伴生放射性矿产资源开发利用中的辐射水平

贝新宇

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

“伴生放射性矿产资源”在我国相关文献中提及较多，国际上专业术语与之最接近的为 “Naturally Occurring Radioactive Material”，简称 “NORM”。我国环境保护部2013年发布的 《矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录 （第1批）》明确将稀土、铌钽、锆及氧化锆、钒、石煤5个行业相关工业活动纳入监督管理。针对上述伴生放射性矿产资源开发利用活动，国内外相关工业企业、科研机构或管理部门 （IAEA、EC等）均开展过辐射水平监测工作，对各环节产生的放射性核素及辐射状况进行调查，提出有关建议。

1 稀土

稀土元素广泛应用在电子、玻璃、水泥、陶瓷、磁铁、超导、冶金等工业中，在核工业、航空航天、军事、激光、微波领域也有非常重要的用途。稀土元素主要从独居石、氟碳铈矿、磷钇矿和含稀土的黏土中提取，这些矿物232Th活度浓度为几Bq·g-1到几百Bq·g-1。工作人员生产过程主要受到外照射和吸入内照射影响。以采矿、选矿和化学加工独居石提取稀土过程为例，工作人员接受的平均剂量为1～8 mSv·a-1，产生的气态、液态流出物及固体废物中232Th、228Ra活动浓度从几十Bq·g-1到数千Bq·g-1，高于原料中活度浓度水平。

不同产地稀土矿石及生产过程产物中天然放射性核素含量见表1～2，稀土矿开发利用过程的辐射水平及放射性影响见表3～4［1］。

表1 稀土矿石中稀土、钍、铀含量wB/%Table 1 The content of REE，thorium and uranium in tombarthite ore wB/%

表2 稀土生产过程产物主要放射性核素活度浓度/（Bq·g-1）Table 2 Activity concentrations of major radionuclide in the production process of tombarthite/（Bq·g-1）

表3 稀土生产过程各环节γ辐射剂量/（μSv·h-1）Table 3 The γ radiation dose/（ μSv·h-1） in each link of tombarthite production process

表4 稀土干法分离厂工作人员有效剂量/（mSv·a-1）Table 4 The effective dose/（mSv·a-1） for the staff in REE dry separation plant

由表2可知，稀土工业不同物料中铀、钍、镭含量差别较大。应根据生产工艺特点重点关注活度浓度较高的放射性核素，采用差异化放射性核素去除措施。

由表3、4可知，稀土生产过程各环节γ辐射剂量不尽相同，且不同国家的γ辐射剂量所致工作人员有效剂量差异较大。根据辐射防护原则，应采取针对性措施以降低工作人员有效剂量。

2 铌、钽

铌、钽广泛应用于国民经济各个领域，如合金生产、电子工业、石油、化学工业、超导材料、建筑材料、玻璃陶瓷工业、原子能工业以及医学器官移植等。

铌、钽矿石中含有天然放射性元素，其生产过程中固体物料放射性特征见表5［2］。

我国某钽铌冶炼厂废水、废渣中放射性核素含量见表 6、 7［3］。

由表5可知，铌生产过程中各类固体物料的放射性水平普遍较高，如脱泥中228Ra、烧绿石精矿中238U和232Th、钡硫酸盐中226Ra和228Ra、炉渣中232Th和228Ra。部分废渣需按照放射性废物要求进行妥善处理、处置。

由表6、7可知，我国代表性铌/钽加工企业酸溶废水中总β、酸溶渣中总α和总β活度浓度较高，酸溶工序需作为辐射防护重点关注环节，针对酸溶废水需设计降低放射性水平的专门工艺。

表5 铌生产过程中固体物料放射性特征/（Bq·g-1）Table 5 The radioactive characteristics/（Bq·g-1） of solid materials in the process of niobium production

表6 我国某铌、钽生产酸溶废水放射性水平 /（Bq·L-1）Table 6 Radiation level of acid soluble waste water from niobium and tantalum production plant in China/（Bq·L-1）

表7 我国某铌、钽生产废渣的放射性核素活度浓度/（Bq·kg-1）Table 7 Radionuclide activity concentration of waste solid materials from niobium and tantalum production plant in China/（Bq·kg-1）

