（斯帕顿）环保回收项目——从煤灰中提取金属铀

  1 / 5  TURNING ASH INTO CASH ------从斯帕顿资源公司“变灰为金”的努力，看中国环保与资源再生的巨大商机====================================2009年3月在加拿大多伦多举行的世界最大的“探矿者年会与展会”（PDAC）上,斯帕顿资源公司‐Sparton Resources Inc. (TSX: SRI)的展位和其所展示的“绿色矿业”项目成为展会的一个亮点，吸引了众多来访者。原因很简单，斯帕顿公司以其创新的技术和商务模式，正在中国和世界其它地区进行从煤灰中回收和提取金属铀‐‐核电发展重要燃料的项目开发。  在世界范围，“燃煤发电”是一个标准的火电模式。由于煤质的不同，例如电厂发电后产生的废灰渣或飞灰，一般都会有一定的铀在其中而形成放射性。如果这种放射性较低，则这些灰渣是可以被作为工业性建筑材料如水泥、砖瓦或道路基础材料的。但如果含量较高，则就会被列危险物质而不得作为材料用于上述领域。因此，中国国内的很多电厂都不得不把含有放射性的煤灰在其周围高高堆起。更糟糕的是，很多电厂又经常建立于城镇之中。显然，这些煤灰对当地环境和人们健康的影响与危害是不言而喻的。  用于发电的煤，一般来说都是低品位的煤，例如褐煤。这类煤经常含有铀和钒。经过燃烧，其中的金属如铀就会变得更浓缩，品位也增高，从而使其成为获取金属铀的一个来源。实际上，从60年代末到70年中期，好几个国家都开展过从经过燃烧的煤种来提取铀的工作。例如，当时在美国约有超过300万磅的U3O8 (八氧化三铀，俗称“黄饼”，用于核电厂发电的主要燃料来源)产自粉煤灰。同时，在美国佛罗里达和路易斯安娜州用于化肥生产的重要原料磷酸盐中，也含有很高的铀成分。这些铀在当时也被成功地提取超过450万磅）。目前，美国著名的化工企业Exselon和Mosaic正积极考虑从上述物质中回收铀。中国在70年代当时也曾成功地进行过类似的从煤灰中回收铀的操作。然而，由于国际铀市场所出现的剧烈震荡、国际铀价骤降，除了哈萨克斯坦和乌克兰这两个国家直到今天仍然把从煤灰中回收铀来作为其获取铀资源的一个主要辅助手段外，其它包括中国在内的国家都在80年代初停止了上述的回收工作。    2 / 5  根据中国《国家核电中长期发展规划2005‐2020》的要求，到2020年中国的建成核电装机容量要达到4000万千瓦，在建容量要达到1800万千瓦，届时核电的装机容量要达到全国总电力装机容量的4%。而近两年国家对核电的重视程度和投入程度，也很清楚的表明4%的比例极有可能会被增加调整到6%以上，甚至更高。但能否达到这个目标的一个重要前提，就是中国是否有足够的铀资源来满足和使用中国核电高速增长的需求。  从中国核能行业协会专家委员会张伟星先生在其发表于2009年中国核能协会年会文件汇编中“铀资源对核电规模发展状况”一文中所提到的一组数据，我们可以较清楚地了解到中国核电发展对铀资源的需求程度：  表1  2020年建成7000万千瓦（即要求每年建成600万千瓦）对天然铀需求  建成核电机组年份 建成装机容量  （万千瓦） 当年入堆燃料元件中天然铀当量 累计需要天然铀（吨） 提供天然铀年份 初装料 年换料 年合计 2012 2200 2400 2800 5200 5200 2009 2013 2800 2400 3850 6250 11450 2010 2018 5800 2400 9100 11500 58450 2015 2023 8800 2400 14350 16750 131700 2020  根据张先生的列表，2010年当年中国需要天然铀6250吨，累计需要提交天然铀11450吨；到2015年和2020年时，当年需要提交的天然铀分别为11500吨和16750吨，累计需要提交的天然铀分别为58450吨和131700吨。