铀尾矿库辐射安全问题的现状分析及对策

郑黄婷，许明发，向辉云，江 岳

（广西壮族自治区辐射环境监督管理站，南宁 530222）

铀矿作为核燃料的来源，是国家重要战略资源和能源资源。铀矿在勘探、开采和水冶等过程中会产生大量的固体废物。据统计，我国每生产1t 铀金属产品，会产生250～600t 尾矿，目前，我国现有尾矿已达数千万吨［1］。根据核安全“十三五”统筹规划，我国还将建设3个千吨级铀矿大基地，由此产生的尾矿数量还会持续增加。由此可见，对铀尾矿的科学管理，是铀矿业可持续发展必须面对的问题。

我国铀业始建于20世纪50年代［2］，经过60多年的发展，铀尾矿库的放射性污染防治和辐射安全管理工作取得了一定的成绩，至今未发生大型辐射安全事故。但是，还必须正确认识到，铀尾矿库对生态环境和公众健康的影响仍存在诸多问题和隐患，不容忽视。

1 铀尾矿库辐射安全管理的重要性

铀尾矿中含有大量的重金属和放射性物质，虽然放射性比活度低，但由于废物量巨大，不宜用高放废物的方法对其进行固化隔离处置，必须储存在专用的尾矿库内［3］。《三十年辐射环境质量评价》中指出［4］，铀矿冶系统放射性核素对周围公众照射的集体剂量约占核燃料系统总集体剂量91.5%，其中尾矿库析出氡的贡献率约占铀矿冶系统的1/4，可见铀尾矿库的辐射安全管理工作十分必要。

世界一些主要产铀国最早于20世纪40年代开始对铀矿进行大规模开采［5］。在开采初期，由于对环境污染认识不足，曾发生过不同程度的铀尾矿污染事件，例如，澳大利亚早期露天开采铀矿产生的尾矿、废石等放射性废物直接堆放在地表，没有采取必要的安全措施，对周围环境造成了严重的污染破坏；加拿大铀水冶厂最早的尾矿砂全部排入湖泊中，后期的清污处理花费了巨大人力、物力和财力；德国、美国都曾发生过铀尾矿库溃坝事件，数十万吨的尾矿倾泻而出，造成了严重污染事件，补救行动也付出了巨大代价［6］。

为解决铀尾矿对环境及公众造成的污染和损害，世界各国针对铀尾矿的处理处置技术开展了很多研究，国际原子能机构也多次召开会议，研讨铀尾矿的处理处置技术、对策和管理方法。

2 我国铀尾矿辐射安全现状

2.1 分布及特点

我国铀矿资源丰富，但具有分布不均衡的特点，已查明的铀矿资源主要分布于全国23 个省、市和自治区。其中，华东、华中、华南地区的铀矿资源约占总数的80%，主要集中在桂、粤、赣、湘四省［7］，我国铀尾矿废石场的分布情况见表1。我国铀尾矿库90%建造在山区，库区池塘、农田多，库址距江河较近，一般在2～3 km，最近的只有0.8 km［8］。

由于地下贮存式的尾矿库对建设条件要求苛刻，还要考虑地质、水文、气候等因素的影响，并且建成后运营和维护成本高。我国大部分铀尾矿库建于地表。我国铀尾矿库的设计级别较同规模的其他工业尾矿库或水库的级别高出1～2级，多数铀尾矿库排洪设计采用百年一遇洪水的要求进行设计，用千年一遇洪水的要求进行校核。特大型尾矿库按一级水工构筑标准进行设计。铀尾矿库运行多年的实践表明，我国铀尾矿库的建设满足铀矿冶的生产需求，基本达到安全储存目的。

表1 我国铀尾矿废石场的分布Table 1 Distribution of uranium tailings and waste rock in China单位：%

2.2 辐射安全监管现状

我国铀尾矿库的建设和运行由国家国防科技工业局管理，实行核安全建造许可证和核安全运行许可证制度，并要求有甲级设计资质单位编制安全分析报告。新建或改扩建项目在可行性研究阶段，编制环境影响评价报告报生态环境行政主管部门审批。

铀矿冶设施属于国家重点监管的核与辐射设施，纳入监督性监测范围，由生态环境部委托各省级辐射环境监测站实施监督性监测。各地核与辐射安全监督站负责实施对辖区内的铀矿冶设施开展常规的监督检查，每年例行两次检查。生态环境部将视具体情况对铀矿冶设施安排非例行的监督检查，如专项检查等。

