矿产资源开发利用辐射环境监管名录及系统

郑国峰,廖运璇,冯巨恩,张爱玲,商照荣

(生态环境部核与辐射安全中心,北京 100082)

我国矿产资源丰富,铀、钍等天然放射性核素广泛存在于各类矿产中,伴随矿产资源的开发利用,这些放射性核素以气、液、固的形式进入空气、水体和土壤环境中,引起环境辐射水平的升高,影响人类健康[1]。2003年出台的《中华人民共和国放射性污染防治法》明确对伴生放射性矿开发利用单位提出了监管要求,并给出伴生放射性矿的定义是含有较高水平天然放射性核素浓度的非铀矿(如稀土矿和磷酸盐等)。但是,上位法对如何界定“较高水平”以及哪些矿产纳入辐射环境监督管理未作明确规定。原环境保护部根据2007—2010年国务院组织开展的第一次全国污染源普查结果,于2013年制定发布了《矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录(第一批)》(环办〔2013〕12号),将稀土、铌/钽、锆及氧化锆、钒、石煤等5类矿产资源纳入伴生放射矿辐射环境管理范围。

随着近年来我国经济的发展,矿产行业也经历了高速扩张,产量和产能大幅增加,新工艺新技术大量应用,造成放射性污染防治和辐射环境保护的难度加大,同时,我国生态环境监管要求不断提高、监管制度日趋完善[2],国务院于2016年印发的《土壤污染防治行动计划》提出了矿产资源开发利用活动应当开展辐射环境监测的要求,伴生放射性矿辐射环境监管要求日趋提高。国务院于2017年印发的《关于核安全与放射性污染防治“十三五”规划及2025年远景目标的批复》(国函〔2017〕29号)中设置了专门章节要求加强伴生放射性矿辐射环境管理。第一次全国污染源普查至今已有10年之久,依据第一次全国污染源普查结果2013年发布的名录,已不能很好地满足当前矿产资源发展形势和法律法规的要求,有必要修订更新名录。

1 伴生放射性矿的鉴定范围

1.1 IAEA的相关建议

国际上认为凡是涉及到天然放射性核素的工业活动均为Naturally Occurring Radioactive Material(NORM)工业[3]。国际原子能机构(IAEA)于20世纪末期将天然放射性管理列入其工作内容,先后召开多次相关会议,重点关注如何对含有天然放射性物质工业生产过程的放射性危害进行有效识别、定量和管理,并发布了相关的技术报告。

IAEA系列文件中,包括《NORM残留物的管理》(TECDOC-1712,2013)、《铀矿生产和其它活动中含NORM的残留物管理》(SSG-60,2021)等均对天然放射性物质类别进行了描述,说明除铀生产外,其他NORM活动还会产生可能引起监管关注的残留物,包括以下行业领域:(1)稀土元素的提取;(2)钍及其化合物的生产和利用;(3)铌和铌铁的生产;(4)非铀矿山开采;(5)石油和天然气的生产;(6)二氧化钛颜料的制造;(7)磷酸盐工业;(8)锆石和氧化锆工业;(9)锡、铜、铝、锌、铅、钢铁金属的冶炼;(10)燃煤工业;(11)水处理。同时,还说明如果铀衰变链或钍衰变链中每种放射性核素的活度浓度低于1 Bq/g,40K活度浓度低于10 Bq/g,则无需进一步考虑监管NORM残留物[4]。由此给出了国际上认为存在NORM的工业活动范围和建议监管的起点。

