湖北省伴生放射性礦開發利用的放射性水平調查與評價

劉 暢，王 娟，劉建華，楊少波，羅 瓊

（湖北省核與輻射環境監測技術中心，武漢 430072）

伴生放射性礦是指原礦、中間產品、尾礦（渣）或者其他殘留物中鈾（釷）系單個核素含量超過1 Bq?g-1的非鈾（釷）礦，在其開采、精選、冶煉等開發利用過程中，其中的天然放射性核素可能會進一步富集并進入環境，從而對環境造成一定的放射性污染［1-3］。為貫徹落實黨中央、國務院關于全面實施生態文明建設和綠色發展的戰略部署，了解伴生放射性礦放射性污染對環境的影響，減輕人員可能受到的內、外照射，推動伴生放射性礦行業健康發展，2016年我國啟動了全國第二次污染源普查伴生放射性礦普查工作，并根據普查結果發布了一系列部門規章和技術標準，對伴生放射性礦產資源開發利用項目提出了相關管理要求。

湖北省礦產資源種類較多，分布廣泛，全省13個市（州）和4個省直管行政區均有分布，資源稟賦居全國中游，截至2015年底，全省已發現礦種149個，其中有查明資源儲量礦種92個，分別占全國已發現172個礦種和已查明162個礦種的86.6%和56.8%［4］。但湖北省礦床規模總體偏小，中貧礦、難選礦多，小型及小礦占礦產地總數74.33%。隨著礦業結構調整和轉型升級，礦產資源開發利用企業現狀距第一次全國污染源普查伴生放射性礦普查時也發生較大變化，目前存在伴生放射性礦企業底數不清，輻射環境現狀不明，監督管理制度不健全、可操作性不強等問題［5-8］。本文旨在通過對湖北省礦產資源開發利用項目開展輻射環境影響調查，了解目前伴生放射性礦企業數量、空間分布、放射性水平、放射性廢物數量及處置情況等，并摸清湖北省礦產資源開發利用過程中可能造成輻射環境影響較大的礦產種類，為建立湖北省礦產資源開發利用輻射環境監督管理名錄、規范礦產資源開發利用項目輻射環境監督管理等提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究對象和范圍

本次研究在《第二次全國污染源普查伴生放射性礦普查監測技術規定》中稀土、銅、煤、鋁、鉬、金等15類礦產的基礎上［9］，增加了頁巖、錳礦等地方特色礦產。對湖北省內這17種礦產資源采選和冶煉過程中產生的原礦、精礦、尾礦（渣）和放射性廢水開展調查研究工作。建立初測初步名錄，選定465家企業開展現場監測及調查研究。

1.2 現場監測

根據《環境地表γ輻射劑量率測量規范》（GB/T 14583-93）對初測企業開展γ輻射劑量率現場監測工作。在現場監測過程中，排除礦企名稱重復、管理公司旗下無礦點、已停工拆除設備、截至2017年底已關閉無礦堆等企業27家，最終對438家企業開展了γ輻射劑量監測。

1.3 樣品采集

初測企業符合篩選條件中任一標準即納入詳查［10］，具體篩選條件見表1。對納入詳查的企業采選、冶煉過程產生的原礦、精礦、固體廢物（尾礦、廢渣）和廢水開展樣品采集工作。固體樣品采用對角線型、梅花形、蛇形或棋盤型采樣法進行，各點采得的樣品混合在一起成一個完整樣。廢水在被調查企業專門處理放射性廢水車間的排放池和總排放口分別采樣。

表1 伴生放射性礦詳查企業篩選方法Table 1 Selection methods of associated radioactive ore detailed inspection enterprises

1.4 樣品前處理與分析

采集的固體樣品除去石塊、雜草等異物后，在105℃下烘干至恒重，粉碎過篩至100目以上，稱重后密封于樣品盒中，放置3-4周后用高純鍺γ能譜儀測量238U、226Ra和232Th等放射性核素。水樣采集后，用純硝酸酸化到pH=1～2后，根據標準開展水中總U、總Th、226Ra和總α、總β放射性分析。具體分析方法見表2。

表2 實驗分析方法Table 2 Experimental analysis methods

1.5 質量控制

本次調查中使用的監測儀器均在檢定有效期內，其中γ譜儀、低本底α/β測量儀等大型儀器按照要求進行泊松分布和長期可靠性檢驗，繪制質控圖。抽取10%以上的固體樣品進行平行雙樣測定、留樣復測等，并進行了質控樣考核，相對偏差均在允許范圍內。

