地浸采铀设施氡的辐射照射及其控制措施

张学礼，徐乐昌（核工业北京化工冶金研究院，北京　101149）



地浸采铀设施氡的辐射照射及其控制措施

张学礼，徐乐昌
（核工业北京化工冶金研究院，北京101149）

摘要：本文介绍了地浸采铀过程中氡的释放特点、空气中氡的浓度水平、职业照射剂量水平及其相应的控制标准等。从空气污染预防与控制、事故应急、环境管理等方面总结和提出了控制地浸采铀过程中氡浓度的有关对策和措施，并对2个有关降氡典型实例进行了分析。这将有助于降低地浸采铀职业照射有效剂量，保障地浸采铀职业健康安全和保护环境。

关键词：地浸采铀；氡；辐射照射；污染防治；控制措施

众所周知，与常规铀矿采冶工艺相比，地浸采铀具有诸多优点，如较短的建设周期、较低的生产成本、较小的地表环境污染，以及能节约大量矿山建设用地等，因而其在世界天然铀产量中所占份额越来越大。2010年地浸采铀产量占世界天然铀总产量的41%［1］，2014年已升至46%［2］。

目前，哈萨克斯坦仍是全球最大产铀国，其所生产的天然铀工艺几乎全部为地浸。独联体国家的地浸采铀工艺基本上采用了酸法或微试剂浸出，美国地浸铀矿山则全部采用碱法（中性）浸出工艺［3］。目前，我国的地浸采铀已取得重大技术突破，工业生产实践中已采用CO2+O2中性地浸采铀技术。预计在2016年，应用此技术生产的天然铀产品将占我国年生产量的50%［4］，成为我国主要的铀矿采冶技术。

地浸采铀三废产生量虽比常规开采大为减少了，但对开采单元周围地下水的影响不容忽视。地浸采铀的工作人员虽然不必进入井下环境，不必进行矿石破碎，但在生产中仍然存在一些放射性职业病危害因素，其中主要的职业病危害因素是氡及其子体［5］。为降低地浸采铀工作人员氡的职业照射危害，本文总结并提出了在地浸采铀过程中氡污染预防与控制措施，为地浸采铀项目工程设计、环境影响评价、工程验收以及运营管理等环节的污染防治措施提供一定的参考。

1　地浸采铀设施氡的释放与辐射照射

1.1工艺流程简介

地浸采铀是将配制好的溶浸剂通过注液钻孔注入井场的含矿含水层，使溶浸剂在一定压力下沿矿层渗透或扩散，待溶解其中的铀后通过抽液钻孔抽出溶浸液，再将溶浸液进行加工处理而得到铀产品的过程。其工艺流程如图1所示。

图1　地浸采铀工艺流程及222Rn主要释放环节Fig.1 The process and radon major release link of in-situ leaching of uranium

1.2氡的主要释放环节

地浸采铀的主要氡污染源有集液池、过滤器、淋洗液池、配液池、反渗透装置以及蒸发池等。集液池、过滤器的222Rn来源于溶浸液中溶解的222Rn的释放；溶浸液经输送到集液池后，因压力降低，使溶解的222Rn气体迅速释放到集液池周围的大气环境中［6］。配液池、淋洗液池的222Rn来源于尾液、合格液及贫液中222Rn的析出；工艺废水反渗透处理装置的222Rn来源于沉淀母液、反冲及转型废水中222Rn的析出释放。蒸发池的222Rn来源主要有两部分：一是池内废液蒸发时，其中溶解的222Rn会随之析出一部分；二是在蒸发池干涸状态下，其中滩面中遗留的放射性固体残渣表面析出的222Rn。

污染源氡的释放量主要与含矿含水层地下水中222Rn浓度，溶浸液中的U天然、226Ra含量，集液池、蒸发池、配液池、淋洗液池的面积等因素有关。地浸采铀生产工艺的主要放射性污染物及来源见表1，氡的释放主要环节如图1所示。

表1　地浸采铀生产工艺主要放射性大气污染物及来源Table1 Mainlyatmosphericpollutantsandradioactivesources in the production process of in-situ leaching of uranium

