氯化稀土分離過程中放射性核素算衡誤差分析

何劍平+張臘根+劉基

摘 要：稀土原料易伴生放射性核素，稀土原料在分離過程中必須放射性物料平衡計(jì)算顯得尤其重要，但如果放射性元素分析方法不當(dāng)容易導(dǎo)致放射性核素物料平衡計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤。

關(guān)鍵詞：稀土、放射性核素、物料衡算、能譜峰

1. 前言

“稀土”原意是指鑭及鑭系元素以及與其化學(xué)性質(zhì)十分相似的鈧、釔17個(gè)元素的氧化物而言?，F(xiàn)在人們也常稱這17個(gè)元素為稀土元素。稀土元素有現(xiàn)代工業(yè)“味精”之稱，在現(xiàn)代工業(yè)中的地位舉足輕重。但稀土元素均與天然放射性元素伴生，稀土原料在分離過程中必須去除其中所含放射性元素。放射性元素對(duì)人體傷害均無色無味，傷人于無形之中。

稀土分離項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，放射性元素在生產(chǎn)工藝中的去向顯得尤為重要。為研究放射性元素去向，有必要在環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件中核算放射性物料平衡。但由于稀土分離過程有化學(xué)過程，天然放射性核素平衡估算容易出錯(cuò)。

2. 稀土原料中放射性核素水平

稀土元素在中平均含量為0.01%，已知的礦物有250種以上，但只有50-60種可以認(rèn)為是稀土元素的獨(dú)立礦物，其中稀土含量在5-8%以上，絕大部分稀土礦物中均含有一定數(shù)量的鈾和釷。獨(dú)居石是稀土元素的磷酸鹽（Ce、La）PO4，其中含有類質(zhì)同象雜質(zhì)ThO2（4-12%）和Y（5%左右）。稀土原料中天然放射性核素含量如表1所示。由表1可知，稀土礦物中伴生放射性核素主要為釷和鈾系天然放射性核素。

表1 稀土原料中釷、鈾、鐳-226含量及α、β比放*

單位：Bq/kg

注：摘自《稀土加工行業(yè)放射性污染監(jiān)測(cè)及危害》

3. 稀土分離工藝流程及放射性產(chǎn)污環(huán)節(jié)

稀土分離一般采用萃取方式，包括現(xiàn)在較先進(jìn)的模糊萃取工藝技術(shù)、串聯(lián)萃取工藝技術(shù)、混合萃取體系分離重稀土技術(shù)等技術(shù)。萃取工藝首先用鹽酸將稀土氧化物溶解成稀土氯化物溶液然后配制成一定的濃度，然后以離子狀態(tài)進(jìn)行萃取，萃取是進(jìn)行離子交換，通過萃取劑有選擇性的離子交換，使某種元素慢慢地富集，通過足夠次數(shù)的選擇性離子體交換，就可以使這種元素達(dá)到要求的純度，從而使得這種稀土元素與其它稀土元素分離。分離出來的稀土元素都以離子形式的氯化物水溶液存在，然后加入草酸，與稀土結(jié)合生成不溶于水的草酸稀土化合物，經(jīng)沉淀過濾，然后熱分解即可得到單一的稀土氧化物（生產(chǎn)流程見圖1），過篩包裝即可作產(chǎn)品銷售。

圖1 南方離子型稀土萃取分離工藝流程圖及放射性產(chǎn)污環(huán)節(jié)