1.2 我国伴生放射性矿的界定

我国对于伴生放射性矿产种类范围的确定,在名录修订更新前,仅限于将《矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录(第一批)》(环办〔2013〕12号)规定的稀土、铌/钽、锆及氧化锆、钒、石煤等5类矿产资源作为潜在伴生放射性矿进行管理。至于放射性水平高到什么程度算是伴生放射性矿,中华人民共和国国家标准《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)规定,天然放射性核素的免管浓度值为1 Bq/g,以及《关于发布〈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)〉的公告》(国环规辐射〔2018〕1号)和环办〔2013〕12号文也以单个核素含量超过1 Bq/g作为标准,对矿产资源开发利用企业提出管理要求。因此,名录修订仍沿用了原矿、中间产品、尾矿(渣)或者其他残留物中铀(钍)系单个核素含量1 Bq/g的标准。以放射性活度浓度1 Bq/g为标准,作为纳入名录的基本条件。由此,我国的法规标准和监管实践将原矿、中间产品、尾矿(渣)或者其他残留物中铀(钍)系单个核素活度浓度超过1 Bq/g的非铀(钍)矿界定为伴生放射性矿[5]。

2 第二次全国污染源普查结果分析

2017—2020年,国务院组织开展了第二次全国污染源普查,通过对全国涉及15类矿产资源开发利用共计2.97万家企业进行初测,详细分析,最终筛选出原矿、中间产品、尾矿(渣)或其他残留物中铀(钍)系单个核素含量超过1 Bq/g的伴生放射性矿开发利用企业[6]。

2.1 企业分布情况

第二次全国污染源普查结果显示,全国伴生放射性矿开发利用企业共464家,主要以锆及氧化锆、稀土等矿产为主。其中,采选企业为259家,冶炼加工企业为205家[7]。根据第二次全国污染源普查结果,我国制定了动态更新伴生放射性矿开发利用企业的制度[8]。截至2022年底,全国伴生放射性矿开发利用企业共320家,主要分布于湖南、广东、江西、四川、广西、云南、贵州、内蒙古等省区(详见表1),以开发利用稀土、锆及氧化锆、煤等矿产为主。表2列出了全国伴生放射性矿开发利用企业按矿产类别的分布情况。

表1 全国伴生放射性矿开发利用企业按省份分布

表2 全国伴生放射性矿开发利用企业按矿产类别分布

2.2 伴生放射性固体物料和废物

伴生放射性矿开发利用企业中产生U-238、Th-232、Ra-226任一核素活度浓度超过1 Bq/g的原矿和精矿称为伴生放射性固体物料,U-238、Th-232、Ra-226任一核素活度浓度超过1 Bq/g的固体废物称为伴生放射性固体废物[9]。物料包括采矿企业的原矿,选矿企业、采选联合企业原矿、精矿,冶炼企业的原矿、精矿。废物主要包括开采产生的废石、选矿产生的尾矿以及冶炼废渣[8]。各类伴生放射性固体物料和废物U-238、Th-232、Ra-226监测结果列于表3。

表3 各类伴生放射性固体物料和废物放射性水平

由表3可见,除金矿外,其他矿产种类开采、选矿、冶炼活动中,固体物料和固体废物中U-238、Th-232、Ra-226活度浓度均有超过1 Bq/g的情况,达到伴生放射性固体物料和伴生放射性固体废物的鉴定标准,且金矿开发利用过程中物料也可达到。

对于企业数量较多的锆及氧化锆、铌/钽、稀土企业,开发利用过程中固体物料和固体废物中U-238、Th-232、Ra-226活度浓度分布范围均比较广,且核素最大活度浓度均比较大。其中铌/钽矿开采、选矿、冶炼过程中固体物料和固体废物中U-238活度浓度最高,接近20 Bq/g;稀土物料中U-238活度浓度最高可达314.82 Bq/g,Th-232活度浓度最高可达705.10 Bq/g;铌/钽固体废物中Th-232和Ra-226平均活度浓度均是最高,分别达17.05 Bq/g、19.47 Bq/;稀土次之,为7.90 Bq/g;另外,稀土、锆及氧化锆等固体物料中Ra-226的最大活度浓度也较高,均超过10 Bq/g。

对于企业数量相对较多的煤、钛、铁、锡等企业,钛的物料和废物中U-238、Th-232、Ra-226活度浓度分布范围均比较广,钛的物料中Th-232平均活度浓度达10.07 Bq/g,最高的钛精矿可达110 Bq/g;另外钛冶炼后的废渣中U-238、Th-232、Ra-226最大活度浓度也均超过10 Bq/g。煤、铁、锡个别企业物料、固体废物中U-238、Th-232、Ra-226活度浓度超过10 Bq/g。

