoạn phụ
thuộc từng loại quặng cụ thể.
Sơ đồ tổng quát quá trình thuỷ luyện quặng urani đợc nêu ra ở hình1
Hiện nay, Viện Công nghệ xạ hiếm đang thực hiện nghiên cứu công nghệ
xử lý quặng urani bằng phơng pháp hoà tách đống. Sơ đồ công nghệ đợc nêu ra

ở hình 2

9


Quặng
Tiền xử lý
Chuẩn bị quặng

Hoà tách

Phân chia rắn lỏng

Bã quặng

Làm giàu, làm sạch dung dịch

Kết tủa

Uran kỹ thuật

Hình 1- Sơ đồ tổng quát quá trình thuỷ luyện quặng urani

10


Quặng cát kết

Đập
H2SO4

MnO2

Ho tỏch ng:
-H/T thm hoc
-Trn v ra

Trao đổi ion (hấp thụ U)

NaCl

NH3

Bã quặng
(Thải rắn)

Nớc thải
(Phần không
hấp thụ) dung
dịch Th,Ra,U

Rửa giải

Kết tủa sản phẩm

Lọc

Nớc thải
(Ra, Th)

Sấy

Sản phẩm uran kỹ thuật

Hình. 2- Sơ đồ thuỷ luyện quặng urani bằng phơng pháp hoà tách đống

11


II. Các phơng pháp xử lý chất thải phóng xạ trong quá trình khai thác, xử
lý quặng urani
II.1 Các phơng pháp chung
II.1.1 Định nghĩa chất thải phóng xạ
Theo định nghĩa của Cơ quan năng lợng nguyên tử Quốc tế (IAEA), chất
thải phóng xạ là: mọi vật liệu có chứa hoặc bị ô nhiễm bởi các nhân phóng xạ ở
hàm lợng hoặc mức phóng xạ lớn hơn mức miễm trừ đợc quy định bởi các cơ
quan có thẩm quyền và không còn sử dụng đợc nữa.
II.1.2 Phân loại các chất thải phóng xạ
Chất thải phóng xạ có thể đợc phân loại theo các cách chủ yếu nh sau:
- Phân loại theo mức độ phóng xạ
+ Chất thải phóng xạ miễn trừ: nếu tổng hoạt độ phóng xạ và hoạt độ phóng xạ
riêng của nó ở dới mức miễn trừ ( mức phóng xạ bằng hoặc nhỏ hơn mức miễn
trừ để có thể gây nên liều bức xạ dân chúng hàng năm nhỏ hơn 0,01 mSv.
+ Chất thải phóng xạ mức thấp: nếu tổng hoạt độ phóng xạ và hoạt độ
phóng xạ riêng của nó lớn hơn mức miẽn trừ, suất liều bức xạ đo tại điểm tiếp
xúc với chất thải nguyên thuỷ nhỏ hơn 2 mSv/h và năng lợng nhiệt giải phóng
trong khối thải nhỏ hơn 2 kwh/m3.
+ Chất thải phóng xạ mức trung bình: nếu suất liều bức xạ đo tại điểm tiếp
xúc với chất thải nguyên thuỷ lớn hơn 2 mSv/h và năng lợng nhiệt giải phóng
trong khối thải nhỏ hơn 2 kwh/m3.
+ Chất thải phóng xạ mức độ cao: nếu suất liều bức xạ đo tại điểm tiếp xúc

với chất thải nguyên thuỷ lớn hơn 2 mSv/h và năng lợng nhiệt giải phóng trong
khối thải lớn hơn 2 kwh/m3.
- Phân loại theo nguồn gốc sinh ra chất thải
+ Chất thải sinh ra từ nhà máy điện hạt nhân,.
+ Chất thải sinh ra trong khai thác và chế biến quặng urani; từ tái chế
nhiên liệu.
+ Chất thải sinh ra trong nghiên cứu, y tế, công nghiệp vv...
- Phân loại theo trạng thái vật lý
12


