某鉭鈮礦分離過程輻射環(huán)境影響分析

詹國(guó)清， 尹海華

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局測(cè)試研究中心，江西 南昌 330002)

鉭鈮礦屬于伴生放射性礦，除含有所需鉭、鈮成分外，同時(shí)伴生有天然鈾、釷、鐳、鉀等放射性元素(王文武，2005)。江西某企業(yè)以鉭鈮精礦為原料，經(jīng)分解、萃取、中和洗滌、煅燒等工序生產(chǎn)高純Ta2O5和Nb2O5。鉭鈮礦加工過程中，人員容易受到放射性危害，同時(shí)存在含放射性廢水、廢渣處置的問題。

1 評(píng)價(jià)思路

本文通過對(duì)該鉭鈮礦加工企業(yè)區(qū)域周邊環(huán)境空氣、地表水、地下水和土壤現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、取樣分析的方法，了解企業(yè)所在區(qū)域輻射環(huán)境現(xiàn)狀。并在污染源調(diào)查、核素遷移分析等基礎(chǔ)上，估算職業(yè)工作人員和周圍公眾人群的年附加有效劑量，從而分析和評(píng)價(jià)該企業(yè)鉭鈮礦加工對(duì)周圍環(huán)境和人群的輻射影響程度，以此提出避免或減少不利影響的環(huán)保措施，為營(yíng)運(yùn)者和環(huán)境管理部門提供科學(xué)依據(jù)。

2 放射性污染源分析

對(duì)鉭鈮礦加工過程中的主要物質(zhì)，包括原料、產(chǎn)品、固廢以及廢水進(jìn)行取樣分析。由分析結(jié)果表1可知，鉭鈮精礦經(jīng)過濕法冶煉，原料中的放射性核素大部分富集到了廢礦渣里，還有少量轉(zhuǎn)移到了廢水中。廢礦渣中包含的鐳元素衰變產(chǎn)生氡氣以及氡子體(楊巍等，2011)，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生體內(nèi)輻射和體外輻射，危害人體健康。因此，該鉭鈮礦加工企業(yè)放射性污染物主要為廢礦渣和廢水。科學(xué)妥善處置含放射性廢礦渣和廢水是該公司輻射環(huán)境管理工作的重點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)工作場(chǎng)所內(nèi)人員的輻射防護(hù)，避免或減少輻射影響。

3 輻射環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀水平調(diào)查分析

本次采取現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)方法來分析該鉭鈮礦加工企業(yè)所在區(qū)域及周邊的環(huán)境空氣地表水、地下水和土壤的輻射環(huán)境質(zhì)量水平現(xiàn)狀。以此分析其運(yùn)營(yíng)對(duì)廠區(qū)周邊環(huán)境敏感點(diǎn)的輻射影響。

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法

(1)監(jiān)測(cè)、分析內(nèi)容。企業(yè)廠區(qū)內(nèi)、周邊敏感點(diǎn)及對(duì)照點(diǎn)環(huán)境空氣中的氡濃度、氡子體以及γ輻射劑量率;分析該廠區(qū)廢水排入地表水體處下游500 m處地表水及周邊地下水體中的總α放射性和總β放射性;分析廠區(qū)周邊土壤的放射性比活度以及土壤中U，Th，K含量。

表1 該鉭鈮礦加工過程中主要物質(zhì)放射性分析結(jié)果Table1 The production process in the main substances radioactive analysis results Bq·kg－1

(2)監(jiān)測(cè)方法。環(huán)境γ輻射劑量率采用《環(huán)境地表γ輻射劑量率測(cè)定規(guī)范》(GB/T14583—93)對(duì)廠區(qū)周邊環(huán)境γ輻射劑量率進(jìn)行巡測(cè)，并選取具有代表性的點(diǎn)讀取劑量率;氡濃度和氡子體分別采用《環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法》(GB/T14582—93)和《鈾礦山空氣中氡及氡子體測(cè)定方法》(EJ/T378—1989)對(duì)廠區(qū)內(nèi)、敏感點(diǎn)以及對(duì)照點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量;水樣總α放射性用厚源法，總β放射性采用蒸發(fā)法測(cè)定。核素分析為γ能譜分析法。