1.3氡释放量

在地浸采铀工艺中，氡释放量与溶浸液提升方式有关。如当只采用潜水泵提升溶浸液时，只有其中溶解的222Rn会释放进入大气环境；而当采用空压机与潜水泵相结合提升溶浸液时，除溶浸液中的222Rn外，压入空气的同时还会将地层中的222Rn一起携带出来［7］。

在地浸采铀中，氡最主要来源于抽液提升压缩空气中的氡，还有溶解在溶液中的氡（由集液池等处排出）。据估算，七三七地浸采铀工程中，每生产1 t铀，约产生1.22×1011Bq的氡［6］。由此可见，地浸采铀所产生的氡量是较大的，对氡的问题应引起重视。

1.4职业照射剂量水平

地浸采铀工作人员的照射剂量相对较低，一般在1.25～1.52mSv·a-1，详见表2。

表2　历年地浸采铀工作人员年均个人受照剂量统计［8］Table 2 The staff annually individual radiation dose over the years in-situ leaching of uranium

地浸采铀氡及子体产生量降低，故工作人员所受氡及子体照射减少，仅为铀矿井下工人受照剂量的1/6～1/4。因此，地浸采铀较常规采铀而言，是氡及子体废物量较少和工作人员危害较低的技术。尽管如此，从辐射防护最优化原则出发，应在考虑经济和社会因素后，要求人员受222Rn及子体照射保持在“可合理达到的尽可能低”（As Low As Reasonably Achievable，简称ALARA）的水平。

2　有关控制标准要求

2.1222Rn及子体控制限值

核行业标准EJ 993—2008《铀矿冶辐射防护规定》［9-12］对铀选冶厂工作场所空气中222Rn及子体控制限值作了如下规定：222Rn活度浓度不超过1.1 kBq·m-3，222Rn子体α潜能浓度不超过1.6μJ·m-3。

2.2个人剂量限值与约束值

国标GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》［13］规定职业照射剂量限值为20 mSv（指连续5 a的年平均有效剂量，但不可作任何追溯性平均），公众照射剂量限值为1 mSv·a-1。国标GB 23727—2009《铀矿冶辐射防护和环境保护规定》［14］规定了铀矿山和选冶厂一般情况下的职业照射剂量约束值取连续5 a的年平均有效剂量不超过15 mSv·a-1，公众中有关关键人群组的成员所受照射的剂量约束值取连续5a的年平均有效剂量不超过0.5mSv·a-1。

3　预防与控制氡污染的对策与措施

3.1预防与控制措施

为预防和控制空气氡污染，实践中采取下列有效的预防与控制措施：

（1）尽可能采用潜水泵提升

当采用空气提升溶浸液时，除了要建立辅助输送泵站并将溶浸液送入集液池之外，井口需安装气液分离装置。该装置应设在井场年主导风向的下风向，且与最近的居民区留有足够的防护距离。集液池设在集液泵池的下风向。严禁将抽出的溶浸液直接泵入集液泵池中。

当采用潜水泵提升溶浸液时，无需辅助输送泵站，将溶浸液直接从抽出井抽至集液池；效率高、运行费用低。采用潜水泵平缓地提升溶浸液，且在封闭的系统内进行溶浸液的传输，能避免氡气的释放及溶浸液的泄漏。

（2）采用全闭路循环系统

吸附尾液经管线直接与注液泵相连，注入注液总管，然后分配到各支管注入矿层；集液—吸附—注液等环节为全闭路循环系统，不设置配液池和集液池，以减少氡的释放。

（3）保持适当压力操作

中性浸出时，整个溶浸液处理回路保持在一定压力下操作，以控制CO2和氡气的析出。

（4）进行密闭、隔离与通风

集液泵池应与控制室隔开，泵房内应安装排气装置，使氡浓度尽可能降到标准限值以下。水冶厂车间有针对性地采取密闭、隔离等措施是有效降低氡浓度的方法。

溶浸液处理厂房采取机械通风方式，由烟囱（高出周边50 m范围内最高建筑物屋脊3 m以上）排入环境，经大气稀释扩散后，氡及其子体对环境影响较小。表3给出了某地浸采铀水冶车间安装的通风机的有关情况，各排放口气体流量采用风机设计流量。

