覆土对渣堆氡析出率与伽玛辐射的影响试验

周芙蓉，杨寿南，黄星宇，王建军

覆土对渣堆氡析出率与伽玛辐射的影响试验

周芙蓉，杨寿南，黄星宇，王建军

（四川省核工业辐射测试防护院，成都 610066）

牦牛坪稀土矿的开发，对矿区及周围地区存在放射性污染问题。试验以牦牛坪的一个渣堆为研究对象，选择当地易取的亚砂土进行覆盖试验，研究不同覆盖厚度与氡析出率和γ辐射剂量率之间的关系，推荐最佳覆盖厚度。结果表明:覆土能降低渣堆的氡析出率和γ辐射剂量率，且厚度越大，氡析出率的降低系数越大。经综合分析，最终推荐最佳覆盖厚度为50 cm。

稀土矿渣堆；氡析出率；覆盖厚度；牦牛坪

自上世纪80年代以来，随着牦牛坪稀土矿的大量开发，与稀土矿共生的放射性核素被大量带出和废弃，造成了较严重的放射性污染，同时也使矿山周围本来十分突出的地质灾害增加［1-2］。目前，稀土矿山开发已逐渐成为凉山州环境影响面广、污染面源严重、地质灾害隐患很大、同时放射性污染并存的一个地区，其矿山地质环境问题也逐步凸显，甚至干扰和影响了当地居民正常的生活和生产活动。如何防治减少矿山放射性污染及地质灾害的发生，对矿山的可持续发展有着非常重要的意义，同时可以为缓解矿山开采引发的当地民众矛盾作出贡献，对当地的社会稳定工作起到积极作用。

1　项目实施背景

牦牛坪年采掘稀土原矿101.5万吨，产稀土精矿3.8万吨，产量占全国轻稀土矿的24.07%。2006年稀土产量达4.92万吨（稀土精矿），实现工业增加值2.6亿元，税收6 300万元，占全县财政总收入的三分之一。稀土产业成为县工业经济的重要支柱。

但是由于稀土矿山的早期开发缺乏总体规划，稀土矿开采星罗棋布，稀土加工企业不成规模、各自为阵，没有一个明确的发展方向和目标，长期以来均处于“小、散、乱、差”的状况。加之资金投入的不足，技术力量落后，原矿利用率低造成矿产资源浪费较大。更为严重的是，在矿山开发过程中，大量的剥采开挖以及弃渣随意倾倒、堆放，已在矿区形成了大量高陡边坡。尾矿废渣、废石堆积如山，局部已出现边坡变形甚至滑坡现象，还有大量弃渣和尾矿堆积堵塞在瓦维埃河和南河上游等地区，环境破坏和地质灾害隐患问题越来越突出。此外，该矿区稀土矿与铀、钍矿化共生，稀土矿的开发也使得与其伴生的放射性核素被大量带出。目前，牦牛坪采矿场堆矿场地及废（矿）石堆的铀、钍比活度较高，一般在200～1 000Bq/kg，最高1 701.7Bq/kg。γ辐射吸收剂量一般在（18～50）×10-8Gy/h，最高可达75.2× 10-8Gy/h，大都超过当地本底水平［3］。部分尾渣在雨水的冲蚀下流入河体，使河水水质受到轻微放射性污染。

图1　矿区地形地貌图

图2　覆盖试验用土源

2　研究方案

2.1研究场地选取

试验地的选取应具有一定的代表性，不仅考虑了当地的海拔、地形、气候、交通状况和土源的获取等自然环境条件，还充分考虑了当地的社会条件和社会影响等因素。试验通过对矿区的7个渣堆进行γ辐射剂量率及氡析出率水平调查测定，最终选出二者水平最高的6号渣堆进行覆盖试验。

图4　现场监测图

2.2场地现状监测

课题组于2013年3月开始进行牦牛坪稀土矿区的氡析出率和γ辐射剂量率监测，主要选取7个渣堆进行监测，每个渣堆选5个固定监测点。根据监测结果，选定6号渣堆进行氡析出率和γ辐射剂量率的长期监测（3月～10月），同时测定渣堆的含水率、空气湿度、空气压力等气象条件。然后根据监测结果确定在近似年平均值时间的4月～6月进行覆盖试验。2014年4 ～6月进行覆盖试验，监测覆土厚度100cm、80cm、60cm、50cm、40cm、30cm、20cm和0cm的氡析出率和γ辐射剂量率，同时测定各个覆盖厚度下土壤的含水率、空气湿度、空气压力等气象条件。试验仪器设备见表1。

2.3研究实施方案

试验以当地易取的含少量砾石的亚砂土为覆盖材料，测定其干容重、含水率、γ辐射剂量率和氡析出率，且使覆盖层密实度达到90%［4］。亚砂土含少量砾石，干容重1.53 g/cm3，含水率为17.4%，γ辐射剂量率为21.3×10-8Gy/h，氡析出率为0.320 Bq/m2s。具体试验方法如下：

1） 覆盖试验前，先测量覆盖厚度为0cm时试验地的氡析出率、γ辐射剂量率以及相应的气象参数，选择固定的5个点进行测量，每个点读2次数。

2） 一次性覆盖到100cm厚，测量试验地的氡析出率、γ辐射剂量率、覆盖层的含水率以及相应的气象参数，选择已有的5个点进行测量，每个点读2次数，共测量2次，平均约每7天测量1次。