3.2 結(jié)果

該鉭鈮礦加工企業(yè)運(yùn)營(yíng)期，廠區(qū)周邊的環(huán)境空氣中氡濃度范圍值為9.8～24.1 Bq/m3，氡子體濃度范圍值為18.88～49.5 nJ/m3，γ輻射劑量率范圍值為68～85 nGy/h，均與對(duì)照點(diǎn)水平相當(dāng)(表2)。

廠區(qū)周邊地表水、地下水的總α放射性和總β放射性均低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)中“總α放射性限值為0.5 Bq/L，總β放射性限值為1 Bq/L”的要求(表3)。

廠區(qū)周邊土壤中的放射性核素U，Th，K的最高含量分別為 5.76 ×10－6g/g，12.54 ×10－6g/g，1.86 ×10－6g/g，與當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景值水平相當(dāng)(表4)。

由上述監(jiān)測(cè)結(jié)果可見，該鉭鈮礦加工企業(yè)運(yùn)營(yíng)未對(duì)其周邊環(huán)境造成附加的輻射影響。

4 輻射環(huán)境影響分析

由企業(yè)所在區(qū)域輻射環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查分析結(jié)果可知，該鉭鈮礦加工企業(yè)運(yùn)營(yíng)對(duì)周邊環(huán)境輻射影響很小，其主要影響區(qū)域?yàn)閺S區(qū)內(nèi)工作場(chǎng)所，影響對(duì)象為產(chǎn)區(qū)內(nèi)的工作人員。

表2 大氣環(huán)境中氡濃度、氡子體濃度和γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)結(jié)果表Table2 Atmospheric radon concentration，the concentration of radon progeny and gamma radiation dose rate monitoring results table

表3 水體放射性監(jiān)測(cè)結(jié)果Table3 results of radioactivity in water monitoring

表4 土壤放射性監(jiān)測(cè)結(jié)果Table4 solid waste and soil radioactivity monitoring results

4.1 評(píng)價(jià)方法

本次采取現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)方法來分析工作場(chǎng)所的輻射壞境水平，并通過劑量估算的方法來評(píng)價(jià)輻射工作人員所受的輻射影響。

4.2 工作場(chǎng)所輻射水平評(píng)價(jià)

4.2.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

分別在廠區(qū)內(nèi)的精礦倉(cāng)庫(kù)、分解車間、萃取車間、煅燒車間、廢渣暫存庫(kù)以及水處理污泥旁共設(shè)6個(gè)氡濃度、氡子體濃度以及γ輻射空氣吸收劑量率(殷蔭等，2012)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(表5)。

表5 廠區(qū)內(nèi)環(huán)境氡濃度、氡子體以及γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)結(jié)果表Table5 The plant environment radon and radon progeny monitor result table

4.2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表5可知，廠區(qū)室內(nèi)氡濃度范圍值為26.4～78.5 Bq/m3，氡子體濃度范圍值為 52.3 ～ 158.6 nJ/m3，氡濃度低于《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB18871—2002)附錄H中所規(guī)定的限值“工作場(chǎng)所中氡持續(xù)照射情況下補(bǔ)救行動(dòng)的行動(dòng)水平是在年平均活度濃度為500～1 000 Bq222Rn/m3(平衡因子0.4)范圍內(nèi)?！睆S區(qū)內(nèi)分解車間、精礦倉(cāng)庫(kù)、廢礦渣庫(kù)及污水處理站污泥渣堆場(chǎng)的γ劑量率值較高，其他工作場(chǎng)所的空氣γ吸收劑量率值與當(dāng)?shù)氐谋镜字迪喈?dāng)。

4.3 工作人員總有效劑量估算及評(píng)價(jià)

4.3.1 估算模式(李德平等，1987)

①外照射所致附加有效劑量估算

式中Hγ為γ輻射外照射所致年附加有效劑量(mSv);Dr為γ輻射劑量率(nGy/h);t為外照射時(shí)間(h)。0.7為劑量轉(zhuǎn)換因子(Sv/Gy)。

②吸入氡所致附加有效劑量估算

式中HE為吸入氡子體所致附加有效劑量(mSv);0.4為氡與其子體的平衡因子;х為氡平均濃度(Bq·m－3);t為時(shí)間(h);g為氡子體吸入劑量轉(zhuǎn)換因子(mSv(Bq·h·m－3)－1)。