各省级辐射环境监测站按全国辐射环境监测方案对辖区内的铀矿冶设施开展监督性监测工作，相关监测结果按程序上报生态环境部。其中，对尾矿库的分析测量项目有如下要求：空气中的氡及其子体浓度（1 次/季）、γ空气吸收剂量率（1 次/半年）、水中的U、226Ra、210Po、210Pb（1次/半年）。

此外，铀尾矿库运营单位需严格执行《铀水冶厂尾矿设施运行安全管理规定》（EJ 725—1992），对尾矿库坝体位移、渗水量、管涵构筑等设施项目进行观测。

2.3 辐射危害因素分析

2.3.1 溃坝风险

铀尾矿库作为一个人造高势能泥石流危险源，各种人为因素和自然灾害都可能会对其安全性能造成影响。美国克拉克大学公害评定小组曾对100种灾害案例进行了研究分析［9］，结果表明：尾矿库事故所造成的危害位列18，仅次于地震、洪水、霍乱等。通过近年来国内外尾矿坝溃坝事故的统计［10］，洪水漫顶和渗漏破坏是导致溃坝事故的主要原因（见表2）。而由上述我国尾矿库分布的特点来看，库区大多位雨量充沛的地区，与公众生活环境密切相关。一旦发生人为或自然灾害造成的尾矿库崩塌或泄漏，会导致尾矿中的放射性核素进入环境而发生大面积的放射性污染，并且这种污染难以彻底去除，会造成长期危害。同时，尾矿中除了含有放射性核素，还有大量的非放射性有害化学物质、重金属、有机毒物等，它们都会直接影响环境安全和危害公众健康，造成社会的不稳定。

表2 尾矿库溃坝事故类型统计Table 2 Statistics of dam break accidents in tailings

2.3.2 外照射危害

尾矿含矿石中铀系全部衰变子体和水冶后残余的铀，其中，30%为极长寿命的核素［8］，99%以上的230Th 及226Ra 集中在尾矿中，因此，铀尾矿中的放射性核素含量通常比本底高2～3个数量级（见表3）。这些放射性核素在衰变过程中释放出的射线对公众造成的个人剂量范围可达到0.21～1.06 mSv。

设被测信号为S(t)参考信号为R(t),ω0为被测信号和参考信号的频率,φ为两者相位差,对被测信号进行相敏检测:

表3 铀废石、尾矿中放射性核素含量Table 3 Radionuclide content in uranium waste rock and tailings

由于公众对铀尾矿的了解较少，若管理不善，有时还会发生村民在库区内放牛的情况，或村民误取尾矿将其用来修路、用作民用建材、各种添料等，导致局部环境放射性异常，造成不必要的辐射危害。

2.3.3 内照射危害

铀尾矿库通常面积较大，会不断析出氡及衰变成一系列的氡子体，库区上部大气中氡浓度可达40～400 Bq·m-3，氡子体α潜能可达3.2×103MeV·L-1。随着距离的增加，氡浓度会不断降低（见表4）。另外，尾矿的放射性微尘经与铀衰变的长寿命子体混合后，可形成α放射性气溶胶。这些放射性气体或气溶胶一旦经呼吸道进入人体会产生内照射危害，对人体造成不可逆的损伤。2009 年，世界卫生组织指出氡是引发肺癌的第二大因素。有资料调查表明，铀尾矿库附近公众的肺癌发病率较对照地区有明显升高，铀尾矿库距离与肺癌发病率关系如图1所示。

表4 某铀尾矿库不同方位、不同距离空气氡浓度测值Table 4 Measurement of radon concentration in air at different directions and distances in a uranium tailings单位：Bq·m-3

图1 铀尾矿库距离与肺癌发病率关系图Fig.1 Relationship between distance of uranium tailings and incidence of lung cancer

2.3.4 核素迁移

铀尾矿粒度细小，粒径小于43 μm的质量分数高达52.7%（见表5）。运行期间的尾矿库大多是裸露堆放的，含放射性的尾矿粒会通过各种途径进入到环境中去。例如，在强风的作用下，放射性微尘会随气流运动向周边四处扩散；在雨水侵蚀冲刷的作用下，放射性核素会进入临近水体。铀尾矿库周围的环境水体、鱼塘、农作物等都将受到长期辐射影响，这种放射性污染难以彻底去除（见表6）。

