海滨砂选矿项目辐射环境影响评价专篇技术评估重点内容探讨

夏科英，戴家铖，任 蓉

（广东省环境辐射监测中心，广州 510305）

《中华人民共和国放射性污染防治法》［1］中伴生放射性矿的定义是指含有较高水平天然放射性核素浓度的非铀矿。

根据《矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录》公告（生态环境部公告2020 年第54号）［3］，海滨砂选矿物料中单个核素含量超过1 Bq·g-1，需编制辐射环境影响评价专篇。

本文依据《矿产资源开发利用辐射环境影响评价专篇格式与内容（试行）》（环办函〔2015〕1 号）［4］的要求，结合海滨砂选矿项目辐射环境影响的特点，以广东省三家海滨砂选矿企业的生产工艺流程及放射性产污环节为例，对辐射环境影响评价专篇技术评估需关注的重点内容进行分析和讨论。本文分析了海滨砂选矿项目在生产运营过程中天然放射性核素的迁移和富积，梳理了该类项目辐射环境影响评价专篇技术评估工作中需要关注的重点内容，为开展此类型建设项目的辐射环境影响文件编制、技术审查提供参考，也为海滨砂矿选矿项目的辐射环境管理、污染防治对策的制定提供基础资料和科学依据。

1 概况

海滨砂选矿是伴生放射性矿开发利用的一种类型。该类选矿企业的生产原料为锆钛毛矿及锆英中矿等多种矿物，主要矿物组成有钛铁矿、金红石、锆英砂等。选矿企业根据矿物的密度、导磁、导电等性能差异，通过物理分离方法可分离出钛铁矿、金红石、锆英砂等产品，同时得到独居石、石英砂（尾砂）等副产品。

我国从事海滨砂选矿的企业主要集中分布在广东、广西、海南等地的沿海地区。近十年来，除海南省外，国内基本关停了海滨砂矿的开采，海滨砂选矿分离企业的原料主要依赖于进口矿，产地包括越南、印尼、印度、马来西亚等东南亚国家及澳洲、非洲等国家。

广东是伴生放射性矿开发利用大省，湛江市和茂名市曾是我国传统钛铁矿、锆英砂、金红石、独居石和白钛矿的开采、加工和贸易中心［5］。由于国内海滨砂的开采基本关停，目前广东省的企业均采用进口的海滨砂钛毛矿和锆中矿进行物理分离。加工企业主要分布在湛江市遂溪县和茂名市电白区。

海滨砂选矿项目的主要产品大多为钛精矿、金红石、锆英砂以及（磁）铁矿砂，副产品为独居石和石英砂（尾砂）。编制环境影响评价报告书（表）的技术评估过程，主要根据生产工艺流程中各伴生放射性的影响节点，确定辐射影响评价专篇技术评估的重点及难点。

从最近开展的20 余家海滨砂选矿项目辐射环境影响评价专篇技术评估情况看，海滨砂选矿项目工艺流程、核素的迁移和富集、辐射安全防护措施、污染物及环保设施建设等方面差异不大，区别在于规模差异和原料成分差异导致的产品、副产品的成分差异，同一地区不同批次的原料也可能存在较大差异。

本文选取了广东省三家海滨砂选矿企业进行分析，其原料、工艺流程、产品的成分代表了这一类型的伴生放射性矿项目的环境影响评价。

1.1 海滨砂选矿项目工艺流程

选取本文示例企业的海滨砂原料钛毛矿，经过物理分离得到钛精矿、金红石、锆英砂以及（磁）铁矿砂等矿产品，同时得到独居石、石英砂（尾砂）等选矿副产品。

各选矿厂选矿工艺顺序略有差异。一般矿物干燥后利用磁选机初步分离钛精矿和独居石，再进行磁选获得钛精矿、铁矿砂和独居石，不导磁的锆英砂、金红石、尾砂和少量独居石混合物采用重力摇床分选，经过多次磁选和电选得到最终产品［6］。洗矿工序、重力摇床工序得到的石英砂（尾砂）作为副产品销售；经过多次干式磁选和多次电选得到锆英砂和金红石作为产品外销，多次磁选得到的独居石副产品产量较少，建库单独存放，累积到一定量后外销。

海滨砂选矿企业还通过购买锆英精矿和中矿为原料，利用辊式强磁选机、弧板式电选机通过导电性、磁性的差异将锆英砂中矿、精矿中的锆英和独居石分离，得到纯度更高的锆英砂和独居石。