其余矿产种类,相较于以上分析的几类矿产种类,放射性水平相对较低,但是,物料、固体废物也均有达到伴生放射性固体物料和废物的鉴定标准。

伴生放射性固体物料在企业中主要是作为生产原料,有专门的原料库房进行存放,并且由于生产需要,存放时间一般不会很长。因此,伴生放射性矿辐射环境监管的重点是伴生放射性固体废物,根据第二次全国污染源普查结果,全国放射性水平超过1 Bq/g的固体废物(即伴生放射性固体废物)累积贮存量为20.3亿吨,其中活度浓度高于10 Bq/g的伴生放射性固体废物共计224.95万吨,高于100 Bq/g的2.2万吨。伴生放射性固体废物主要贮存于内蒙、湖南、广东、四川、江西、广东、云南等省市区,其中约20.28亿吨的固体废物放射性活度浓度在1～10 Bq/g之间,主要贮存于废石场和尾矿库中,其余放射性活度浓度高于10 Bq/g的约200万吨伴生放射性固体废物主要在企业自建的设施暂存,其中主要是稀土尾矿、冶炼废渣,锗冶炼废渣,锡矿废石、尾矿、冶炼废渣,钒冶炼废渣,铅/锌矿废石、尾矿、冶炼废渣。另外,200万吨伴生放射性固体废物中有放射性水平较高(超过100 Bq/g)的废渣约2.2万吨,全部为稀土冶炼废渣且都暂存于企业自建库房。

3 名录和监管系统的确定

3.1 监管名录的确定

3.1.1矿产种类的确定

第二次全国污染源普查伴生放射性矿普查对全国1 679家涉及8类行业16类矿产资源的企业进行了详细调查,对企业中固体物料、固体废物以及废水进行了放射性监测,最终确定464家企业存在有原矿、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的情况,详见表4。由表4可知,铝、磷酸盐、铁、铜、金4类矿产企业达到伴生放射矿开发利用企业标准的数量比例较低,但是,由表3分析结果可确定,16类矿产资源开发利用过程中均存在有原矿、中间产品、尾矿(渣)或者其他残留物中铀(钍)系单个核素含量1 Bq/g的情况,建立矿产资源辐射环境管理名录的目的是监管原矿、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的企业,故铝、磷酸盐、铁、铜、金4类矿产占比虽然较低,也纳入到矿产资源辐射环境管理名录,详见表5。

表4 第二次全国污染源普查伴生放射性矿普查企业数量情况

表5 矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录

(1)稀土工业活动范围进行了调整,稀土矿中常伴生铀、钍等天然放射性核素,在开发利用过程中产生了伴生放射性的废气、废水、废渣,放射性水平普遍较高。根据表1显示,稀土的伴生放射性矿开发利用企业物料或废物中铀(钍)系单个核素含量超过1 Bq/g,同时,要考虑目前国家禁止开采单一独居石矿的政策,矿产类别仍定为“稀土”,工业活动由2013年版“各类稀土矿(包括独居石、氟碳铈矿、磷钇矿和离子型稀土矿)的开采、选矿和冶炼”修改为“各类稀土矿(氟碳铈矿、磷钇矿和离子型稀土矿)的开采、选矿和冶炼;独居石选矿和冶炼”。

(2)锆及氧化锆、铌/钽维持不变,我国锆矿分为岩矿和砂矿,目前岩矿尚不具备工业开采价值,砂矿主要集中在海南省,且国内只有海南滨海砂矿能被开采。涉及锆及氧化锆伴生放射性矿开发利用企业,在选矿、冶炼环节中,均有伴生放射性固体物料(原矿和精矿)产生和伴生放射性固体废物累积贮存,U-238、Th-232、Ra-226任一核素活度浓度分布在[1,100] Bq/g之间。目前我国锆工业主要依靠进口海外锆英砂,很少使用国内开采的锆矿,但是锆英砂伴生放射性一般较高,保守起见,矿产类别定为“锆及氧化锆”,工业活动范围定为“开采、选矿和冶炼”。同时,铌/钽的伴生放射性矿开发利用企业在开采、选矿、冶炼环节中均有伴生放射性固体物料(原矿和精矿)产生和伴生放射性固体废物累积贮存,U-238、Th-232、Ra-226任一核素活度浓度分布在[1,100] Bq/g之间。因此矿产类别定为“铌/钽”,工业活动范围定为“开采、选矿和冶炼”。

