廣西頁巖行業放射性水平初步研究與風險評估

馮亮亮 黃伊林

【摘 要】建筑材料的放射性水平是需要長期、持續關注的民生問題。文章從廣西典型的頁巖企業中采集原料、產品、固體廢物等固體樣品，采用高純鍺γ譜儀測定樣品中放射性核素238U、226Ra、232Th、40K的含量，并根據內照射指數、外照射指數等指標進行了輻射風險評估。結果表明，原料中238U、226Ra、232Th、40K的放射性含量平均值分別為425 Bq/kg、343 Bq/kg、732 Bq/kg、524 Bq/kg，產品中238U、226Ra、232Th、40K的放射性含量平均值分別為147 Bq/kg、130 Bq/kg、90.9 Bq/kg、668 Bq/kg，固體廢物中238U、226Ra、232Th、40K的放射性含量平均值分別為343 Bq/kg、72.3 Bq/kg、76.3 Bq/kg、630 Bq/kg，其中部分樣品的放射性含量高于國家的免管水平，且均主要集中在U系放射性核素。在生產加工過程中，232Th、40K出現一定程度富集，而238 U、226 Ra未出現富集現象，可能以其他途徑轉移。通過對比內照射指數、外照射指數等指標，頁巖類產品基本可用于建筑主體材料和A類裝飾裝修材料，而固體廢物可用作C類裝飾裝修材料或作為室外活動等其他用途。

【關鍵詞】頁巖;放射性;核素;風險

【中圖分類號】P618 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）09-0104-03

隨著社會經濟的飛速發展，基礎設施建設和房屋建筑逐年增多，建筑材料的需求量持續增大。據《2018年廣西統計年鑒》統計，2017年廣西建筑業總產值較2000年增長了2 688%;2017年廣西房屋建筑施工面積較2000年增長了987%。與此同時，建筑材料的放射性水平也引起人們關注，逐步成為公眾關注的熱點。浙江紹興“義峰山放射性石料事件”再次引發人們對建筑材料放射性水平的重視。建筑材料的放射性水平是否對居民帶來危害亟須深入研究。

頁巖因其具有頁片狀的層理、致密均一、不透水、硬度低等特點，是建筑用磚的理想材料，在建筑業中得到大量使用。近年來，許多學者對建筑材料的放射性開展了相關研究[1-11]。陳益蘭等[1]研究發現廣西建筑主體材料除了部分煤渣磚超標外，頁巖磚、黏土磚、水泥、砌塊和混凝土等材料的內、外照射指數水平均符合國家標準。陸有榮等[2]對廣西裝飾建材進行了研究，認為花崗巖放射性水平較高，其致居民內照射年有效劑量當量附加值已超1 mSv的國家標準限值，其他類放射性水平較低。林武輝等[12]通過測量南海島礁工程中建筑材料的放射性核素含量，發現南海15個不同島礁最主要的建筑材料——珊瑚砂和珊瑚骨骼碎屑的放射性水平較低，僅為國際推薦限值的1%～10%，可應用于低本底實驗室建設，也可以作為高放射性建筑材料（煤灰渣、礦渣）生產過程中的添加劑（稀釋劑），有效降低建筑材料的放射性水平。潘自強[13]指出建筑材料的放射性水平的有效控制在我國天然輻射水平控制中扮演關鍵角色。

本研究通過現場采集樣品、測量分析、安全評估等方法，對廣西最常見頁巖行業的放射性水平進行了監測分析，并根據內照射指數、外照射指數等指標進行了放射性安全評估。通過研究建筑材料的放射性水平，旨在有效引導建材行業科學生產和環保化轉型，促進人們對建筑材料的合理使用，有效避免人們健康受到輻射損害，對規范生產和保護公眾健康有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及前處理

本研究從廣西全區的頁巖類建材行業中篩選出80多家典型企業，共采集固體樣品328個，其中原料232個、產品69個、固體廢物27個。采集的樣品在105 ℃烘箱內烘干后，進行粉碎、研磨過篩至60～90目，再取340 g固體樣品粉末密封在樣品盒中，放置30 d，以等待226 Ra與其子體達到放射性平衡。最后，通過低本底高純鍺（HPGe）γ譜儀（Canberra BE3830）測量樣品中放射性核素238 U、226 Ra、232 Th、40 K的放射性含量。

1.2 樣品測量與質量保證

所有樣品均在高純鍺（HPGe）γ譜儀上進行測量，儀器相對探測效率約為51%，對60Co 1.33 MeV能量分辨率好于1.88 keV，測量中所采用的標準物質由中國計量科學研究院提供。研究工作開展期間，實驗室定期對儀器進行穩定性檢驗，并繪制質量控制圖，以確保儀器的本底和探測效率持續保持穩定。此外，實驗室多年來一直參加全國放射性檢測能力驗證和實驗室間放射性測量比對等活動，結果均為滿意。

2 結果與討論

2.1 頁巖開發利用過程中的放射性水平

在頁巖開發利用過程中，原料、產品、固體廢物含有的放射性核素238U、226Ra、232Th、40K含量見表1。

由表1可見，原料中放射性核素238U的平均含量為425 Bq/kg，226Ra的平均含量為343 Bq/kg，232Th的平均含量為73.2 Bq/kg，40K的平均含量為524 Bq/kg;產品中放射性核素238U的平均含量為147 Bq/kg，226Ra的平均含量為130 Bq/kg，232Th的平均含量為90.9 Bq/kg，40K的平均含量為668 Bq/kg;固體廢物中放射性核素238U的平均含量為343 Bq/kg，