上述工艺流程只为物理分选，工艺过程不改变物料物理性状，原料中所伴生的放射性核素伴随物料进入各种产品及副产品中。典型的海滨砂选矿项目工艺流程如图1所示。

图1 海滨砂选矿项目工艺流程（蓝色虚线代表水循环使用的路径）Fig.1 Beach sand mineral processing project process flow chart（blue dashed line represents the path of water recycling）

1.2 伴生天然放射性核素的迁移和富集

根据三家企业辐射环境影响专篇中各物料放射核素的活度浓度，结合其竣工环境保护验收监测结果（监测工况见表1），伴生天然放射性核素的迁移和富集情况见表2。

表1 竣工验收监测工况Table 1 Working conditions for completion and acceptance monitoring

表2 伴生放射性物料核素活度浓度Table 2 Activity concentration of nuclides in associated radioactive materials

1.2.1 原料的伴生放射性核素活度浓度

海滨砂选矿项目的原料通常为钛毛矿或钛中矿、锆中矿等。原料矿物经过洗矿后晒场晒干或雨天时烘干，原料中伴生放射性核素的活度浓度由于矿物来源的不同会略有差异，表2为三家海滨砂矿企业钛毛矿及锆钛中矿原料中伴生放射性活度的活度浓度。表2 表明原矿中伴生的238U、232Th、226Ra 核素都有超过1 Bq·g-1的情况，应纳入辐射环境监管。

1.2.2 （磁）铁矿砂及钛精矿

干燥的钛毛矿等原矿经过多次强磁选及弱磁选后，得到（磁）铁矿砂和钛精矿。从表2 可见铁矿砂中伴生放射性核素无超过1 Bq·g-1的情况。钛矿由于分离水平的差异及对钛矿产品品位要求的不同，钛精矿偶有个别核素超过1 Bq·g-1的情况，钛中矿因其伴生的锆英矿未进一步分离，放射性水平较高。

1.2.3 不导磁混合矿物的分离

干燥毛矿通过一系列的磁选后除了得到铁矿砂及钛精矿外，还得到中间产物，即由锆英砂、金红石及石英砂（尾砂）组成的不导磁混合物，再通过重力摇床将锆英砂、金红石及石英砂（尾砂）分离，获得锆英砂中矿、金红石中矿及石英砂（尾砂）。石英砂（尾砂）作为副产品直接销售，锆英砂中矿通过多次电选、磁选后得到相应品位的锆英矿（多次磁选得到少量独居石）；金红石中矿通过电选或多次将锆英砂电选、磁选后分离出相应品位的金红石产品。从表2 可见，石英砂（尾砂）中伴生放射性核素活度浓度均很低，远小于1 Bq·g-1，其贮存及销售均无须考虑辐射环境监管。而锆英砂伴生放射性核素活度浓度均超过1 Bq·g-1。金红石精矿的伴生放射性核素水平，一般来说取决于其与锆英矿的分离程度，高纯度的金红石伴生放射性水平较低，而较低纯度的金红石因锆英分离不完全，伴生放射性水平较高，伴生有超过1 Bq·g-1的放射性核素。

1.2.4 独居石

独居石是来源于钛毛矿及锆中矿分离的产物。独居石具有不导电性，将伴生独居石的锆英中矿通过多次电选（分离出金红石）和磁选分离出品位较高的独居石；在干燥钛毛矿、锆钛中矿磁选时，也会产生独居石中矿。由表2 可见，独居石是海滨砂选矿项目中伴生放射性水平最高的固体物料，其中伴生的放射性核素活度浓度远远超过1 Bq·g-1的水平，需重点进行辐射环境监管。在广东第一次污染源普查资料中，独居石类稀土矿的放射性水平最高［7］。

1.2.5 循环选矿废水伴生放射性水平

海滨砂选矿项目的生产工艺用水不外排，全部循环使用，因此，企业需建立具有多级沉淀功能的循环水池，将洗矿、摇床等生产用水、初期雨水贮存池的雨水等收集后循环使用。生产工艺用循环水的水质见表3。

表3 选矿工艺用循环水中伴生放射性核素活度浓度Table 3 Concentration of associated radionuclide activity in circulating water for beneficiation process

由表3 的监测结果可见，生产工艺用循环水水质可以满足广东省《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）［8］中总α≤1.0 Bq·L-1，总β≤10 Bq·L-1的限值标准，因此选矿用工艺废水从辐射角度分析无须考虑其环境风险。