Chất thải rắn; chất thải lỏng; chất thải khí.
- Phân loại theo thời gian sống (chu kỳ bán rã) của các nhân phóng xạ
+ Chất thải có chu kỳ bán rã cực ngắn: nếu chất thải này chứa các nhân
phóng xạ có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 16 ngày.
+ Chất thải có chu kỳ bán rã ngắn: nếu chất thải này chứa các nhân phóng
xạ có chu kỳ bán rã không vợt quá 5,3 năm.
+ Chất thải có chu kỳ bán rã trung bình: nếu chất thải này chứa các nhân
phóng xạ có chu kỳ bán rã không vợt quá 30 năm.
+ Chất thải có chu kỳ bán rã dài: nếu chất thải này chứa các nhân phóng xạ
có chu kỳ bán rã vợt quá 30 năm và hoạt độ phóng xạ riêng của chất thải lớn
hơn 400 Bq/g.

II.1.3 Các phơng pháp xử lý và quản lý chất thải phóng xạ
Nh chúng ta đã biết có rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến sức khoẻ cũng nh
môi trờng sống của con ngời, trong đó yếu tố bức xạ nói chung và phóng xạ
của các nguồn phóng xạ nhân tạo, nguồn phóng xạ tự nhiên nói riêng có những
tác động nguy hiểm đáng lu ý do tính chất đặc biệt của các tia phóng xạ: không
nhìn thấy, không cảm nhận thấy bằng các giác quan của con ngời.
Việc xử lý chất thải của quản lý chất thải phóng xạ hiện nay là mối quan

tâm hàng đầu của mọi quốc gia có nền công nghiệp hạt nhân cũng nh các quốc
gia có những ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp, nông nghiệp, y học
và trong nhiều lĩnh vực khác của cuộc sống.
Quản lý chất thải phóng xạ đợc tiến hành theo quy trình sau:
- Thu gom chất thải, phân loại và lu giữ tạm thời
- Vận chuyển
- Xử lý chất thải, phơng pháp xử lý tuỳ thuộc vào loại và trạng thái của
chất thải
- Vận chuyển và lu giữ tạm thời
- Chôn cất
13


Trong lĩnh vực tái sử dụng và tái chế thanh nhiên liệu đã cháy, ngời ta
đang trông chờ vào sự phát triển của khoa học và kỹ thuật trong tơng lai. Hầu
hết các nớc đều không nghĩ đến việc chôn cất vĩnh viễn thanh nhiên liệu đã đốt.
Các nguyên tố có thể sử dụng làm nhiên liệu có trong thanh nhiên liệu đã cháy sẽ
cha đợc tái chế và đợc cất giữ trong các kho lu giữ tạm thời, các kho này
thờng đợc thiết kế cho khoảng thời gian hàng 50 năm.
Nguyên lý chung khi xử lý chất thải phóng xạ: giảm thiểu phát thải phóng
xạ ra môi trờng. Do vậy, ngay từ việc thiết kế nhà máy đến các cơ sở xử lý thải
đi kèm nhà máy điện hạt nhân, ngời ta luôn cố gắng tuân theo quy tắc ALARA
(Thấp đến mức hợp lý có thể chấp nhận đợc)
II. 1.4. Xử lý khí thải phóng xạ
Khí thải phóng xạ: Chủ yếu là bụi trong quá trình đập, gia công quặng
urani, phân khác sinh ra khi phải thao tác, sấy các sản phẩm uran ở dạng bột. Các
khí thải này nói chung rất nguy hiểm vì nó có thể xâm nhập vào cơ thể qua đờng
hô hấp, gây nên sự chiếu xạ trong, ảnh hởng trực tiếp đến sức khoẻ của ngời
lao động và cộng đồng. Sơ đồ hệ thống xử lý khí thải phóng xạ đợc nêu trên
hình sau :