另外，铀尾矿库防渗层破损会导致渗虑液渗漏对地下水造成污染，进而危害环境与公众健康。

表5 铀尾矿粒径分布Table 5 Particle size distribution of uranium tailings

表6 某铀水冶厂尾矿库附近农作物中核素含量［9］Table 6 Nuclide content in crops near tailing pond of a uranium mills

3 存在的挑战及对策

3.1 安全监测需提高

我国尾矿库坝体在线安全监测预警系统还处于起步阶段，与国外相比还存在一定差距。铀尾矿库从建成到退役是一个长期过程，在这个过程中不可避免地会受到地质变化、气候变迁等诸多因素的影响，危及尾矿库坝体的安全。

为保证尾矿库的长期安全稳定性，不仅在设计、施工阶段要严格把关，建成后还要加大对尾矿库的维护管理以及监测。同时还要不断改进技术装备，建立尾矿库的安全信息平台，提高尾矿库的安全技术水平。

3.2 工艺技术需持续进步

尾矿减量化、资源化是铀业发展的重要方向，经过几十年的努力，我国在这方面取得了一定成就，但在工艺技术上还存在不少难题。

在确保环境安全的前提下，推广堆浸、地浸等采铀技术，可极大地减少尾矿产生量。此外，可鼓励积极开展铀尾矿资源化的工艺技术研究，将尾矿中富集大量的230Th 和226Ra 等元素分离提取出来应用于其他领域，以达到废物利用以及安全储存的目的。

3.3 核素迁移难监控

核素的释放迁移受多方面因素影响且具有隐蔽性、不容易察觉的特点，要掌握其规律有一定难度。目前，我国对空气、土壤、地表水等监测项目已有一定经验基础，受地下条件限制，地下水监测还未能全面展开。

为了解污染范围及污染程度，还需加强核素释放迁移规律的基础研究，健全监测项目体系。对于运行期的铀尾矿库，可通过适当的辐射防护措施使职业人员和公众减少或免受辐射危害，如减少接触时间、增加防护距离、采用屏蔽物等方式。

3.4 退役难题需突破

铀尾矿库均有一定的设计库容，为尽量延长尾矿库使用年限，矿山企业会尽量压缩尾矿储存量。早期国内科研技术人员尝试过多种实验，如铀尾矿浓缩存储试验、铀尾矿水力地下填充试验、铀尾矿地下胶结充试验等，部分试验初见成效，但因技术复杂或治理效果不理想等原因均未大范围推广应用。国外主要采用的也是地下填充方式，但对于选用何种填充材料、哪种材料填充后的治理效果最好还在进一步探索研究。

退役治理理念需贯穿整个尾矿库管理过程。对铀尾矿的处理处置还需加大调研力度，加强交流合作深度，继续探求效果更好的处理方法。

3.5 法规标准体系需完善

铀业发展至今，铀矿冶系统根据铀业发展和环境保护的需求编制颁发了多项法规标准。但部分标准和规范编制年代较早，已不适用于新工艺和目前的环境保护要求，其中还存在内容交叉、不一致、甚至矛盾的情况。就尾矿渗水的处理，《铀矿冶辐射环境监测规定》（GB 23726—2009）规定“吸附尾液，沉淀母液、尾矿渗出水采用槽式排放”，而《铀矿冶辐射防护和环境保护规定》（GB 23726—2009）规定“矿井废水和尾矿（渣）库渗出水可采取处理达标后直接排放”。

标准的滞后和不统一给执行和监管带来了难度，故在今后的发展中，对有歧义有问题的法规标准要尽快修订，对于缺失的内容要尽快编制新标准予以完善，使尾矿库的辐射安全管理工作更科学、规范，对尾矿库的监管和评价也更准确有力。

4 结语

铀尾矿库辐射安全管理是一项长期艰巨的任务。现有的法规标准对铀尾矿库的退役程序已作出明确要求，运行期间铀尾矿库的辐射安全管理工作也同样重要。本文分析了在运行期间铀尾矿库的分布情况、监管现状以及辐射危害因素，它具有工程量大、危害因素多、技术复杂等特点，并提出了存在的挑战及对策，这不仅关系到铀矿业的可持续发展，还关系到生态环境安全和公众健康。做好铀尾矿库辐射安全管理工作具有十分重要的现实意义和长远意义。