1.2.6 初期雨水伴生放射性水平

由于海滨砂选矿项目分离矿物前需洗矿，且原矿、中矿本身含水率高，工艺要求进入磁选工序的矿物为干矿物。因此，海滨砂选矿项目的矿物通常采取建设晒场晒矿并辅以烘干的方式降低原矿、中矿的含水率。降雨时，雨水可能冲刷晒场等场所，为了防止矿物随雨水冲刷进入环境，海滨砂选矿项目通常根据相关气象资料及集雨面积建设初期雨水收集池，收集的矿物经沉淀后回生产线，收集的雨水作为工艺补水进入工艺水循环系统，不外排。采集两家企业初期雨水监测结果见表4。

表4 初期雨水中伴生放射性核素活度浓度Table 4 Associated radionuclide activity concentration in early rainwater

从表4 的监测结果可见，初期雨水中放射性核素总放射性活度浓度水平很低，雨水冲刷淋浸并不导致矿物伴生放射性核素的溶出。开展相关伴生放射性物料、废渣的浸泡淋滤实验［2，9］表明，正常浸泡伴生放射性矿核素浸出率低。

根据初期雨水的定义和设置初期雨水收集设施的初衷，对于此类选矿项目，主要是考虑雨水可能将矿砂带出厂外，因不含其他污染物，所以没有对初期雨水、中后期雨水进行区分。

1.2.7 矿物贮存场所无组织排放及烘干炉烟气

原料产品贮运以及选矿过程中放射性核素衰变产生的氡及氡子体是气态无组织排放的主要源项。此外，矿物烘干时将产生废烟气，由于烘干使用生物质燃料或天然气，且大多采用热源与矿物不接触的间接烘干方式，故烘干废气无伴生放射性粉尘。

根据相关企业竣工验收监测结果，无组织排放中工作场所及外环境空气中222Rn 的测值为5～50 Bq·m-3，220Rn 的测值范围为4～15 Bq·m-3，均为环境本底水平，未超过《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871-2002），工作场所中222Rn 持续照射情况下补救行动的行动水平是在年平均活度浓度为500～1000 Bq·m-3（平衡因子0.4）范围内。

1.3 海滨砂选矿项目的污染物及环保设施建设

该类型企业无固体废弃物产生，生产用水全部循环利用，气态流出物只有伴生放射性固体物料堆存时铀（钍）系核素衰变产生的氡（钍）射气及生物质燃料燃烧产生的烟气等。

水处理方面建设的主要环保设施有带三级沉淀功能的循环水池、初期雨水收集池、雨水沉淀池、应急池等。

生物质或天然气燃烧炉是为矿物烘干提供热源的设施，生物质燃料或天然气燃烧产生的热风一般以非接触式的方式对矿物进行干燥，外排的烟气主要是生物质燃料或天然气燃烧废气，不含伴生放射性废气；伴生放射性固体物料堆存时铀（钍）系核素衰变产生的氡（钍）射气以自然扩散的方式排入外环境，除加强工作场所通风外，不需建设气态污染物处理设施。

由于独居石伴生放射性核素活度浓度高，为保护环境及工作人员健康，一般需建设独立的独居石暂存库，设置排风装置，工作人员进入作业前通风降氡；其他各类产品库存按矿物的伴生放射性水平进行分区管理并采取通风防尘等措施。

2 辐射影响评价专篇技术评估关注的重点内容

本文结合海滨砂选矿项目竣工验收监测及伴生放射资源开发利用项目辐射影响评价专篇技术审评的经验，综合分析了海滨砂选矿项目的工艺流程、伴生放射性核素在选矿过程中的迁移和富积规律、了解海滨砂项目环境保护设施措施建设情况等，研究了海滨砂选矿项目辐射环境影响评价专篇的技术评估重点和内容，对该类项目的技术评估进行了进一步的研究，提出如下探讨内容：海滨砂选矿项目的辐射影响，伴生放射性核素在工艺流程中的走向，核素平衡图（表）分析，工艺用水循环设施、初期雨水收集、独居石的暂存库建设，较高伴生放射性水平矿物分区存放，氡及其子体的防护措施等。

2.1 工程和源项分析

描述选矿项目生产规模和内容，改、扩建项目应介绍原有项目的开展情况以及与本项目的依托关系。根据原矿来源及成分，确定项目采用的生产工艺，绘制工艺流程图并标明伴生放射性的产污节点，选择类比企业及类比矿物，对物料中放射性水平进行分析，明确其核素活度浓度，判断其铀（钍）系单个核素活度浓度是否超过1 Bq·g-1，厘清项目评价内容。针对性选择类比对象和数据，说明可比性。