Khí sạch
Thải ra môi trờng

Lớp đệm
Các bon
K
Thùng
chứa chờ
phân rã

Lọc

SP
lọc

Đóng
thùng
thép

Hình 3- Sơ đồ xử lý khí thải phóng xạ
a. Hệ thống lọc khí phóng xạ sử dụng các chất hấp phụ hợp chất tự nhiên
cao lanh, CaO, Fe2O3, TiO2, Sb2O5, Zr3(PO4)4, Fe[Ni(CN)6], than gỗ, than hoạt
tính. Nguyên lý làm việc của các hệ thống lọc khí dạng này cũng giống nh
14


nguyên lý làm việc của các tháp hấp phụ khí. Điều khác biệt ở đây là hoạt độ
phóng xạ của các chất khí trớc khi vào và sau khi ra khỏi thiết bị đợc kiểm tra
một cách chặt chẽ. Khi không khí ra khỏi tháp không đạt tiêu chuẩn cho phép về

độ sạch phóng xạ thì ngời ta phải điều chỉnh lại chế độ làm việc của hệ thống
(thay đổi lu lợng dòng khí, thay đổi vật liệu lọc.. ) Các vật liệu lọc khí sau
khi sử dụng lại trở thành chất thải phóng xạ dạng rắn và phải đợc xử lý nh là
chất thải phóng xạ.
b. Hệ thống tháp lọc sử dụng các loại vật liệu đặc biệt (gốm xốp): Hệ
thống này đợc dùng khi chất khí phóng xạ cần phải xử lý có nhiệt độ cao hoặc
có khả năng làm hỏng vật liệu (khí thải từ lò đốt rác thải phóng xạ).
c. Hệ thống lọc bụi phóng xạ sử dụng các tháp phun dung dịch Ca(OH)2,
NaOH, Na2B2O4, Na2CO3. Nguyên tắc làm việc của hệ thống giống nh nguyên
tắc làm việc của các tháp hấp thụ khí, hấp thụ bụi.. Thờng thì khí và bụi đợc
thổi vào từ phía dới tháp, các dung dịch hấp thụ đợc phun ra từ trên tháp ở
dạng sơng hoặc ma. Trong quá trình di chuyển ngợc dòng: khí, bụi đi từ dới
lên, chất lỏng rơi từ trên xuống, bụi và các hạt nhân phóng xạ có trong khí bị hấp
thụ bởi dung dịch. Dung dịch thờng đợc bơm tuần hoàn. Khi khả năng hấp thụ
của dung dịch giảm cần phải thay dung dịch, dung dịch sau khi đã sử dụng lại trở
thành chất phóng xạ và phải đợc xử lý nh chất thải phóng xạ dạng lỏng.

II. 1.5. Xử lý chất thải rắn phóng xạ
a. Xử lý chất thải rắn có hoạt độ thấp và trung bình
Chất thải rắn có hoạt độ thấp là dạng chất thải phổ biến nhất trong tất cả
các cơ sở có liên quan đến vật liệu phóng xạ. Tuỳ thuộc vào bản chất của từng
loại chất thải mà ngời ta có các phơng pháp xử lý khác nhau nh: Phơng pháp
đốt, phơng pháp nén, phơng pháp ổn định hoá. Riêng đối với chất thải rắn
quặng uranium do có khối lợng rất lớn, hoạt độ phóng xạ không cao nên lại có
cách xử lý riêng.