3） 将覆盖层削减80cm后，测量试验地的氡析出率、γ辐射剂量率、覆盖层的含水率以及相应的气象参数，选择已有的5个点进行测量，每个点读2次数，共测量2次，平均约每7天测量1次。

4） 按上述 （3） 的方法，依次分别测量60cm、50cm、40cm、30cm和20cm覆盖厚度下的氡析出率、γ辐射剂量率、覆盖层的含水率以及相应的气象参数，选择已有的5个点进行测量，每个点读2次数，共测量2次，平均约每7天测量1次。

表1　主要仪器设备

3　结果与讨论

氡析出率测定受气象影响较大，在工程实践中，公认比较合理方法是：各废石堆的氡析出率的测定，最好能选择一代表性的地段进行一年的监测，并求出平均值，在其它地段氡析出率的测定，应选择在近似年平均值的时间进行。因此，有必要对氡析出率年变化规律进行探讨，以利于对覆盖厚度的合理计算与优化研究［5］。

通过对矿山区域的7个渣堆的γ辐射剂量率及氡析出率水平调查测定，最终选定具有6号渣堆作为研究对象。2013年3～10月，课题组在6号渣堆选择的5个固定监测点进行全年氡析出率和γ辐射剂量率的监测，同时测定了渣堆的含水率、空气湿度、空气压力等气象条件，并对监测数据进行了整理统计，结果见表3。从表2和图5可以看出，氡析出率受多种气象因素的作用，且受气象影响较大，而4月至6月间渣堆的氡析出率接近年均值，因此覆盖试验选在2014年～6月间进行。

由于在雨天对氡析出率的测量影响较大，所以在有雨的天气不对覆盖层的氡析出率进行测量。在监测各覆盖层的氡析出率和γ辐射剂量率的同时，记录相应的气象参数。试验结果表明，氡析出率随着覆土厚度的增加而减小（表3），且覆土厚度越大，氡析出率的降低系数越大，说明抑制氡析出率的效果越好。但当覆土厚度达到50cm后，覆土厚度的增加对氡析出率的相对降低系数减小。

按照双区扩散理论Xc∝ln（Jt/Jc），经线性拟合可以得到覆土关系式为：Xc=160.8ln（Jt/Jc）-6.67。

从图6可以看出，覆土对渣堆的贯穿辐射剂量具有一定的屏蔽效应，当覆土厚度达到50cm时基本接近土源的贯穿辐射剂量值。综合考虑植被生长所需的土层厚度最低限值为20cm，因此推荐最佳覆盖厚度为50cm。

表2　氡析出率及气象年变化规律分析

图5　试验渣堆氡析出率年变化趋势

表3　不同覆盖厚度与氡析出率的关系

图6　覆盖厚度与γ辐射剂量率的关系曲线

4　研究结论

课题以冕宁牦牛坪稀土矿的渣堆为研究对象，选择当地易取的含少量砾石的亚砂土进行覆盖试验。试验结果表明，渣堆的氡析出率和γ辐射剂量率随着覆盖厚度的增加而减小，且渣堆的氡析出率的相对降低系数随着覆盖厚度的增加不断减小。当覆盖厚度达到50cm后，渣堆的γ辐射剂量率基本与土源的本底值相当。按照双区扩散理论Xc∝ln（Jt/Jc），经作图法定出斜率B为160.8，截距A为-6.67，确定覆土厚度与抑制氡析出率的关系式为：Xc=160.8ln（Jt/Jc）-6.67。综合分析，最终推荐最佳覆盖厚度为50cm。

［1］ 沈波，马东涛.牦牛坪稀土矿矿山地质环境问题及治理［J］. 中国矿业，2012，21（5）:67～70.

［2］ 刘徽平，胡咏梅，钟明龙.我国稀土放射性核素研究进展［J］. 有色金属科学与工程，2013，4（4）: 103～106.

［3］ 钟贵江.四川省冕宁县稀土矿区放射性环境调查与评价［D］. 成都:成都理工大学，2011:29～43.

［4］ 周星火，邓文辉.覆土密度对降低氡析出率的影响试验研究［J］. 铀矿冶，2004，23（1）: 41～43.

［5］ 杨龙泉.某退役铀矿山废石堆氡所治理技术研究［D］. 上海: 华东理工大学，2010: 37～69.

Research on The Effect of Covering Soil Thickness on Radon Exhalation Rate And γ-Radiation of Slag Muck

ZHOU Fu-rong YANG Shou-nan HUANG Xing-yu WANG Jian-jun
（Sichuan Radiation Detection and Protection Institute of Nuclear Industry， Chengdu 610066）

The development of the Maoniuping REE deposit resulted in radioactive pollution. This study searches after the relation of covering soil thickness with and radon exhalation rate/γ-radiation in order to obtain optimum covering soil thickness. The results show that radon exhalation rate and γ-radiation of slag muck are reduced with covering soil thickness with best covering soil thickness of 50 cm.

Maoniuping； slag muck； radon exhalation rate； covering soil thickness

P631.6

A

1006-0995（2015）04-0614-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.032

2014-10-23

周芙蓉（1986-），女，四川德阳人，博士，主要研究方向环境污染治理