③總年附加有效劑量估算

式中H為總附加有效劑量(Sv);Hγ，HE同前。

4.3.2 附加有效劑量評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，精礦倉(cāng)庫(kù)工作人員年工作時(shí)間為36 h，車間工作人員年工作時(shí)間為900 h，放射性廢渣清運(yùn)人員年工作時(shí)間為36 h根據(jù)估算模式計(jì)算可得，精礦倉(cāng)庫(kù)職業(yè)工作人員總年附加有效劑量為0.134 mSv，車間工作人員總年附加有效劑量為0.913 mSv，放射性廢渣清運(yùn)工作人員總年附加有效劑量為0.101 mSv。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

(1)由該企業(yè)所在區(qū)域輻射環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查分析結(jié)果可知該企業(yè)周邊環(huán)境空氣中氡濃度、氡子體濃度以及γ輻射劑量率范圍值均與對(duì)照點(diǎn)水平相當(dāng)。廠區(qū)周邊地表水、地下水的總α放射性和總β放射性均低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)中相關(guān)限值要求。廠區(qū)周邊土壤中的放射性核素U，Th，K的最高含量均與當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景值水平相當(dāng)。該鉭鈮礦加工企業(yè)運(yùn)營(yíng)未對(duì)其周邊環(huán)境造成附加的輻射影響。

(2)根據(jù)廠區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知廠區(qū)室內(nèi)氡濃度均低于《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB18871—2002)附錄H中所規(guī)定的限值要求;廠區(qū)內(nèi)分解車間、精礦倉(cāng)庫(kù)、廢礦渣庫(kù)及污水處理站污泥渣堆場(chǎng)的γ劑量率值較高，其他工作場(chǎng)所的空氣γ吸收劑量率值與當(dāng)?shù)氐谋镜字迪喈?dāng)。

(3)由估算結(jié)果可知，該鉭鈮礦加工企業(yè)職業(yè)工作人員總年附加有效劑量為0.101～0.913 mSv，低于《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB18871—2002)中規(guī)定的限值20 mSv，同時(shí)也低于環(huán)保主管部門的管理限值5 mSv。

5.2 建議

根據(jù)該企業(yè)運(yùn)營(yíng)期工作場(chǎng)所的輻射環(huán)境水平以及工作人員總年附加劑量的估算結(jié)果，提出避免和減少不利影響的建議如下:

(1)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的放射性廢水采用3級(jí)“氯化鋇+生石灰”處理工藝，使其車間排水口出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中“總α放射性最高允許排放濃度為1 Bq/L，總β放射性最高允許排放濃度為10 Bq/L”的排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)廢礦渣屬低放射性固體廢物，暫存于滿足《低中水平放射性固體廢物暫時(shí)貯存規(guī)定》(GB11928—89)要求的暫存庫(kù)，后交有相關(guān)放射性廢物處置資質(zhì)的單位進(jìn)行安全處置。

(3)水處理污泥渣含有一定放射性，應(yīng)加強(qiáng)管理，妥善處置。

(4)企業(yè)廠區(qū)劃定控制區(qū)、監(jiān)督區(qū)，并張貼

電離輻射警示標(biāo)志，禁止非工作人員進(jìn)入;輻射工作人員穿戴工作服、工作鞋帽并佩戴口罩，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁進(jìn)食吸煙。

王文武.2005.鉭鈮礦開發(fā)利用中的放射性污染防治[M]//中國(guó)環(huán)境保護(hù)優(yōu)秀論文集(2005).北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社:2022-2027.

楊巍，楊亞新，曹龍生，等.2011.某鈾礦庫(kù)中放射性核素對(duì)環(huán)境的影響[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，34(2):155-159.

羅國(guó)楨，何振蕓，吳向榮，等.1995.中國(guó)環(huán)境天然放射性水平[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社:397-415.

殷蔭，王南萍，付宸，等.2012.空氣伽馬吸收劑量率影響因素研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，35(1):61-65.

李德平，潘自強(qiáng).1987.輻射防護(hù)手冊(cè)第三分冊(cè)[M].北京:原子能出版社:173-176.