（5）合理布置厂区

地表设施应按当地常年年风频最小方向做如下布置：生活居住地布置在地浸设施的下风侧；非控制区布置在控制区的下风侧；废物存放系统布置在地浸场、水冶设施的上风侧。

（6）防止管网泄漏与冻裂

应确保抽注液管道不泄漏释放氡，为此必须保证管道、阀门及仪表质量（包括密封性、耐用性、抗腐蚀性等），阀门、管道接头处均应采取有效的密封措施和防渗漏装置。在管网安装完成后进行压力测试，防止发生溶液的跑、冒、滴、漏等现象。酸法地浸溶浸剂下注时，尽量采用自然注液，使溶液处于无压状态，可避免注液管道破裂［15］。

为防止室外管网冻裂，所有管网均应尽可能埋于地表冻土层以下。集控室周围的管网，在地表以下的用土填埋，其余地表管线包覆保温层。配备应急柴油发电机，在冰冻期意外停电时保证电力供应以使抽注液连续进行，防止地表管线冻裂。

（7）妥善处理与处置蒸发池内的残渣

在生产期间蒸发池内应保持一定水量，避免扬尘和减少氡的析出。

在终产后的退役期间，对蒸发池内沉积的废渣进行监测，确定其放射性活度。根据其活度的大小，对原地覆盖和清除这两个处置方案进行效果和经济方面的综合评价，确定蒸发池中的废渣处理方案。当放射性比活度处于清洁解控水平范围内，则经审管部门批准后可作一般废物处理，此时只需进行一般的地形地貌及生态恢复；当放射性比活度达不到清洁解控水平时，若采用覆盖降氡治理方案，则应根据其放射性比活度和覆盖试验，确定覆盖材料、覆盖厚度及覆盖结构；当有废物接收场地时，则可采用清除方案，将其运至其他铀矿山废物贮存设施（如尾矿库）集中处置。

表3　某地浸采铀水冶车间通风设备Table 3 The ventilation equipments of a metallurgy plant

（8）开展定期监测

在地浸井场、溶浸液处理车间等工作场所及厂界外最近居民点或人员经常停留的地方设置空气222Rn及子体监测点，并选择离开厂区不受污染物影响的位置设为对照点。开采前的本底调查应不少于1年，监测频次不少于2次；生产期间每季度监测1次［16］。

依据国标《环境空气中氡的标准测量方法》［17］对空气中222Rn及子体进行监测。采样口位置距离地面高度约1.5 m；采样器经过计量检定，确认性能良好方可采样；记录采样条件，以将采样体积换算为标准状态下的体积。

3.2事故应急措施

地浸采铀时为有效控制溶浸液中氡的释放，应防止因管道渗漏和破裂而导致溶浸液外泄。

（1）管道破裂预警

值班人员每天定时察看各钻孔上在线流量计所记录的流量，一旦发现溶浸液的流量出现骤然变化时，及时判断是否发生管道破裂事故；每天通过系统监控或现场巡查原液管道运行状况和进塔流量情况，及早发现事故隐患并及时处理（如记录、报告等）。

（2）应急补救措施

当出现管道破裂事故，立刻采取有效的补救措施（如立即停产、故障排查、堵漏、焊接、修补、更换等），且应确保渗漏或外溢的溶液全部收集到事故池内，并对收集液进行妥善处理。

3.3环境管理措施

在地浸采铀过程中，为确保达到更好的氡污染防治效果，还应采取如下环境管理措施：

（1）进一步增强地浸采铀工作人员的安全与环境保护意识；操作人员必须取得相应的岗位培训合格证后才能上岗、严格遵守操作规程、经常进行巡视与检查；操作人员必须接受辐射安全培训、佩戴每季度更换的个人剂量计。建立健全个人剂量和职业健康档案管理制度。