(3)钒工业活动范围进行了调整,我国钒矿资源主要有钒钛磁铁矿、石煤(含钒),涉及钒的伴生放射性矿开发利用企业,在开采、选矿、冶炼环节中,均有伴生放射性固体物料(原矿和精矿)产生和伴生放射性固体废物累积贮存,U-238、Th-232、Ra-226任一核素活度浓度分布在[1,100] Bq/g之间。同时,石煤焙烧后产品进一步提取钒的工艺环节属于钒的冶炼。工业活动由2013年版“钒的开采、冶炼”修改为“钒的开采、选矿和冶炼”。

(4)“石煤”矿产类别及工业活动进行了调整,在开采、选矿环节中均有伴生放射性固体物料(原矿和精矿)产生和伴生放射性固体废物累积贮存,U-238、Th-232、Ra-226任一核素活度浓度分布在[1,100] Bq/g之间。煤的伴生放射性矿开发利用企业中仅有少量涉及石煤,石煤企业无伴生放射性固体废物产生和贮存,2017年仅有占比较少的伴生放射性固体物料产生,平均放射性水平也低于其他超过1 Bq/g的煤矿中放射性水平。将石煤的矿产类别定为“煤”,工业活动定为“开采、选矿”。

(5)新增了矿产种类及相应工业范围,铅/锌、铜、钢铁、磷酸盐、铝、钼、金、锗、钛和镍等矿产类别均有伴生放射性矿开发利用企业存在,相应开发利用环节中,均有伴生放射性固体物料(原矿和精矿)产生和伴生放射性固体废物累积贮存,U-238、Th-232、Ra-226任一核素活度浓度整体分布在[1,100] Bq/g之间。将新增的11类矿产类别分别定为“锡”“铅/锌”“铜”“铁”“钼”“镍”“锗”“钛”“金”“铝”“磷酸盐”。其中,“锡”“铅/锌”“铜”“铁”“钼”“镍”“锗”“钛”“金”的工业活动定为“开采、选矿和冶炼”。

对于“磷酸盐”,第二次全国污染源普查结果显示,磷酸盐矿的开采、选矿环节均有伴生放射性固体物料(原矿和精矿)产生和伴生放射性固体废物累积贮存,U-238、Th-232、Ra-226任一核素活度浓度整体分布在[1,100] Bq/g之间;磷酸制造和磷肥制造均是采用磷酸盐原矿为原料进行的系列化学加工工艺,为区别于金属行业的“冶炼”,采纳相关单位反馈意见,将“磷酸盐”的工业活动定为“开采、选矿和直接以磷酸盐矿为原料的加工活动”。

3.1.2纳入名录后的管理要求

(1)是否属于伴生放射性矿,企业应进行自行判定,对于新增的矿产资源开发利用建设项目,建设单位应通过现场测量及取样分析、结合工艺分析计算放射性核素平衡、充分参照借鉴同类行业及同种生产工艺实践经验等方式,在组织编制环境影响评价文件时给出原矿、中间产品、尾矿(渣)或者其他残留物中铀(钍)系单个核素含量是否超过1 Bq/g的结论。

(2)环评和验收的要求,对于已纳入《矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录》,并且原矿、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的伴生放射性矿建设项目,建设单位应当组织编制辐射环境影响评价专篇并纳入环境影响评价文件同步报批。建设单位应当按照有关技术规范的要求,设计、建设辐射环境保护设施。在竣工环保验收时,按照《建设项目竣工环境保护验收暂行办法》(国环规环评〔2017〕4号)的要求对辐射环境保护设施进行调试和验收,组织编制竣工辐射环境保护验收监测报告并纳入验收监测报告,确保达标排放。

