广西页岩行业放射性水平初步研究与风险评估

冯亮亮 黄伊林

【摘 要】建筑材料的放射性水平是需要长期、持续关注的民生问题。文章从广西典型的页岩企业中采集原料、产品、固体废物等固体样品，采用高纯锗γ谱仪测定样品中放射性核素238U、226Ra、232Th、40K的含量，并根据内照射指数、外照射指数等指标进行了辐射风险评估。结果表明，原料中238U、226Ra、232Th、40K的放射性含量平均值分别为425 Bq/kg、343 Bq/kg、732 Bq/kg、524 Bq/kg，產品中238U、226Ra、232Th、40K的放射性含量平均值分别为147 Bq/kg、130 Bq/kg、90.9 Bq/kg、668 Bq/kg，固体废物中238U、226Ra、232Th、40K的放射性含量平均值分别为343 Bq/kg、72.3 Bq/kg、76.3 Bq/kg、630 Bq/kg，其中部分样品的放射性含量高于国家的免管水平，且均主要集中在U系放射性核素。在生产加工过程中，232Th、40K出现一定程度富集，而238 U、226 Ra未出现富集现象，可能以其他途径转移。通过对比内照射指数、外照射指数等指标，页岩类产品基本可用于建筑主体材料和A类装饰装修材料，而固体废物可用作C类装饰装修材料或作为室外活动等其他用途。

【关键词】页岩;放射性;核素;风险

【中图分类号】P618 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）09-0104-03

随着社会经济的飞速发展，基础设施建设和房屋建筑逐年增多，建筑材料的需求量持续增大。据《2018年广西统计年鉴》统计，2017年广西建筑业总产值较2000年增长了2 688%;2017年广西房屋建筑施工面积较2000年增长了987%。与此同时，建筑材料的放射性水平也引起人们关注，逐步成为公众关注的热点。浙江绍兴“义峰山放射性石料事件”再次引发人们对建筑材料放射性水平的重视。建筑材料的放射性水平是否对居民带来危害亟须深入研究。

页岩因其具有页片状的层理、致密均一、不透水、硬度低等特点，是建筑用砖的理想材料，在建筑业中得到大量使用。近年来，许多学者对建筑材料的放射性开展了相关研究[1-11]。陈益兰等[1]研究发现广西建筑主体材料除了部分煤渣砖超标外，页岩砖、黏土砖、水泥、砌块和混凝土等材料的内、外照射指数水平均符合国家标准。陆有荣等[2]对广西装饰建材进行了研究，认为花岗岩放射性水平较高，其致居民内照射年有效剂量当量附加值已超1 mSv的国家标准限值，其他类放射性水平较低。林武辉等[12]通过测量南海岛礁工程中建筑材料的放射性核素含量，发现南海15个不同岛礁最主要的建筑材料——珊瑚砂和珊瑚骨骼碎屑的放射性水平较低，仅为国际推荐限值的1%～10%，可应用于低本底实验室建设，也可以作为高放射性建筑材料（煤灰渣、矿渣）生产过程中的添加剂（稀释剂），有效降低建筑材料的放射性水平。潘自强[13]指出建筑材料的放射性水平的有效控制在我国天然辐射水平控制中扮演关键角色。

本研究通过现场采集样品、测量分析、安全评估等方法，对广西最常见页岩行业的放射性水平进行了监测分析，并根据内照射指数、外照射指数等指标进行了放射性安全评估。通过研究建筑材料的放射性水平，旨在有效引导建材行业科学生产和环保化转型，促进人们对建筑材料的合理使用，有效避免人们健康受到辐射损害，对规范生产和保护公众健康有着重要的意义。

1 材料与方法

1.1 样品采集及前处理

本研究从广西全区的页岩类建材行业中筛选出80多家典型企业，共采集固体样品328个，其中原料232个、产品69个、固体废物27个。采集的样品在105 ℃烘箱内烘干后，进行粉碎、研磨过筛至60～90目，再取340 g固体样品粉末密封在样品盒中，放置30 d，以等待226 Ra与其子体达到放射性平衡。最后，通过低本底高纯锗（HPGe）γ谱仪（Canberra BE3830）测量样品中放射性核素238 U、226 Ra、232 Th、40 K的放射性含量。

1.2 样品测量与质量保证

所有样品均在高纯锗（HPGe）γ谱仪上进行测量，仪器相对探测效率约为51%，对60Co 1.33 MeV能量分辨率好于1.88 keV，测量中所采用的标准物质由中国计量科学研究院提供。研究工作开展期间，实验室定期对仪器进行稳定性检验，并绘制质量控制图，以确保仪器的本底和探测效率持续保持稳定。此外，实验室多年来一直参加全国放射性检测能力验证和实验室间放射性测量比对等活动，结果均为满意。

2 结果与讨论

2.1 页岩开发利用过程中的放射性水平

在页岩开发利用过程中，原料、产品、固体废物含有的放射性核素238U、226Ra、232Th、40K含量见表1。

由表1可见，原料中放射性核素238U的平均含量为425 Bq/kg，226Ra的平均含量为343 Bq/kg，232Th的平均含量为73.2 Bq/kg，40K的平均含量为524 Bq/kg;产品中放射性核素238U的平均含量为147 Bq/kg，226Ra的平均含量为130 Bq/kg，232Th的平均含量为90.9 Bq/kg，40K的平均含量为668 Bq/kg;固体废物中放射性核素238U的平均含量为343 Bq/kg，