3 锆及氧化锆

锆在国民经济和日常生活中有广泛的用途，可用于制造瓷砖、不透明剂、釉料、卫生洁具，亦用于铸造和玻璃工业中。锆主要从锆英石和斜锆石中提取，尤以锆英石为主。锆英石在地质环境形成过程中伴生少量放射性元素，如U、Th。商业锆英石和斜锆石中放射性核素含量见表8［4］。不同国家锆英石处理、处置过程对工作人员产生的影响见表 9［4］。

由表8可知，因成矿条件不同，不同国家锆矿物中放射性核素活度浓度有所差异，调查对象中以马来西亚锆英石放射性水平最高。

根据表9中美国、澳大利亚、南非等国家锆英石磨碎厂工作人员个人剂量调查结果，各生产环节工作人员均受到γ外照射和灰尘吸入内照射影响，内、外照射剂量占总剂量份额不尽相同，应采取防尘等防护措施来降低对工作人员的影响。

4 钒

钒矿露天开采过程主要放射性污染源包括大气污染源、水污染源和固体废弃物。我国一露天开采的钒矿矿区内放射性异常测量统计结果见表10，区内γ值测量正常底数在封闭状态中（钻孔）比开放状态（地表、露头等）稍高。钒矿地表放射性核素含量水平见表11，矿石堆和矿石露头处内照射指数（IRa）和外照射指数（Ir）基本大于 1。

表8 商业锆矿物中的放射性核素活度浓度/（Bq·g-1）Table 8 Radionuclide activity concentration/（Bq·g-1） in commercial zirconium minerals

表9 锆英石磨碎厂工作人员个人剂量/（mSv·a-1）Table 9 Personal dose/（mSv·a-1） for the staff of zircon grinding factory

5 石煤

煤燃烧产生灰尘 （飞灰和锅炉底灰或残渣），灰尘中的放射性水平要明显高于煤，但一般不会超过1 Bq·g-1。挥发性放射性核素如210Po和210Pb可能在飞灰中积累。

应该注意，由于地质环境的影响原煤在形成过程中本身就含有放射性核素，表12中列出一些国家原煤中放射性核素活度浓度值［2］。煤燃烧后产物中放射性核素浓度见表13［5］。

由表12可知，不同国家原煤中238U、226Ra、210Pb、210Po等主要天然放射性核素活度浓度普遍高于1 Bq·g-1，其中希腊、匈牙利等可达到数百贝克每克，煤矿开采及加工过程放射性影响须引起足够重视。此外，我国部分大型煤矿存在铀煤共生现象，除根据管理要求开展辐射专题评价及日常监测外，还需进一步开展开采策略研究，确保资源有效利用和放射性影响最小化。

表10 钒矿矿区γ测量底数及异常下限统计Table 10 Statistics of γ measurement base and abnormal lower limit about vanadium mining area

表11 地表放射性核素含量分析结果Table 11 Analysis results of surface radionuclide content

表12 煤中放射性核素活度浓度/（Bq·g-1）Table 12 Radionuclide activity concentration/（Bq·g-1） in coal

表13 燃煤电厂废渣中的放射性核素活度浓度/（Bq·g-1）Table 13 Radionuclide activity concentration/（Bq·g-1） in solid waste materials from coal-fired power plants

由表13可知，因煤矿成因和生产工艺的差异，不同国家燃煤电厂废渣中的放射性核素活度浓度差别较大，但普遍高于1 Bq·g-1。根据需要，部分废渣按照放射性废物要求进行妥善处理、处置。

6 建议

世界各国及有关国际组织对典型矿产资源开发利用过程放射性水平及其潜在影响程度日益重视，研究及监管范围逐步扩大。根据上述辐射调查进展汇总分析，结合相关要求和笔者工作经验，提出如下管理限值建议。后续建议进一步开展针对性 “三废”排放限值研究。

6.1 筛选水平

伴生放射性矿产资源开发利用过程中，矿石废石、尾矿的天然放射性控制标准为U-238系核素放射性水平不超过400 Bq·kg-1。

6.2 剂量约束值

伴生放射性矿产资源种类繁多，包括稀土、铌钽、锆及氧化锆、钒、石煤等，建议采用分级管理。视具体情况，工作人员剂量约束值分别可取1、2、5或10 mSv·a-1。