湖北省伴生放射性矿开发利用的放射性水平调查与评价

刘 畅，王 娟，刘建华，杨少波，罗 琼

（湖北省核与辐射环境监测技术中心，武汉 430072）

伴生放射性矿是指原矿、中间产品、尾矿（渣）或者其他残留物中铀（钍）系单个核素含量超过1 Bq·g-1的非铀（钍）矿，在其开采、精选、冶炼等开发利用过程中，其中的天然放射性核素可能会进一步富集并进入环境，从而对环境造成一定的放射性污染［1-3］。为贯彻落实党中央、国务院关于全面实施生态文明建设和绿色发展的战略部署，了解伴生放射性矿放射性污染对环境的影响，减轻人员可能受到的内、外照射，推动伴生放射性矿行业健康发展，2016年我国启动了全国第二次污染源普查伴生放射性矿普查工作，并根据普查结果发布了一系列部门规章和技术标准，对伴生放射性矿产资源开发利用项目提出了相关管理要求。

湖北省矿产资源种类较多，分布广泛，全省13个市（州）和4个省直管行政区均有分布，资源禀赋居全国中游，截至2015年底，全省已发现矿种149个，其中有查明资源储量矿种92个，分别占全国已发现172个矿种和已查明162个矿种的86.6%和56.8%［4］。但湖北省矿床规模总体偏小，中贫矿、难选矿多，小型及小矿占矿产地总数74.33%。随着矿业结构调整和转型升级，矿产资源开发利用企业现状距第一次全国污染源普查伴生放射性矿普查时也发生较大变化，目前存在伴生放射性矿企业底数不清，辐射环境现状不明，监督管理制度不健全、可操作性不强等问题［5-8］。本文旨在通过对湖北省矿产资源开发利用项目开展辐射环境影响调查，了解目前伴生放射性矿企业数量、空间分布、放射性水平、放射性废物数量及处置情况等，并摸清湖北省矿产资源开发利用过程中可能造成辐射环境影响较大的矿产种类，为建立湖北省矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录、规范矿产资源开发利用项目辐射环境监督管理等提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象和范围

本次研究在《第二次全国污染源普查伴生放射性矿普查监测技术规定》中稀土、铜、煤、铝、钼、金等15类矿产的基础上［9］，增加了页岩、锰矿等地方特色矿产。对湖北省内这17种矿产资源采选和冶炼过程中产生的原矿、精矿、尾矿（渣）和放射性废水开展调查研究工作。建立初测初步名录，选定465家企业开展现场监测及调查研究。

1.2 现场监测

根据《环境地表γ辐射剂量率测量规范》（GB/T 14583-93）对初测企业开展γ辐射剂量率现场监测工作。在现场监测过程中，排除矿企名称重复、管理公司旗下无矿点、已停工拆除设备、截至2017年底已关闭无矿堆等企业27家，最终对438家企业开展了γ辐射剂量监测。

1.3 样品采集

初测企业符合筛选条件中任一标准即纳入详查［10］，具体筛选条件见表1。对纳入详查的企业采选、冶炼过程产生的原矿、精矿、固体废物（尾矿、废渣）和废水开展样品采集工作。固体样品采用对角线型、梅花形、蛇形或棋盘型采样法进行，各点采得的样品混合在一起成一个完整样。废水在被调查企业专门处理放射性废水车间的排放池和总排放口分别采样。

表1 伴生放射性矿详查企业筛选方法Table 1 Selection methods of associated radioactive ore detailed inspection enterprises

1.4 样品前处理与分析

采集的固体样品除去石块、杂草等异物后，在105℃下烘干至恒重，粉碎过筛至100目以上，称重后密封于样品盒中，放置3-4周后用高纯锗γ能谱仪测量238U、226Ra和232Th等放射性核素。水样采集后，用纯硝酸酸化到pH=1～2后，根据标准开展水中总U、总Th、226Ra和总α、总β放射性分析。具体分析方法见表2。

表2 实验分析方法Table 2 Experimental analysis methods

1.5 质量控制

本次调查中使用的监测仪器均在检定有效期内，其中γ谱仪、低本底α/β测量仪等大型仪器按照要求进行泊松分布和长期可靠性检验，绘制质控图。抽取10%以上的固体样品进行平行双样测定、留样复测等，并进行了质控样考核，相对偏差均在允许范围内。