226Ra的平均含量为318 Bq/kg，232Th的平均含量为72.3 Bq/kg，40K的平均含量为630 Bq/kg。就样品类型而言，原料、产品、固体废物中的放射性核素平均含量均为40K>238U>

226Ra>232Th。就同一种放射性核素而言，238U、226Ra的平均含量均为原料>固体废物>产品;232Th的平均含量为产品>原料>固体废物;40K的平均含量为产品>固体废物>原料。

2.2 页岩开发利用过程中的放射性核素的转移

对页岩开发利用过程中，放射性核素在原料、产品、固体废物中的转移情况进行分析，并计算相应的富集因子，见表2。

由表2可知，从烧制前、后放射性核素的变化角度来看，238U、226Ra、232Th、40K的富集因子分布为0.48、0.53、1.17、1.25。从原料-产品-固体废物的角度进行分析，在页岩加工过程中，238U在原料-产品中的富集因子是0.35，原料-固體废物中的富集因子是0.81;226Ra在原料-产品中的富集因子是0.38，原料-固体废物中的富集因子是0.93;232Th在原料-产品中的富集因子是1.24，原料-固体废物中的富集因子是0.99;40K在原料-产品中的富集因子是1.28，原料-固体废物中的富集因子是0.75。结果表明，在烧制过程中，232Th、40K得到一定程度的富集，分别为232Th在产品得到富集，在固体废物中未得到富集;40K在产品和固体废物中均得到富集;而238U、226Ra在产品和固体废物中均未出现富集现象，可能以其他途径转移。如238U在燃烧时可能形成部分挥发性的化合物而逸出[14]，具体原因有待在后续工作继续深入研究。

2.3 内照射指数和外照射指数

根据表1中原料、产品、固体废物中的放射性核素平均含量，评价内照射指数、外照射指数，计算方法为公式（1）（2），结果见表3。

公式（1）、公式（2）中，IRa、Ir分别为内、外照射指数，无量纲;ARa、ATh、AK分别为226Ra、232Th、40K的放射性含量，单位为Bq/kg。

由表3可见，从页岩开发利用过程中的产出物来看，产品中IRa<1.0，Ir<1.0;固体废物中IRa>1.3，Ir<2.8。根据《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）[15]中规定的内外照射系数及对建筑材料的划分标准，页岩类产品基本可用建筑主体材料、A类装饰装修材料，固体废物可用作C类装饰装修材料或作为室外活动其他用途。

2.4 讨论

常见的页岩开发利用过程通常分为原料陈化、胚体成型、砖体烧结等过程，基本工艺流程如图1所示。首先将页岩、煤矸石、粉煤灰、工业废渣等原料通过特定的配比，依次经破碎、筛分，混合搅拌后，送到陈化库进行陈化处理。陈化后的混合料在成型车间被加工成型后，送至码坯工位晾干。坯体干燥后，送到窑炉中在高温下焙烧成合格的成品。在整个工艺流程中，固体废物主要包括废料、次品、破碎工序除尘器收集的粉尘、坯烧工序除尘器收集的烟尘等。

根据《可免于辐射防护监管的物料中放射性核素活度浓度》（GB 27742—2011）[16]中规定U系、Th系的天然放射性核素浓度免管浓度值为1 000 Bq/kg，从表1可见，原料、产品、固体废物中均存在核素放射性含量高于免管水平的现象，并且集中在U系放射性核素238U和226Ra。通过对238U、226Ra的数据进行进一步整理分析发现，放射性含量高于免管水平样品中，产品占3.1%、固体废物占6.3%、原料占90.6%。由于页岩制砖的原料通常为混合料，除页岩本身外，还会掺杂一定量的煤矸石、粉煤灰、工业废渣等添加物，这可能是导致原料中放射性水平偏高的原因。而在产品中，存在放射性水平偏高的现象，可能是生产工艺中的原料配比环节出现问题，可通过提高低放射性水平稀释剂的添加比例，降低建筑材料的放射性水平。

3 结论

本研究通过测量广西典型页岩企业在开发利用过程中238U、226Ra、232Th、40K的含量，发现原料、产品、固体废物中的放射性核素平均含量均为40K>238U>226Ra>232Th，238U、226Ra的平均含量均为原料>固体废物>产品;232Th的平均含量为产品>原料>固体废物;40K的平均含量为产品>固体废物>原料。研究发现，在烧制过程中，232Th、40K得到一定程度的富集，而238U、226Ra均未出现富集现象，可能以其他途径转移。通过对比内、外照射指数，页岩类产品基本可用建筑主体材料、A类装饰装修材料，固体废物可用作C类装饰装修材料或作为室外活动其他用途。对于页岩类建筑材料开发利用过程中原料、产品、固体废物不同程度地出现放射性水平高出免管水平的现象，生产单位应改进生产工艺，调整原料配比，管理部门要加强辐射环境监管，以避免高放射性水平的产品流入市场，给公众健康带来危害。

参 考 文 献

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[15]GB 6566—2010，建筑材料放射性核素限量[S].

[16]GB 27742—2011，可免于辐射防护监管的物料中放射性核素活度浓度[S].