15


Có thể

đốt đợc

Thải
rắn

Có thể
nén
đợc

Không
thể nén
đợc

Lò đốt

Tro

Nén
giảm thể
tích

Đóng
thùng
thép

ổn định
hoá
Mức PX rất thấp

Chôn cất gần

mặt đất

Tách
FeS2
thải ra

Hình 4- Sơ đồ xử lý chất thải phóng xạ dạng rắn

Sau đây sẽ trình bày tóm tắt về từng phơng pháp xử lý cụ thể.
Phơng pháp đốt: Chỉ dùng cho chất thải phóng xạ dạng đốt đợc (quần
áo, giấy, găng tay, giày, dép, nhựa trao đổi ion). Chất thải đợc đa vào lò đốt
có nhiệt độ cao, sản phẩm sau khi đốt bao gồm: Tro và khí thải.
Tro đợc tháo ra khỏi phía đáy lò đốt và đợc tập trung, đóng kín trong
thùng thép để lu giữ trong kho chứa tạm thời sau đó đợc chôn cất nh các bã
thải rắn đã qua xử lý khác.
Khí thải có nhiệt độ cao, có nhiều bụi phóng xạ cần phải đa qua hệ thống
xử lý khí đặc bịêt, có chứa lớp đệm gốm xốp có khả năng chịu đợc nhiệt độ cao
và hấp phụ đợc bụi phóng xạ.

16


Phơng pháp đốt có u điểm: làm giảm thể tích chất thải tới hàng trăm lần
do vậy giảm gánh nặng cho việc xây dựng kho chứa tạm thời, việc chôn cất cuối
cùng.
Nhợc điểm của phơng pháp đốt là chi phí cho thiết bị cao, không phải
bất kỳ cơ sở xử lý chất thải phóng xạ nào cũng có đủ điều kiện để trang bị loại
thiết bị này. Hơn nữa phơng pháp này chỉ áp dụng đợc với loại chất thải có khả
năng đốt đợc.
- Phơng pháp nén: Nguyên lý của phơng pháp là dùng máy nén có áp lực

cao để nén làm giảm thể tích của chất thải có tính nén đợc. Đây là phơng pháp
đơn giản, có hiệu quả tơng đối cao (có thể giảm thể tích tới 10 lần) với chi phí
thấp. Phơng pháp này chỉ dùng đợc với các chất thải phóng xạ có tính nén
đợc và các chất thải này phải có tính ổn định, không gây phản ứng hoá học,
không gây nổ khi bị ép.
Các phơng pháp ổn định hoá (Bitum hoá, Ximăng hoá): Mục đích của
phơng pháp ổn định hoá là chuyển các hạt nhân phóng xạ ở trạng thái vật lý,
hoá học cha ổn định (có tính linh động, có nhiểu khả năng tham gia các phản
ứng hoá học ) trở về trạng thái ổn định hoá nh:
* Dùng các chất polyme, nhựa đờng để đóng rắn chất thải rắn (phơng
pháp bitum hoá)
* Dùng chất kiềm (xút hoặc vôi) để trung hoà các chất thải rắn có tính axit
để chuẩn chúng về dạng hyđroxit, có tính ổn định, khó hoà tan trớc khi đóng
chúng vào thùng.
* Dùng xi măng để đóng rắn các chất thải rắn dạng bùn, dạng bột rời rạc
sau đó mới chuyển chúng vào lu giữ trong thùng kim loại.

17


II.1.6. Hệ thống xử lý nớc thải phóng xạ.
Nguyên lý xử lý các chất thải lỏng phóng xạ đợc trình bày tóm tắt trên hình 5.

Nớc

Trao đổi
ion

Nớc sạch

Thải ra môi trờng
quay vòng sử dụng

hoặc

Thải
PX
Bể chứa chờ
xử lý

Kết tủa
lắng gạn
lọc

SP lọc

Đóng
thùng
thép

Hình 5- Sơ đồ nguyên lý xử lý nớc thải phóng xạ.

Chất thải phóng xạ dạng lỏng gặp rất phổ biến tại tất cả các cơ sở có liên
quan tới vật liệu phóng xạ: các nhà máy khai thác chế biến quặng phóng xạ, khai
thác chế biến dầu mỡ, than đá, đồng, thiếc, titan, các viện nghiên cứu, bệnh viện
và đặc biệt là các nhà máy điện hạt nhân, các cơ sở sản xuất và sử dụng đồng vị
phóng xạ. Các bớc tiến hành xử lý nớc thải đợc thực hiện nh sau:
a. Lựa chọn các chất hấp thu tự nhiên các hợp chất vô cơ để xử lý nớc
thải, thu gom các đồng vị có ích.
b. Lựa chọn các chất hấp thu tổng hợp từ các hợp chất hữu cơ (nhựa trao