2 結果分析

2.1 湖北省礦產資源開發利用項目放射性水平調查

調查結果顯示，湖北省礦產資源開發利用企業涉及的礦產類型主要為煤礦、磷酸鹽礦、鐵礦和銅礦，分別占本次調查企業總數的31.4%、23.9%、17.8%和12.9%。在開展監測的438家企業中，γ輻射劑量率超過“當地本底水平”150 nGy·h-1的企業有14家，超過當地本底水平100～150 nGy·h-1的企業有10家，其余均未超過當地本底水平100 nGy·h-1。現場監測及采樣分析結果顯示，湖北省詳查企業共有21家，其中，有14家現場監測γ輻射劑量率超過“當地本底水平”150 nGy·h-1；7家固體樣品U、Th系任一核素活度濃度大于0.3 Bq·g-1。詳查企業主要分布在恩施州、黃石、襄陽、宜昌和十堰市，涉及的礦產種類主要有煤、銅、鉛/鋅、釩、鋁、鐵和頁巖礦，具體分布見圖1。

圖1 湖北省伴生放射性礦詳查企業礦產種類分布圖Fig.1 The distribution of mineral types of associated radioactivity in Hubei Province

2.2 詳查企業固體原料、固體廢物的放射性水平

詳查企業固體原料及固體廢物的放射性核素水平見圖2～圖3。由圖2可知，原料中鉛/鋅礦和煤礦的放射性水平相對較高，其中，鉛/鋅礦中238U和226Ra平均比活度大于1 Bq·g-1；煤礦中238U平均比活度大于1 Bq·g-1，226Ra平均比活度大于0.3 Bq·g-1；銅、釩、頁巖礦中238U和226Ra平均比活度均大于0.3 Bq·g-1；鋁礦中232Th平均比活度大于0.3 Bq·g-1。

圖2 固體原料中放射性核素水平Fig.2 Radioactivity concentrations in mine core materials

由圖3可知，固體廢物中鉛/鋅礦、煤礦和頁巖礦的放射性核素水平相對較高，其中，鉛/鋅礦固體廢物中238U和226Ra含量平均大于1 Bq·g-1；煤矸石中238U大于1 Bq·g-1，226Ra大于0.3 Bq·g-1；頁巖廢石中238U含量略低于1 Bq·g-1，226Ra含量大于0.3 Bq·g-1；銅礦廢石、釩礦廢渣、鐵礦尾礦中238U和226Ra含量均大于0.3 Bq·g-1。

圖3 固體廢物中放射性核素水平Fig.3 Radioactivity concentrations in solid wastes

根據表3可知，采集的樣品中鈾（釷）系單個核素活度濃度超過1 Bq·g-1的樣品數為11個，占總樣品比例為33.3%，煤礦及煤矸石中鈾（釷）系單個核素活度濃度超過1 Bq·g-1的樣品比例較高，分別為40%和70%。鈾（釷）系單個核素活度濃度超過1 Bq·g-1的企業共8家，其中煤礦企業7家，均位于恩施州；鉛/鋅礦企業1家，位于宜昌市。238U、232Th、226Ra任一核素比活度大于1 Bq·g-1時，γ輻射劑量率值均大于161 nGy·h-1。根據相關文獻可知［11-13］，226Ra、232Th任一核素比活度為1 Bq·g-1時（同時假設其他核素活度濃度為0），對應的地表1 m處的γ輻射劑量率值處于357～666 nGy·h-1，因為現場監測的方式在實際工作中更為便捷，更具有操作性，建議今后實際工作中可優先采取現場監測γ輻射劑量率的方式對礦產資源開發利用企業進行監督管理。考慮到其他核素的影響，建議當現場監測γ輻射劑量率大于150 nGy·h-1再采樣檢測確定是否需要納入監管名錄。

表3 γ輻射空氣吸收劑量率與放射性核素含量Table 3 Air absorbed dose rate ofγradiation and radionuclide content

根據表4，由固體廢物與固體原料中核素活度濃度比值可知，在煤、鉛/鋅礦行業，固體廢物中232Th的放射性水平明顯高于原礦，232Th得到2-3倍的富集；頁巖礦、釩礦固體廢物中的238U、226Ra及銅礦固體廢物中的226Ra有富集趨勢，但是富集程度不明顯。這表明，伴生放射性礦開發利用過程中，不同礦產類型238U、232Th、226Ra的遷移程度不同。對于煤、鉛/鋅礦及釩礦行業，應重點加強對采選和冶煉過程中產生的煤矸石、冶煉廢渣、尾礦的管理；同時應加強銅礦和頁巖礦開采過程中產生的廢石的管理，避免固體廢物隨意堆放對周圍環境造成放射性污染。

表4 固體廢物及物料的天然放射性水平比值Table 4 The ratio of the natural radioactivity level of solid waste and materials

