Khai thác đá phốt phát là một trong những ngành khai thác lớn trên thế giới về lượng vật liệu khai thác. Ngành công nghiệp này tập trung chủ yếu ở các khu vực thuộc đông nam Hoa Kỳ, cụ thể ở Florida, Bắc Carolina và Tennessee. Trong khi đó, urani tuy có lượng khai thác hạn chế do tính chất đặc thù và yêu cầu về công nghệ nhưng lợi ích kinh tế mang lại rất lớn khi nó được sử dụng chính làm nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân. Urani được khai thác theo hai cách: từ đá (quặng) thông thường hoặc sử dụng các hóa chất mạnh để hòa tan urani từ đá trong lòng đất và bơm lên bề mặt.
Chất thải phóng xạ từ sản xuất phân bón
Đá phốt phát chứa khoáng phốt pho, một thành phần được sử dụng trong một số loại phân bón để giúp rễ cây phát triển mạnh. Đá phốt phát chứa lượng nhỏ hạt nhân phóng xạ tự nhiên, chủ yếu là urani và radi. Khi xử lý đá phốt phát để làm phân bón, phốt pho được loại bỏ bằng cách hòa tan đá trong dung dịch axit. Chất thải còn lại được gọi là phosphogypsum. Phosphogypsum là sản phẩm từ quá trình sản xuất phân bón, thải khí radon và chứa các nguyên tố phóng xạ urani, thori và radi. Hầu hết urani, thori và radi tự nhiên được tìm thấy trong đá phốt phát đều nằm trong chất thải này. Urani và thori phân rã thành radi và radi phân hủy thành radon, một loại khí phóng xạ. Do chất thải được thu thập tập trung nên phosphogypsum có tính phóng xạ cao hơn so với đá phosphate ban đầu.
Chất thải photphogypsum được lưu trữ (Nguồn: Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA)).
Chất thải được tạo ra trong quá trình sản xuất phân bón được lưu trữ thành các đống lớn gọi là ngăn xếp. Các ngăn xếp có diện tích lên tới hàng trăm mẫu và cao hàng trăm feet. Phosphogypsum chứa rất nhiều nước trong giai đoạn đầu đổ đống. Khi phosphogypsum khô đi, lớp vỏ được hình thành. Lớp vỏ dày lên theo thời gian, làm giảm lượng radon có thể thoát ra ngoài và giúp giữ cho chất thải không phân tán. Một phần nước rò rỉ ra khỏi đống có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm.
Chất thải phóng xạ từ khai thác và nghiền Urani
Ngành công nghiệp khai thác urani từ Trái đất thông qua mỏ hoặc hóa chất. Khi urani ở gần bề mặt, các nhà khai thác sẽ đào đá và lấy ra khỏi các hố lộ thiên. Khai thác lộ thiên loại bỏ lớp đất mặt và đá nằm phía trên quặng urani. Khi urani được tìm thấy sâu dưới lòng đất, thợ sẽ đào thành các hầm mỏ để tiếp cận và thu thập. Quặng đá sau đó được đưa lên trên thông qua các đường hầm. Đối với các mỏ urani ngậm nước, nhà khai thác sẽ sử dụng phương pháp lọc tại chỗ. Đây là kỹ thuật sử dụng bơm hóa chất vào nước ngầm để hòa tan urani trong đá xốp. Khi urani bão hòa nước ngầm, thì có thể sử dụng phương pháp lọc tại chỗ thay vì khai thác thông thường. Sau khi hóa chất được đưa vào lòng đất, chất lỏng chứa urani được bơm lên bề mặt thông qua các giếng và sau đó được xử lý để thu hồi urani. Đây là phương pháp khai thác urani được sử dụng phổ biến nhất ở Hoa Kỳ.
Chất thải bên ngoài Mỏ Urani Davis ở Colorado
Sau khi thu thập, urani từ quặng sẽ được xử lý và chia tách. Một số quy trình có thể được sử dụng để thu hồi uranium:
– Nghiền: Quá trình này diễn ra tại nhà máy sau khi quặng chứa urani được lấy ra các mỏ khai thác lộ thiên hoặc khai thác ngầm. Quặng được đưa đến nhà máy, nghiền nát trước khi hòa tan urani bằng hóa chất. Urani sau đó được tách ra khỏi dung dịch hóa học, hóa rắn, sấy khô và đóng gói.
– Lọc: Quá trình này sử dụng chất lỏng để hòa tan hóa chất. Tương tự như cách đổ nước nóng lên hạt cà phê đã nghiền để lại bã cà phê (chất thải) và cà phê lỏng, việc phun hóa chất lên đá dăm chứa urani sẽ để lại phần đá và chất lỏng chứa urani. Chất lỏng sau đó được xử lý để thu hồi urani.
Quặng Uranium (Carnotite)
Bất kể urani được khai thác từ đá như thế nào, các quá trình đều để lại chất thải phóng xạ. Chất thải phóng xạ rắn còn sót lại từ quá trình nghiền được gọi là quặng đuôi và chất thải lỏng được gọi là raffinate. Quặng đuôi và rafinate của nhà máy được lưu trữ trong các bể chứa được thiết kế đặc biệt. Các chất thải này vẫn còn phóng xạ và chứa các hóa chất nguy hiểm từ quá trình phục hồi.
Uranium cuối cùng phân rã thành radi. Radi phân rã giải phóng một loại khí phóng xạ gọi là radon. Quá trình nghiền urani lộ thiên và các địa điểm khai thác tại chỗ không gây rủi ro đáng kể về radon cho công chúng hoặc cho những người khai thác; radon phân tán vào khí quyển. Trước đây, đá thải do khai thác mỏ dưới lòng đất và lộ thiên được chất đống bên ngoài mỏ. Thực tiễn này đã gây ra nhiều vấn đề: gió có thể thổi bụi phóng xạ từ chất thải vào các khu dân cư và chất thải có thể làm ô nhiễm nguồn nước mặt. Các mỏ dưới lòng đất có thể gây nguy hiểm bức xạ cho những người khai thác. Nếu không có hệ thống thông gió thích hợp, khí radon có thể tích tụ trong các hầm mỏ và thợ mỏ hít vào. Các nhà điều hành mỏ urani phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa đặc biệt để bảo vệ thợ mỏ, như bơm khí radon ra khỏi mỏ và thay thế bằng không khí không bị ô nhiễm.
Để bảo vệ công chúng gần các mỏ urani, khí radon thoát ra không được vượt quá giới hạn quy định. Các thợ mỏ được yêu cầu đeo mặt nạ phòng độc để bảo vệ phổi khỏi khí radon. Trước đây, đá thải và chất thải của nhà máy được sử dụng ở một số khu vực khai thác mỏ làm vật liệu xây dựng nhà ở, trường học, đường xá và các công trình xây dựng khác. Các cấu trúc được xây dựng bằng đá thải và chất thải là mối nguy hiểm radon và bức xạ đối với bất kỳ ai ở đó. Những người đi đường làm bằng đá thải có nguy cơ hít phải bụi phóng xạ.
Từ khóa: Chất thải phóng xạ; mỏ quặng; phân bón, phốt phát; urani
– CMD&DND –