đổi ion, các chất chiết) xử lý nớc thải, thu gom các đồng vị có ích.
c. Tuỳ theo từng loại dung dịch nớc thải cụ thể và điều kiện của từng cơ
sở xử lý nớc thải mà ngời ta lựa chọn các chất hấp thụ tự nhiên hay tổng hợp
làm tác nhân trao đổi ion trong thiết bị trao đổi ion để thu gom các nguyên tố có
ích hoặc tập trung các nguyên tố phóng xạ vào một thể tích nhỏ để tiếp tục xử lý
bằng phơng pháp kết tủa hoặc đóng rắn.

18


d. Phơng pháp kết tủa, đồng kết tủa: thờng sử dụng sữa vôi (có thể bổ
sung các tác nhân đồng kết tủa nh BaCl2 để kết tủa các nguyên tố phóng xạ.
e. Phơng pháp bay hơi: là phơng pháp dùng nhiệt để cô đặc, làm giàu
các nguyên tố phóng xạ trong một thể tích nhỏ dung dịch, sau đó dùng xi măng
đóng rắn dung dịch (đối với chất thải có hoạt độ mức thấp và trung bình LILW)
hoặc thủy tinh hoá (đối với chất thải có hoạt độ mức cao HLW)
II.2. Lu giữ và chôn cất các chất thải phóng xạ.
II.2.1. Lu giữ tạm thời
Trong công tác quản lý và xử lý chất thải phóng xạ, không phải lúc nào
ngời ta cũng có đủ điều kiện để xử lý hoặc chôn cất ngay chất thải phóng xạ.
Nh đã trình bày về quy trình xử lý chất thải phóng xạ ở phần trên, các chất thải
trớc tiên đợc tập trung về bộ phận thu gom bã thải, đợc phân loại theo dạng
thích hợp với phơng thức xử lý của cơ sở xử lý thải. Trong công đoạn này có
một giai đoạn nhỏ cần lu giữ tạm thời bã thải cha xử lý để chờ xử lý. Sau khi
tập trung đủ lợng chất thải cần thiết để xử lý, ngời ta tiến hành xử lý chất thải
theo một trong các phơng thức đã trình bày ở trên. Bã thải sau khi xử lý xong,
đợc đóng thùng (thờng là thùng 200 lít). Trên thùng đợc ghi rõ các thông số
cho biết một số chỉ tiêu cần thiết về thùng chất thải (theo quy định của cơ quan
pháp quy).
Các thùng chứa chất thải đã xử lý đợc lu giữ tại các kho chứa thải tạm

thời trớc khi đợc đa về chôn cất tại bãi chôn cất thải. Các kho chứa tạm thời
thờng đợc thiết kế và xây dựng trong khuôn viên của nhà máy điện hạt nhân.
Sức chứa của các kho chứa này thờng đợc thiết kế sao cho đủ để chứa đợc
lợng thải của nhà máy trong vòng 30-50 năm. Rút kinh nghiệm của các nớc
nh Hàn Quốc. Nhật Bản, việc tìm địa điểm cho xây dựng bãi chôn thải quốc gia
để chôn cất vĩnh viễn chất thải phóng xạ thờng gặp rất nhiều khó khăn nên các
kho chứa tạm thời tại các nhà máy hiện đang có nguy cơ hết chỗ chứa. Hiện nay
ngời ta có xu hớng thiết kế công suất của các kho chứa thải đủ để lu giữ tạm
thời chất thải phóng xạ cho hết tuổi thọ của nhà máy.