而依据中国目前的技术水平，铀矿采冶的资源回收率为70%，从提交地址储量报告到生产出天然铀大约4年时间，为此通过上述目标计算得到铀资源勘查部门当年和累计需要提交的铀资源储量。   表2   2020年建成7000万千瓦（即要求每年建成600万千瓦）对铀资源储量需求  天然铀供应年份 天然铀供应量（吨） 经济可采铀资源/储量消耗量（吨） 提交铀资源储量年份 当年供应量 累计供应量 当年消耗量 累计消耗量 2014 10450 46950 14929 67071 2010 2019 15700 114950 22429 164214 2015 2024 20950 209200 29929 298857 2020  在上表中可见，到2010年累计需要有铀资源储量6.7万吨，而到2015年和2020年累计需要有铀资源储量分别为16万吨和30万吨。与此同时，我们可再用下表“核电全寿期运行60年计算，需要消耗的经济可采铀资源储量（见表3）”来做进一步的说明：    3 / 5   表3  核电全寿期运行对铀资源的需求      装机容量    （万千瓦） 入堆天然铀当量供应量       （吨） 经济可采铀资源/储量消耗量（吨） 4000 429000 612857 7000 750750 1072500 10000 1072500 1532143  “4000万千瓦全寿期运行，需要43万吨天然铀，需要消耗铀资源储量61万吨；7000万千瓦全寿期运行，需要天然铀近75万吨，需要消耗铀资源储量107万吨。如果保持一亿千瓦核电全寿运行，则需要天然铀107万吨，需要消耗铀资源储量153万吨。”这个数字，“约占国际原子能机构《红皮书》发布的2007年全世界可靠资源和推断资源总和的铀资源量的1/4以上”。尽管中国目前的铀生产量和铀资源储量尚属保密资料不对外公开，但考虑到传统铀矿山从地质勘察到最终投产需要10‐14年的时间，显而易见，核电发展对铀资源的需求与中国目前铀资源提供能力之间，存在着巨大的差距。这也就是为什么中国更加强调把“充分利用两个资源、开辟两个市场”作为中国国家确定的铀矿开发利用战略来执行。  中国有超过500多个火力发电厂，它们每天都产生和排放着大量煤灰。仅就目前合资公司正在评价的几个电厂历史形成的煤灰堆而言，其所包含的铀金属资源，根据目前的国际市场价格，已经超过了数亿美元的价值。  正是意识到从粉煤灰中回收、提取有用的金属产品，不仅可以有效地解决含铀煤灰的污染问题，使电厂周边环境质量得到有效改善，而且也可从这些废灰废渣中获取金属铀，使资源得到再利用与可持续发展这一具有双重意义的巨大商业前景，斯帕顿公司遂于2005年起，同中国核工业所属的航测遥感中心一道开始对在中国开展从煤灰中回收铀的“清洁项目（cleanup program）进行专项研究，并于2006年10月分别完成了有关从粉煤灰和磷酸盐中回收金属铀的项目报告。2007年1月，斯帕顿公司同位于中国云南的国电小龙潭电厂签订协议，对该厂当前发电排出的煤灰通过三个阶段的方式来进行“清洁处理”。小龙潭电厂每年产生约60‐80万吨的飞灰和地灰，并有约500万吨的历史堆放的废灰堆。这些经过燃烧的褐煤灰，都含有一定的放射性，最高的可达315个ppm.（国家安全标准为50个ppm）。       4 / 5  斯帕顿为此进行了一系列的独立分析和浸出实验。在其美国的的技术顾问Lyntec公司的指导下，斯帕顿于2007年10月份正式完成用小龙潭煤灰样进行的浸出实验，并获得终端产品“黄饼”。