2 结果分析

2.1 湖北省矿产资源开发利用项目放射性水平调查

调查结果显示，湖北省矿产资源开发利用企业涉及的矿产类型主要为煤矿、磷酸盐矿、铁矿和铜矿，分别占本次调查企业总数的31.4%、23.9%、17.8%和12.9%。在开展监测的438家企业中，γ辐射剂量率超过“当地本底水平”150 nGy·h-1的企业有14家，超过当地本底水平100～150 nGy·h-1的企业有10家，其余均未超过当地本底水平100 nGy·h-1。现场监测及采样分析结果显示，湖北省详查企业共有21家，其中，有14家现场监测γ辐射剂量率超过“当地本底水平”150 nGy·h-1；7家固体样品U、Th系任一核素活度浓度大于0.3 Bq·g-1。详查企业主要分布在恩施州、黄石、襄阳、宜昌和十堰市，涉及的矿产种类主要有煤、铜、铅/锌、钒、铝、铁和页岩矿，具体分布见图1。

图1 湖北省伴生放射性矿详查企业矿产种类分布图Fig.1 The distribution of mineral types of associated radioactivity in Hubei Province

2.2 详查企业固体原料、固体废物的放射性水平

详查企业固体原料及固体废物的放射性核素水平见图2～图3。由图2可知，原料中铅/锌矿和煤矿的放射性水平相对较高，其中，铅/锌矿中238U和226Ra平均比活度大于1 Bq·g-1；煤矿中238U平均比活度大于1 Bq·g-1，226Ra平均比活度大于0.3 Bq·g-1；铜、钒、页岩矿中238U和226Ra平均比活度均大于0.3 Bq·g-1；铝矿中232Th平均比活度大于0.3 Bq·g-1。

图2 固体原料中放射性核素水平Fig.2 Radioactivity concentrations in mine core materials

由图3可知，固体废物中铅/锌矿、煤矿和页岩矿的放射性核素水平相对较高，其中，铅/锌矿固体废物中238U和226Ra含量平均大于1 Bq·g-1；煤矸石中238U大于1 Bq·g-1，226Ra大于0.3 Bq·g-1；页岩废石中238U含量略低于1 Bq·g-1，226Ra含量大于0.3 Bq·g-1；铜矿废石、钒矿废渣、铁矿尾矿中238U和226Ra含量均大于0.3 Bq·g-1。

图3 固体废物中放射性核素水平Fig.3 Radioactivity concentrations in solid wastes

根据表3可知，采集的样品中铀（钍）系单个核素活度浓度超过1 Bq·g-1的样品数为11个，占总样品比例为33.3%，煤矿及煤矸石中铀（钍）系单个核素活度浓度超过1 Bq·g-1的样品比例较高，分别为40%和70%。铀（钍）系单个核素活度浓度超过1 Bq·g-1的企业共8家，其中煤矿企业7家，均位于恩施州；铅/锌矿企业1家，位于宜昌市。238U、232Th、226Ra任一核素比活度大于1 Bq·g-1时，γ辐射剂量率值均大于161 nGy·h-1。根据相关文献可知［11-13］，226Ra、232Th任一核素比活度为1 Bq·g-1时（同时假设其他核素活度浓度为0），对应的地表1 m处的γ辐射剂量率值处于357～666 nGy·h-1，因为现场监测的方式在实际工作中更为便捷，更具有操作性，建议今后实际工作中可优先采取现场监测γ辐射剂量率的方式对矿产资源开发利用企业进行监督管理。考虑到其他核素的影响，建议当现场监测γ辐射剂量率大于150 nGy·h-1再采样检测确定是否需要纳入监管名录。

表3 γ辐射空气吸收剂量率与放射性核素含量Table 3 Air absorbed dose rate ofγradiation and radionuclide content

根据表4，由固体废物与固体原料中核素活度浓度比值可知，在煤、铅/锌矿行业，固体废物中232Th的放射性水平明显高于原矿，232Th得到2-3倍的富集；页岩矿、钒矿固体废物中的238U、226Ra及铜矿固体废物中的226Ra有富集趋势，但是富集程度不明显。这表明，伴生放射性矿开发利用过程中，不同矿产类型238U、232Th、226Ra的迁移程度不同。对于煤、铅/锌矿及钒矿行业，应重点加强对采选和冶炼过程中产生的煤矸石、冶炼废渣、尾矿的管理；同时应加强铜矿和页岩矿开采过程中产生的废石的管理，避免固体废物随意堆放对周围环境造成放射性污染。