19


II.2.2. Chôn cất trên bề mặt
Trong quá trình xử lý quặng để thu hồi urani, có một vấn đề lớn cần đợc
giải quyết là chôn cất bã thải sau khi đã hoà tách. Đây là bã thải rắn có hoạt độ
phóng xạ thấp (< 0,1mSv/h), khối lợng đất đá rất lớn, do đó không thể dùng
phơng pháp chôn cất dới lòng đất hoặc chôn cất dới tầng địa chất vì chi phí
rất tốn kém. Chính vì vậy, đa số các nớc đã sử dụng phơng pháp chôn cất trên
bề mặt ngay tại nơi khai thác, hoà tách để thu hồi urani. Phơng pháp này rất đơn
giản là bã quặng sau hoà tách thu đợc trộn với vôi (CaO) sao cho pH của bã đạt
tới 7-8, sau đó đắp thành đống (phía dới có một lớp bê tông mỏng, có hệ thống
rãnh thoát nớc). Khi kết thúc quá trình khai thác và xử lý quặng uran, những
đống bã thải này đợc phủ một lớp bê tông mỏng, sau đó lại phủ lên trên bằng
một lớp đất, sau đó ngời ta tiến hành trồng cỏ phủ lên trên. Các rãnh của hệ
thống thoát nớc đợc thu gom về các bể chứa và cho chảy ra môi trờng sau khi
xử lý. Chu kỳ cứ một đến hai năm các nhà quản lý lại phân tích hoạt độ phóng xạ
của nớc thải để từ đó kiểm tra và có các phơng án xử lý phù hợp. Phơng pháp
này đợc thực hiện rất phổ biến tại ấn Độ. Ví dụ nh vùng Jaduguda, Bihan,
Domisiat...; Sau khi đã thực hiện nh phơng pháp trên, hoạt độ phóng xạ của

các vùng này nhỏ hơn 0,001mSv/h, hoạt độ phóng xạ của nớc thải nhỏ hơn 3,4
Bq/l. Ngoài tính chất an toàn, chi phí thấp, phơng pháp này còn tạo ra cảnh quan
đẹp cho môi trờng ở khu vực xử lý quặng uran.
II. 2.3. Chôn cất dới lớp đất nông
Ví dụ: Khu chôn thải Amory, Nhật Bản đợc thiết kế với sức chứa 3 triệu
thùng. Để chôn cất các thùng bã thải có hoạt độ thấp đã đợc xử lý và lu giữ
tạm thời tại các nhà máy, ngời ta xây những hầm xi măng ở độ sâu 10 m cho
các thùng bã thải vào hầm, đổ xi măng lấp kín, sau đó trong khoảng thời gian từ
30-300 năm hoặc sau 300 năm, thì hoạt độ phóng xạ của chất thải sẽ <0,01mSv/h
khi đó bã thải đợc coi nh đất tự nhiên. Với cách quản lý nh trên, đối với chất
thải có hoạt độ thấp không có nhiều vấn đề phải bàn cãi. Tuy nhiên, vấn đề khó
khăn nhất hiện nay đối với các nhà khoa học cũng nh đối với d luận của dân
chúng là vấn đề xử lý và quản lý chất thải phóng xạ có hoạt độ cao.

20


Đối với chất thải quặng uran. Ngoài phơng pháp chôn cất trong lòng
những kho đã khai thác xong, không còn sử dụng nữa, ngời ta cũng có thể áp
dụng phơng pháp chôn cất nông.
II.2.4. Chôn cất dới các tầng địa chất
Chôn cất chất thải phóng xạ sâu dới lòng đất có những đặc tính thích hợp
cho chôn cất HLW. Chôn cất dới tầng địa chất đợc xem là cách có hiệu quả
nhất để cách ly HLW khỏi môi trờng của con ngời bằng cách sử dụng các công
nghệ hiện tại và không đòi hỏi sự kiểm tra hoạt độ phóng xạ trong khoảng thời
gian dài. Điều này đã đợc thừa nhận ở phạm vi quốc tế và thiết lập các chơng
trình quan trọng để quản lý HLW ở hầu khắp các nớc.
Các đặc điểm chủ yếu của chôn cất chất thải sâu dới lòng đất là:
* Bị ảnh hởng bởi những sự biến động trên bề mặt nh các hiện tợng tự
nhiên và các tác động của con ngời.