实验采用6.1 公斤的煤灰，该煤灰的铀含量为160个ppm，即每吨灰含有0.4磅的U3O8。实验结果表明，如果以每吨灰含0.4磅铀、 回收率为70%分析模型来计算，可从电厂所产生的灰中回收45吨的铀。同时，小龙潭废灰还有约500多万吨的历史灰堆，可从中回收至少150万磅的铀。按当前的国家市场铀价计算，它价值超过1300万美元。  为尽快推进项目进入商业化生产，斯帕顿透过其专门开展“绿色矿业”项目的全资子公司斯帕顿能源公司(Sparton Energy Inc.) 同它的前期合作伙伴核工业航测遥感中心一道，与另一家中国公司‐‐ 北京江臣恒信投资咨询有限公司在云南昆明的高新技术区内，设立了“云南佰盾环保新技术公司”，专门开展废渣、废料和尾矿金属的综合利用业务。  0.45PoundsU3O8perTonne回收后的铀308(“黄饼”)产品   2007年11月，斯帕顿及其合资公司进一步获得了从在云南锗矿山排放的煤灰中提取回收铀的权益。云南临沧地处至少两个大型煤矿盆地（邦卖和孟旺），同时含有很高的锗和铀，因此临沧也有中国的“锗都”之称。这一地区的企业只将煤燃烧后来提取锗金属，而对其中含有的、比小龙潭电厂更高的放射性铀却未进行任何处理。在这些锗生产排放的煤灰中，铀的品味从0.015%到0.40%不等，平均品位可达0.025%。为此，2008年11月，云南佰盾公司同核工业第四研究院签订了框架合作协议，由四院在临沧地区设计、并由云南佰盾来实施的一个规模为处理500吨含铀锗煤灰的”中试”实验。在此基础上，将完成一份可行性报告，并尽快建立一个可从煤灰中商业性回收U3O8的处理厂。除此之外，合资公司正在对中国西南的两个超大规模的电厂灰堆进行资源和技术评价。如果结果理想，它们将为公司未来的业务成长奠定坚实的“资源基础”。  从中国国家发展政策来看，最新一版的《外商企业投资指导目录》（2007年12月版）首次将“粉煤灰的综合利用”和“尾矿新技术的开发与利用”列入“鼓励类”，清楚地表明了政府对在这一领域中鼓励外商投资的态度和方向。这也就是为什么斯帕顿与核工业的合资公司除了粉煤灰项目之外，现也同步开始对国内的铀尾矿进行评价和研究，以选定出安全、经济、有效的方式来对其进行综合利用与治理。这一类尾矿，其铀金属的含量一般要在很大程度上超过电厂煤灰中铀的含量。     5 / 5  除了目前在中国开展的“从非常规资源中回收铀”的项目外，斯帕顿公司也在南非、匈牙利和捷克开展类似的项目。  斯帕顿公司的总裁李巴克先生曾告诉NEI（国际核工程杂志）的记者，在中国回收铀的单位成本，根据生产的规模，大约在25美元/磅—35美元/磅之间，而一个回收厂的投资约为450万美元。如果以这些数据同一个常规矿山相比，例如，纳米比亚的Areva’s Trekoppje项目，其投资成本要超过6.5亿美元。与此同时，传统铀矿山从勘察到投产所需要的时间为12‐14年。相比之下，斯帕顿非常规资源的回收，从确定含有铀的废料、到测试评价直到最终的生产，也不过3年时间。所以，同传统铀勘探所孕育的高风险，以及传统铀矿山建设所需要的长时间相比，斯帕顿的“环保回收”项目自然显示出很强的竞争力和吸引力。  特别需要提及的是，斯帕顿及其合资公司在铀回收方面保持着领先的技术优势。除了已经在2008年中获得的“从粉煤灰中回收金属铀”和“从磷酸盐中回收金属铀”的两个中国国家专利外，合资公司的另外两个与铀回收有关的专利：“从锗灰中回收金属铀”和“从尾矿中回收金属铀”的专利申请也已进入正式的审核批准程序之中。也许，斯帕顿所拓展的“从非常规资源回收放射性金属”之路，能为中国政府大力提倡的“建设环境友好型、资源集约型”树立又一个可以推广和复制的新模式。本文作者为斯帕顿公司董事葛启明2009年8月8日