3.2 监管信息系统建立

围绕伴生放射性矿监管要求,与表5明确的伴生放射性矿类别以及相应的工业活动相衔接,生态环境部专门设计建立了用于矿产资源开发利用名录管理、监测数据分析、宣传教育、信息公开等方面的伴生放射性矿监管信息系统(主页面见图1),由生态环境部进行运行和管理,各省级生态环境部门和伴生放射性矿开发利用企业进行填报。各省级生态环境部门明确的纳入辐射环境监管名录的伴生放射性矿开发利用企业登录该系统填报企业自行监测数据,该数据对社会公开;各省级生态环境部门填报对辖区内伴生放射矿开发利用企业的监督性监测数据,并上传更新企业名录变更情况(增加、注销、关闭、重大经营变更等)、新建项目辐射环境影响专篇及批复、验收文件、辐射事故(事件)、重要的活动、相关标准规范、监管或研究方面的重要成果。系统设计具备地图展示功能,便于信息及数据的直观展示,将企业基本信息、监测数据等在地图上进行叠加,实现“关联查询”“监控预警”“专题展示”“统计分析”等功能,为管理者提供全面、及时、准确和直观的可视化管理手段。数据分析方面能对企业基本信息、原辅料、能源消耗、废水治理与排放情况、固体物料与废物情况等信息进行多维度查询展示;还能展示伴生放射性矿开发利用企业监测数据情况。系统提供多种查询方式,查询条件包括企业名称、行政区、矿产种类、单位识别码、企业类型等,根据查询条件可以快速的区分企业并自动统计,并可以查看及下载企业详细信息报表和数据报表。

图1 伴生放射性矿监管信息系统主页面

通过该系统,实现全国统一的伴生放射性矿监管企业数据汇总,能够对全国伴生放射性矿开发利用企业的数据存储、共享、分析研究、动态更新、开发利用和专题展示;能够对全国6个地区核与辐射安全监督站、31个省市生态环境厅(辐射处)及其辐射环境监测站的监督性检查数据进行汇总分析;能够对纳入监管的伴生放射性矿开发利用企业进行监测信息填报和数据分析;及时掌握各地伴生放射性矿企业辐射环境的变化,为生态环境部和地方生态环境部门的有效监管和风险管控提供支持。

同时,尽可能实现全国伴生放射性矿辐射监管数据共享、动态更新、定期分析以及专题展示;充分挖掘数据潜在利用价值、提高数据利用率,形成全国统一的伴生放射性矿数据中心;及时掌握各地伴生放射性矿的变化,为生态环境部和地方生态环境部门的有效监管和风险管控提供支持,同时也便于污染源普查及其他专项调查的接轨。

4 结论与建议

(1)修订后的名录与国际原子能机构确定的NORM工业范围基本一致,涵盖了当前我国可能伴生天然放射性核素较高水平的所有矿产种类及其工业范围,但是,考虑到我国地域宽广,还可能开采发现其他矿产种类,例如,部分地方在第二次全国污染源普查中就已经发现个别钨矿开发利用中也有高水平放射性出现,建议应定期修订名录,做到矿产种类和工业活动的定期更新。

(2)伴生放射性矿监管信息系统实现了动态管理、监管信息共享等目标,为伴生放射矿辐射环境管理提供了现代化的手段。为进一步完善伴生放射性矿监管信息系统,考虑到伴生放射性矿辐射环境影响评价的薄弱性,建议在该系统嵌入可用于环境影响评价的软件模型,用于现状评估和辐射环境评价。

(3)研究分级分类监管模式。部分矿产资源,如稀土、铌/钽、锆及氧化锆放射性水平较高,要加强流出物和辐射环境监测,同时要考虑对工作人员职业照射的防护,施行佩戴剂量计、减少工作时间等措施;对于钛、铁、锡等放射性水平相对居中,其他矿产种类相对较低的矿产种类,企业自行开展的流出物和辐射环境监测可根据历年监测情况适当降低监测频次。