* Sự biến đổi của các vật liệu bị hạn chế do các điều kiện hoá học ổn định.
* Di chuyển của các hạt nhân phóng xạ bị hạn chế do các dòng nớc ngăn
chặn.
Quy trình để chôn cất dới các tầng địa chất đợc thực hiện nh sau:
* Theo chính sách tái xử lý thanh nhiên liệu đã cháy, thanh nhiên liệu đã
sử dụng, sau khi đợc bảo quản theo phơng pháp khô hoặc ớt trong vòng 30-50
năm tại các kho lu giữ tạm thời trong nhà máy điện hạt nhân cho nguội bớt và
giảm bớt hoạt tính phóng xạ đợc đa vào nhà máy tái chế để thu hồi urani và
plutoni.
* Tại nhà máy tái chế thanh nhiên liệu sẽ thải ra các dung dịch có hoạt độ
phóng xạ cao, các dung dịch này sẽ đợc xử lý bằng các thuỷ tinh hoá, đóng
trong các contener đặc bịêt lu giữ tại các kho chứa tạm thời (bảo quản lạnh)
trong vòng 50 năm.
* Chuyển xuống chôn cất trong các kho ở sâu dới lòng đất > 300m hiện
các kho này mới đang chỉ nằm trong kế hoạch chọn địa điểm và xây dựng (ví dụ

21


ở Nhật Bản có kế hoạch sẽ đa kho chứa kiểu này vào hoạt động trong khoảng
thời gian của những năm 2033 2038)
II.3. phơng pháp xử lý thải rắn và lỏng từ quá trình khai thác và chế biến
quặng urani
Quá trình xử lý thải rắn và lỏng thuộc trách nhiệm của cơ sở khai thác chế
biến quặng urani. Các biện pháp an toàn và xử lý thải phải đợc tính toán từ khi
thiết kế lựa chọn công nghệ khai thác xử lý quặng, chọn địa điểm xây dựng nhà
máy và khu vực thải (tính đến các yếu tố khí hậu, khí tợng thuỷ văn, địa hình,
địa chất, quy hoạch chung về sử dụng đất và khả năng dễ tẩy xạ cũng nh chôn
cất lâu dài của bã thải).
Nhiều cải tiến công nghệ đã đợc nghiên cứu triển khai nhằm giảm diện

tích khu vực phải làm việc với chất phóng xạ, giảm lợng quặng phải xử lý bằng
tác nhân hoá học dẫn tới làm giảm lợng chất thải phóng xạ gây nguy cơ ô nhiễm
môi trờng. Để giảm lợng chất thải lỏng, việc tái sử dụng nớc trong một chu
trình sử dụng nớc khép kín đợc nhiều cơ sở sản xuất áp dụng.
Các chất thải lỏng và rắn nói chung phải qua giai đoạn xử lý để thu hồi và
giảm nồng độ các đồng vị phóng xạ tới giới hạn cho phép.
Xử lý thải lỏng bao gồm 2 giai đoạn chính:
- Trung hoà dung dịch đến pH=10 bằng sữa vôi. Quá trình trung hoà dung
dịch thải có tác dụng khử axit hoặc kiềm d. Trong sơ đồ hoà tách dùng axit
nhiều kim loại chuyển vào kết tủa: Fe, Pb, As, Mn, Ra...
- Để tách triệt để rađi khỏi dung dịch, thực hiện quá trình cộng kết bằng
cách thêm 1 lợng nhỏ muối BaCl2 (0,05-0,3g/l) nhờ đó lợng Ra226 trong dung
dịch thải giảm 90-97%, cho phép nhiều trờng hợp thải lỏng trực tiếp vào nguồn
nớc hở.
Các số liệu trong bảng 1 [9] cho thấy kết quả sử dụng BaSO4, BaCO3 và
BaCl2 để xử lý radi. Từ đó thấy rằng BaCl2 là tác nhân kết tủa radi hiệu quả nhất.