表4 固体废物及物料的天然放射性水平比值Table 4 The ratio of the natural radioactivity level of solid waste and materials

2.3 伴生放射性物料和固体废物调查情况

伴生放射性物料、伴生放射性固体废物是指非铀（钍）矿产资源开发利用活动中铀（钍）系单个核素活度浓度超过1 Bq·g-1的原料、中间产品和固体废物［14］。湖北省伴生放射性物料及固体废物的矿产种类主要为煤矿和铅/锌矿，截至2017年底，湖北省伴生放射性煤矿产生量为15.7万吨，伴生放射性煤矸石产生量为2万吨，露天建库暂存后综合利用；因铅/锌矿企业已关闭，无伴生放射性物料使用或产生，铅/锌尾矿堆存在尾矿库，有专人负责看管。

2.4 废水的放射性水平

本次调查仅采集到一份废水样品，矿产种类为页岩矿，其他企业产生的废水处理后循环使用不外排。由表5可知，该废水中总α和总β满足《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）中规定的总α≤1 Bq·L-1、总β≤10 Bq·L-1的排放限值。

表5 废水中核素的活度水平Table 5 Radioactivity concentrations in waste water

3 结论及建议

3.1 结论

（1）研究表明，湖北省非铀（钍）矿产资源开发利用中使用或产生的固体原料及固体废物中，煤、铜、铅/锌、钒、铝、铁和页岩矿的放射性水平较高，其中铀（钍）系单个核素平均含量超过1 Bq·g-1的矿产类型主要为铅/锌矿和煤矿，应加强对湖北省内铅/锌矿和煤矿行业的辐射安全管理。

（2）截至2017年底，湖北省伴生放射性煤矿产生量为15.7万吨，伴生放射性煤矸石产生量为2万吨，煤矸石暂存后综合利用；铅/锌尾矿在尾矿库堆存。建议加强对伴生放射性物料和固体废物的辐射监管，按要求贮存，避免对周围环境造成放射性污染。

（3）本次开展现场监测的438家非铀（钍）矿产资源开发利用企业中有94.5%的企业固体原料及废物表面1 m处的γ辐射剂量率未超过本底水平100 nGy·h-1，对周围环境影响较小；超过100 nGy·h-1的企业有24家，其中超过150 nGy·h-1的企业有14家。固体原料或废物中铀（钍）系单个核素活度浓度超过1 Bq·g-1的企业有8家，主要位于恩施州和宜昌市，根据《伴生放射性矿开发利用企业环境辐射监测及信息公开办法（试行）》（国环规辐射［2018］1号），应定期开展环境辐射监测并进行信息公开。

3.2 存在的问题及建议

（1）本次调查的废水中总α和总β活度浓度满足《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）中规定的总α≤1 Bq·L-1、总β≤10 Bq·L-1的排放限值，但对于铀、钍、镭等核素并没有可以参照执行的标准。同时本次调查的废水监测数据相对较少，代表性较差，建议今后加强对矿产资源开发利用放射性废水的研究工作，深入开展伴生放射性矿废水排放标准的制定，进一步明确铀、钍、镭等核素的排放浓度限值。

（2）建议在核安全与放射性污染防治“十四五”规划中制定完善伴生放射性矿监督管理制度，推动地方行业主管部门对伴生放射性矿污染的重视，加大对市级环境保护辐射管理人员天然放射性核素监测能力的培训，提高伴生放射性矿企业对伴生放射性矿的辐射防护意识，同时应持续关注其他详查及新建企业固体原料及废物的放射性水平，任一批次任一物料或废物中铀（钍）系单个核素含量超过1 Bq·g-1即纳入辐射环境监督管理名录，并及时更新名录信息。

（3）虽然《伴生放射性矿开发利用企业环境辐射监测及信息公开办法（试行）》（国环规辐射〔2018〕1号）中对除铀（钍）矿外所有矿产资源开发利用活动中原矿、中间产品、尾矿（渣）或者其他残留物中铀（钍）系单个核素含量超过1 Bq·g-1的企业提出了环境辐射监测的要求，但对于γ辐射空气吸收剂量率、液态流出物、土壤中铀（钍）系单个核素等并未明确规定管理与评价要求，因此，建议进一步开展伴生放射性矿开发利用环境辐射限值相关标准的研究制定。

（4）在今后对矿产资源开发利用企业环境辐射监督管理过程中，建议可优先采取现场监测的方式，即当γ辐射剂量率大于150 nGy·h-1时再采样检测确定是否需要纳入监管名录。