（2）主要操作岗位人员每天工作6 h，以减少辐射危害；在工作场所（不包括办公场所）一律穿戴劳动保护用品，严禁进食和吸烟；定期清洗工作服。

（3）制定生产设备的巡查和定期检测制度，确保生产设备的正常运行。

（4）制定事故应急预案，并定期对其进行演练、评审和修订。一旦发生事故，按照应急预案进行事故处理和开展应急环境监测。

4　典型实例

（1）全闭路循环系统的应用

2014年7月，某地浸采铀试验水冶厂放弃集液槽，完成了全流程的集液—吸附—注液等环节的全闭路循环系统改造。试验水冶工艺流程中不设集液池，溶浸液通过集液主管经袋式过滤器直接进入吸附塔，再经吸附塔后从注液主管直接回到注液孔内，实现了集液—吸附—注液等环节的全闭路循环。水冶厂房内无溶浸液直接向外环境释放222Rn。表4给出了2014年度水冶厂改造前后4次氡及子体浓度监测结果。从表4可见，试验水冶厂改造前的氡及子体浓度很高，均值为改造后的10多倍，改造后厂房内氡及子体浓度明显降低，氡浓度已接近环境背景水平。

表4　水冶车间空气中氡及子体浓度监测结果Table 4 The results of radon and its daughters in the air at the metallurgy plant

表5也给出了该试验水冶厂周围环境空气中氡及子体浓度监测结果。从表5可见，厂界外环境及地浸井场内空气中氡及子体浓度都很低，氡浓度处于背景水平。由于地浸井场与厂界外均处于室外开阔与敞开环境下，利于222Rn在大气中稀释扩散，因而这些地方的222Rn及其子体浓度都很低。可见，地浸采铀氡的危害主要体现为职业危害，而氡及子体对周围公众的影响较小。

表5　水冶厂周围环境空气中氡及子体监测结果Table 5 The results of radon and its daughters in the air near the metallurgy plant

（2）密闭、隔离与通风

有针对性地采取密闭、隔离、通风等措施也是降低空气中氡浓度的有效方法。如某地浸铀矿山试运行期间在采取下列整改措施后，有效地降低了氡浓度，见表6：①将水冶厂低跨车间淋洗液池与过滤器处、反渗透装置隔开；②将配液池棚与低跨车间之间的墙体进行加固与密闭；③在反渗透装置、过滤器处上部分别加装1台/套通风系统［5］。从表6可见，整改后的工作场所氡浓度降幅为9.0%～98.3%，平均为64.1%；除配液池棚外，其他高氡浓度工作场所的降幅最为明显。

表6　整改前后不同工作场所氡浓度监测结果Table 6 Radon concentrations at the different workplace before and after the rectification

此案例表明在地浸采铀中一定要对氡源采取密闭措施，以防止氡析出后扩散至工作场所。在地浸采铀过程中不能忽视吸附尾液、淋洗液、合格液及贫液中都会有222Rn析出的问题，一旦对此认识不足而不采取有效防降氡措施就会使工作场所氡浓度超标。

5　结束语

本文从铀矿地浸开采过程中氡的释放特点入手，总结并提出了地浸采铀中预防氡污染、控制氡浓度的有关对策和措施。虽然目前在地浸采铀氡污染防治等方面积累了一定的经验，但要想达到地浸采铀污染防治最佳可行的程度，还需要广大的铀矿冶科技工作者和现场工人的继续努力。

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Radiation Exposure and Its Control Measures of Radon from Facilities for in-Situ Leaching of Uranium

ZHANG Xueli，XU Lechang
（Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy，CNNC，Beijing 101149，China）

Abstract：The radon release characteristics and radon concentration levels in the air，average occupational effective dose levels as well as relevant standards for radiation protection in China were introduced during in-situ leaching of uranium. The measures to control radon concentration and reduce radiation exposure of radon from the air pollution prevention and control，accident emergency，to environmental management practices during in-situ leaching of uranium were summarized. In addition，two related typical cases were discussed. This will help to reduce average occupational effective dose，to protect occupational health and surrounding environment during in-situ leaching of uranium.

Key words：in-situ leaching of uranium；radon；radiation exposure；pollution prevention and control；control measures

中图分类号：X523

文章标志码：A

文章编号：1672-5360（2016）01-0017-06

收稿日期：2015-11-12修回日期：2015-12-05

基金项目：环境保护部核设施、核基地放射性污染防治专项，项目编号：DC201413

作者简介：张学礼（1973—），男，四川渠县人，高级工程师，博士，现主要从事辐射防护与环境保护等科研工作