22


Bảng 1: Kết quả sử dụng muối bari để tách rađi từ thải lỏng của quá trình
xử lý quặng [9]
Nồng độ rađi
Lợng tác
Môi trờng

Tác nhân

(àCi.10-8/ml)

nhân
g/l

Trớc khi xử
lý

Trung tính

BaSO4
BaCO3
BaCl2

Axit

BaCO3

BaCl2

Hiệu suất
loại rađi (%)

Sau khi xử lý

0,3

100

3

70

1,0

300

30

77

0,1

470

70

94

0,2

490

40

92

0,03

800

20

97

0,06

440

6

99

0,1

400

2

99

0,2

430

2

99

0,1

150

18

88

0,2

150

20

87

0,3

150

30

80

0,1

150

5-1,5

90-97

Kết tủa thu đợc từ quá trình thải lỏng chuyển vào khu vực chứa bã thải.

Bãi chứa thải rắn và lỏng là một bộ phận của nhà máy xử lý quặng để sản
xuất uran kỹ thuật. Toàn bộ đuôi thải từ quá trình hoà tách sau khi trung hoà
bằng sữa vôi cùng bã kết tủa khi xử lý thải lỏng (dới dạng bùn nhão chứa 45%
chất rắn) đợc tập trung về khu vực chứa thải ở khoảng cách nhất định (3km) từ
nhà máy. Khu vực chứa thải đợc bao quanh bằng các đê chắn làm từ vật liệu tại
chỗ (đất đá từ khu vực khai thác), chiều cao nâng dần bằng chính bã thải rắn từ
quá trình xử lý quặng. Diện tích khu vực chứa thải phù hợp đối với nhà máy công
suất 1000 tấn quặng/ngày là 16 ha. Đối với nhà máy công suất lớn hơn thì diện
tích bãi chữa > 40 ha.
Khi kết thúc hoạt động của nhà máy, cần xúc tiến những hoạt động lu giữ
dài hạn và tái tạo môi trờng tại khu vực bãi thải. Để giảm lợng radon trong khu

23


vực này, bãi thải cần đợc phủ lớp đất đá dày. Sau đó phủ xanh bằng cây xanh
hoặc thảm cỏ.
Sau hơn 40 năm hoạt động kể từ năm 1946, công ty Wismut (Đức) đã sản
xuất đợc 231.000 tấn urani và xếp vào hàng thứ 3 trên thế giới sau Canada và
Mỹ trong lĩnh vực này. Tổng lợng quặng urani Wismust đã khai thác khoảng
240 triệu tấn tơng ứng với một lợng đất đá thải khoảng 700 triệu tấn từ quá
trình khai thác. Các hoạt động kể trên đã tạo thành hơn 312 triệu m3 chất thải từ
quá trình tuyển và xử lý hoá học chứa tại 14 cơ sở đã ngừng hoạt động.
Các đống lớn đuôi quặng thải có thể tích hàng triệu m3 kể trên phải đợc di
dời xa khu dân c hoặc xử lý tại chỗ để vĩnh viễn không tiếp tục di chuyển phát
tán chất bụi bẩn chứa phóng xạ alfa gây tác động lâu dài, đặc biệt tránh xuất hiện
radon và các đồng vị phóng xạ con cháu vào môi trờng khí.
Việc xử lý các đống lớn đuôi quặng thải bao gồm xác định các thông số
về phóng xạ, hóa học và sau đó che phủ bằng các lớp đất khác nhau với chiều dày
1,9m (0,4m lớp đất khoáng và 1,5m đất trồng trọt), đồng thời tạo thảm thực vật

và định hớng dòng chảy lâu dài cho nớc bề mặt.
Đối với các ao chứa bùn thải từ quá trình xử lý quặng urani, công việc
hoàn thổ bao gồm : tách và xử lý nớc tự do từ ao, che phủ bề mặt lớp bùn lắng
bằng các vật liệu nhân tạo thích hợp tạo bờ ngăn và che phủ bằng đất đa từ quá
trình khai thác, lâp đất trồng trọt và tạo thảm thực vật, đồng thời tiếp tục theo dõi
xử lý nớc từ khu vực.

24