综合原料、产品、副产品的产量及核素的浓度，给出放射性核素平衡图（表）。根据海滨砂选矿项目工艺用水全部循环使用的特点及生产规模，辐射影响评价专篇应核算洗矿用水、摇床重选工艺用水等的用水量、循环水量、废水/雨水回用量，完成项目水平衡分析。

2.2 辐射环境质量现状

结合《环境γ辐射剂量率测量技术规范》（HJ 1157-2021）［10］和《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）［11］要求，确定现状调查方案，关注监测因子、监测点位布设、数据处理等环节，技术评估过程中经常发现有监测点位代表性不足、数据处理错误、监测结果表述不规范等问题。

2.3 水环境影响分析

确定水处理设施建设位置和雨水排放口位置，根据工艺用水量、集雨面积等，核算建设的循环水池（附沉淀池）、初期雨水收集池（附沉淀池）、应急池、雨水贮存池等设施的容积、处理能力、处理效率。预测分析初期雨水中矿物伴生的放射性物质的活度浓度，确定初期雨水回用的可行性。给出雨污分流设施的设计和图件，伴生放射性物料贮存场所应给出符合HJ 1114-2020［12］的防渗、防漏、防止雨水进入等水污染防治措施。

2.4 大气环境辐射影响分析

给出有组织和无组织放射性废气来源、产生量、核素种类、处理设施、设计处理能力和处理效率，特别需要明确海滨砂选矿项目矿物干燥使用的热源来源及矿物干燥方式，给出外排烟气的排放方式、主要成分及其是否含有伴生放射性矿物的分析；说明项目多级磁选、电选等是否建设矿物除尘设施。分析项目拟采取的矿物堆存或在生产线流转过程中的抑尘降尘措施。

根据伴生放射性固体物料堆存时铀（钍）系核素衰变产生的氡（钍）射气的产生量及扩散方式预测，给出通风设施的建设情况。

2.5 伴生放射性物料辐射环境影响分析

伴生放射性物料贮存应符合HJ 1114-2020［12］选址、设计、布局的要求。对伴生放射性水平较高的中矿、锆英砂、金红石等的存放管理要求进行分析，提出分区存放管控、密封袋装封口等防扬撒、降尘抑尘措施。

对海滨砂选矿项目伴生放射性活度浓度最高的独居石的产生量进行预测，提出该副产品在企业暂存期间建库贮存要求，并根据其堆存量对γ辐射剂量率、氡的源强进行预测，提出库容、墙体、门体的屏蔽防护厚度、通风设施建设等暂存库建库要求。

HJ 1114-2020［12］要求对贮存设施进行防腐防渗设计，防渗性能应不低于渗透系数为1×10-7cm/s、厚度为2 m 的黏土层防渗效果。对于本项目而言，不需要考虑，因项目所有物料均呈固态，且物料中的放射性核素及其他元素均不易溶浸出［2］，对地表及排水管网实施雨污分流，雨水排口前端设置沉砂井防止矿砂随雨水进入环境即可。

2.6 辐射环境管理和辐射监测

建立独居石相关台账管理制度，给出施工期放射性污染防治设施监理要求和放射性污染防治设施“三同时”一览表，明确放射性污染防治设施验收的内容和指标要求，企业环境辐射监测计划可参考相关技术规范进行，根据《伴生放射性矿开发利用项目竣工辐射环境保护验收监测报告的格式与内容》（HJ 1148-2020）要求［13］，结合生产实际和周围环境现状制订验收监测计划。

3 结语

与一般的矿产资源开采或冶炼项目相比，海滨砂矿选矿项目生态环境影响较小且局限于选矿厂占地范围内。项目污染物成分简单，没有矿产冶炼项目的高能耗、高污染，选矿过程对工作人员的影响较小，大多数工作岗位人员年受照剂量在1 mSv·a-1以下，重点关注独居石相关岗位工作人员的受照情况。从环境风险角度分析，没有使用化学试剂，矿物中的放射性核素及重金属不易溶出，去除悬浮物（矿砂微粒或泥）后的工艺废水满足排放要求，放射性核素与高价值矿砂共生，主要分布在产品中，分离后的尾砂不属于伴生放射性固体废物，因此可不考虑环境或辐射事故风险应急。

目前海滨砂选矿项目新建或改扩建呈快速增长的趋势，本文对辐射环境影响评价重点内容的探讨及总结，对如何有效并且高质量地完成海滨砂选矿项目辐射环境影响评价专篇报告的环境影响评价技术评估工作具有较好的指导作用，有利于项目伴生放射性污染节点的识别及辐射环境污染的防控，对海滨砂选矿项目在广东沿海地区的建设提供技术支持。