226Ra的平均含量為318 Bq/kg，232Th的平均含量為72.3 Bq/kg，40K的平均含量為630 Bq/kg。就樣品類型而言，原料、產品、固體廢物中的放射性核素平均含量均為40K>238U>

226Ra>232Th。就同一種放射性核素而言，238U、226Ra的平均含量均為原料>固體廢物>產品;232Th的平均含量為產品>原料>固體廢物;40K的平均含量為產品>固體廢物>原料。

2.2 頁巖開發利用過程中的放射性核素的轉移

對頁巖開發利用過程中，放射性核素在原料、產品、固體廢物中的轉移情況進行分析，并計算相應的富集因子，見表2。

由表2可知，從燒制前、后放射性核素的變化角度來看，238U、226Ra、232Th、40K的富集因子分布為0.48、0.53、1.17、1.25。從原料-產品-固體廢物的角度進行分析，在頁巖加工過程中，238U在原料-產品中的富集因子是0.35，原料-固體廢物中的富集因子是0.81;226Ra在原料-產品中的富集因子是0.38，原料-固體廢物中的富集因子是0.93;232Th在原料-產品中的富集因子是1.24，原料-固體廢物中的富集因子是0.99;40K在原料-產品中的富集因子是1.28，原料-固體廢物中的富集因子是0.75。結果表明，在燒制過程中，232Th、40K得到一定程度的富集，分別為232Th在產品得到富集，在固體廢物中未得到富集;40K在產品和固體廢物中均得到富集;而238U、226Ra在產品和固體廢物中均未出現富集現象，可能以其他途徑轉移。如238U在燃燒時可能形成部分揮發性的化合物而逸出[14]，具體原因有待在后續工作繼續深入研究。

2.3 內照射指數和外照射指數

根據表1中原料、產品、固體廢物中的放射性核素平均含量，評價內照射指數、外照射指數，計算方法為公式（1）（2），結果見表3。

公式（1）、公式（2）中，IRa、Ir分別為內、外照射指數，無量綱;ARa、ATh、AK分別為226Ra、232Th、40K的放射性含量，單位為Bq/kg。

由表3可見，從頁巖開發利用過程中的產出物來看，產品中IRa<1.0，Ir<1.0;固體廢物中IRa>1.3，Ir<2.8。根據《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）[15]中規定的內外照射系數及對建筑材料的劃分標準，頁巖類產品基本可用建筑主體材料、A類裝飾裝修材料，固體廢物可用作C類裝飾裝修材料或作為室外活動其他用途。

2.4 討論

常見的頁巖開發利用過程通常分為原料陳化、胚體成型、磚體燒結等過程，基本工藝流程如圖1所示。首先將頁巖、煤矸石、粉煤灰、工業廢渣等原料通過特定的配比，依次經破碎、篩分，混合攪拌后，送到陳化庫進行陳化處理。陳化后的混合料在成型車間被加工成型后，送至碼坯工位晾干。坯體干燥后，送到窯爐中在高溫下焙燒成合格的成品。在整個工藝流程中，固體廢物主要包括廢料、次品、破碎工序除塵器收集的粉塵、坯燒工序除塵器收集的煙塵等。

根據《可免于輻射防護監管的物料中放射性核素活度濃度》（GB 27742—2011）[16]中規定U系、Th系的天然放射性核素濃度免管濃度值為1 000 Bq/kg，從表1可見，原料、產品、固體廢物中均存在核素放射性含量高于免管水平的現象，并且集中在U系放射性核素238U和226Ra。通過對238U、226Ra的數據進行進一步整理分析發現，放射性含量高于免管水平樣品中，產品占3.1%、固體廢物占6.3%、原料占90.6%。由于頁巖制磚的原料通常為混合料，除頁巖本身外，還會摻雜一定量的煤矸石、粉煤灰、工業廢渣等添加物，這可能是導致原料中放射性水平偏高的原因。而在產品中，存在放射性水平偏高的現象，可能是生產工藝中的原料配比環節出現問題，可通過提高低放射性水平稀釋劑的添加比例，降低建筑材料的放射性水平。

3 結論

本研究通過測量廣西典型頁巖企業在開發利用過程中238U、226Ra、232Th、40K的含量，發現原料、產品、固體廢物中的放射性核素平均含量均為40K>238U>226Ra>232Th，238U、226Ra的平均含量均為原料>固體廢物>產品;232Th的平均含量為產品>原料>固體廢物;40K的平均含量為產品>固體廢物>原料。研究發現，在燒制過程中，232Th、40K得到一定程度的富集，而238U、226Ra均未出現富集現象，可能以其他途徑轉移。通過對比內、外照射指數，頁巖類產品基本可用建筑主體材料、A類裝飾裝修材料，固體廢物可用作C類裝飾裝修材料或作為室外活動其他用途。對于頁巖類建筑材料開發利用過程中原料、產品、固體廢物不同程度地出現放射性水平高出免管水平的現象，生產單位應改進生產工藝，調整原料配比，管理部門要加強輻射環境監管，以避免高放射性水平的產品流入市場，給公眾健康帶來危害。

參 考 文 獻

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[15]GB 6566—2010，建筑材料放射性核素限量[S].

[16]GB 27742—2011，可免于輻射防護監管的物料中放射性核素活度濃度[S].