2.3 伴生放射性物料和固體廢物調查情況

伴生放射性物料、伴生放射性固體廢物是指非鈾（釷）礦產資源開發利用活動中鈾（釷）系單個核素活度濃度超過1 Bq·g-1的原料、中間產品和固體廢物［14］。湖北省伴生放射性物料及固體廢物的礦產種類主要為煤礦和鉛/鋅礦，截至2017年底，湖北省伴生放射性煤礦產生量為15.7萬噸，伴生放射性煤矸石產生量為2萬噸，露天建庫暫存后綜合利用；因鉛/鋅礦企業已關閉，無伴生放射性物料使用或產生，鉛/鋅尾礦堆存在尾礦庫，有專人負責看管。

2.4 廢水的放射性水平

本次調查僅采集到一份廢水樣品，礦產種類為頁巖礦，其他企業產生的廢水處理后循環使用不外排。由表5可知，該廢水中總α和總β滿足《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）中規定的總α≤1 Bq·L-1、總β≤10 Bq·L-1的排放限值。

表5 廢水中核素的活度水平Table 5 Radioactivity concentrations in waste water

3 結論及建議

3.1 結論

（1）研究表明，湖北省非鈾（釷）礦產資源開發利用中使用或產生的固體原料及固體廢物中，煤、銅、鉛/鋅、釩、鋁、鐵和頁巖礦的放射性水平較高，其中鈾（釷）系單個核素平均含量超過1 Bq·g-1的礦產類型主要為鉛/鋅礦和煤礦，應加強對湖北省內鉛/鋅礦和煤礦行業的輻射安全管理。

（2）截至2017年底，湖北省伴生放射性煤礦產生量為15.7萬噸，伴生放射性煤矸石產生量為2萬噸，煤矸石暫存后綜合利用；鉛/鋅尾礦在尾礦庫堆存。建議加強對伴生放射性物料和固體廢物的輻射監管，按要求貯存，避免對周圍環境造成放射性污染。

（3）本次開展現場監測的438家非鈾（釷）礦產資源開發利用企業中有94.5%的企業固體原料及廢物表面1 m處的γ輻射劑量率未超過本底水平100 nGy·h-1，對周圍環境影響較小；超過100 nGy·h-1的企業有24家，其中超過150 nGy·h-1的企業有14家。固體原料或廢物中鈾（釷）系單個核素活度濃度超過1 Bq·g-1的企業有8家，主要位于恩施州和宜昌市，根據《伴生放射性礦開發利用企業環境輻射監測及信息公開辦法（試行）》（國環規輻射［2018］1號），應定期開展環境輻射監測并進行信息公開。

3.2 存在的問題及建議

（1）本次調查的廢水中總α和總β活度濃度滿足《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）中規定的總α≤1 Bq·L-1、總β≤10 Bq·L-1的排放限值，但對于鈾、釷、鐳等核素并沒有可以參照執行的標準。同時本次調查的廢水監測數據相對較少，代表性較差，建議今后加強對礦產資源開發利用放射性廢水的研究工作，深入開展伴生放射性礦廢水排放標準的制定，進一步明確鈾、釷、鐳等核素的排放濃度限值。

（2）建議在核安全與放射性污染防治“十四五”規劃中制定完善伴生放射性礦監督管理制度，推動地方行業主管部門對伴生放射性礦污染的重視，加大對市級環境保護輻射管理人員天然放射性核素監測能力的培訓，提高伴生放射性礦企業對伴生放射性礦的輻射防護意識，同時應持續關注其他詳查及新建企業固體原料及廢物的放射性水平，任一批次任一物料或廢物中鈾（釷）系單個核素含量超過1 Bq·g-1即納入輻射環境監督管理名錄，并及時更新名錄信息。

（3）雖然《伴生放射性礦開發利用企業環境輻射監測及信息公開辦法（試行）》（國環規輻射〔2018〕1號）中對除鈾（釷）礦外所有礦產資源開發利用活動中原礦、中間產品、尾礦（渣）或者其他殘留物中鈾（釷）系單個核素含量超過1 Bq·g-1的企業提出了環境輻射監測的要求，但對于γ輻射空氣吸收劑量率、液態流出物、土壤中鈾（釷）系單個核素等并未明確規定管理與評價要求，因此，建議進一步開展伴生放射性礦開發利用環境輻射限值相關標準的研究制定。

（4）在今后對礦產資源開發利用企業環境輻射監督管理過程中，建議可優先采取現場監測的方式，即當γ輻射劑量率大于150 nGy·h-1時再采樣檢測確定是否需要納入監管名錄。