萃取過程中放射性產(chǎn)污環(huán)節(jié)如圖1所示。

4. 稀土分離過程放射性物料衡算

現(xiàn)以某南方離子型稀土廠生產(chǎn)過程物料平衡為例計(jì)算稀土分離過程放射性物料平衡。

4.1 稀土分離過程各物料放射性水平

某稀土廠，擁有年分離2500t原料生產(chǎn)能力，原料主要為稀土氧化物。2008年我院對(duì)廠內(nèi)稀土原料、產(chǎn)品、酸溶渣、廢水處理中和渣分別取樣，送資質(zhì)實(shí)驗(yàn)室分析，分析結(jié)果如表2所示。分析結(jié)果表明稀土產(chǎn)品中核素238U、226Ra、232Th、40K均在1985～1990國(guó)家環(huán)境保護(hù)局調(diào)查的廣州土壤中天然放射性核素本底水平范圍內(nèi)，天然放射性核素基本進(jìn)入酸溶渣與中和渣；原料中核素與廣州土壤中天然放射性核素基本持平；酸溶渣中核素238U（913 Bq/kg）、226Ra（3.64×103 Bq/kg）、232Th（3.85×103 Bq/kg），均高于廣州土壤中天然238U（30.3～164.0 Bq/kg）、226Ra（2.4～128.0 Bq/kg）、232Th（2.8～145.0 Bq/kg）放射性核素本底水平范圍；主要是由于酸溶過程中大部分不含放射性的原料均被溶解，剩下的物質(zhì)為不溶于鹽酸的礦渣，富集在一起，這些礦渣殘存部分鈾、鐳、釷及其衰變子體，其放射性較高。中和渣中核素226Ra（305.2 Bq/kg）略比放射性核素本底水平范圍（2.4～128.0 Bq/kg）高一點(diǎn)，但在同一個(gè)數(shù)量級(jí)。

表2 某廠稀土原料、廢渣、產(chǎn)品監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位：Bq/kg

摘自：《中國(guó)環(huán)境天然放射性水平》，國(guó)家環(huán)境保護(hù)局，曾慶卓等。

4.2 物料衡算

物料平衡計(jì)算按項(xiàng)目上年度需用稀土原料能力計(jì)算，根據(jù)項(xiàng)目生產(chǎn)工藝，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)，對(duì)原料和產(chǎn)品樣品進(jìn)行分析，得出數(shù)據(jù)，進(jìn)行物料衡算。計(jì)算公式如下：

ΣG= M·C ……………………………………………………（1）

ΣG投入=ΣG產(chǎn)品+ΣG廢渣+ΣG流失 ………………………………（2）

式中：M—為投入或產(chǎn)出的質(zhì)量

C—為投入或產(chǎn)出的濃度

放射性物料衡算以生產(chǎn)工藝計(jì)算，即按上年度消耗中釔礦19445噸。年產(chǎn)產(chǎn)氧化鑭、氧化镥、氧化釔、氧化釹4768.8噸、其他產(chǎn)品1762.9噸，年產(chǎn)酸溶渣478.5噸，年產(chǎn)中和渣660t。天然放射性核素物料衡算結(jié)果如表3所示。由于原料中40K含量均低于檢測(cè)限，放射性核素衡算時(shí)未計(jì)算40K平衡。

表3 稀土廠天然放射性核素衡算結(jié)果

表3可知：

（1）238U年投入總量約6.28×109Bq、年產(chǎn)出總量約4.07×108，不平衡，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)；

（2）232Th年投入總量約8.03×108Bq、年產(chǎn)出總量約1.03×109Bq/a，衡算基本平衡；

（3）226Ra年投入總量約8.24×109Bq、年產(chǎn)出總量約1.79×109，不平衡，雖處于同一數(shù)量級(jí)，但投入量約為產(chǎn)出量的4.6倍；

（4）由于稀土分離過程中有化學(xué)過程參與，同一放射性系列的238U與226Ra不平衡，酸溶渣中鐳比活度遠(yuǎn)高于鈾比活度。

從工藝流程圖來看，整個(gè)工藝過程可帶走放射性核素只有產(chǎn)品、酸溶渣、中和渣三種，由于產(chǎn)品對(duì)元素含量要求較高，放射性核素進(jìn)入產(chǎn)品可能性較低，分析結(jié)果也表明產(chǎn)品中放射性核素含量較低；放射性核素只可能進(jìn)入酸溶渣與中和渣。綜合分析，放射性物料衡算總體不平衡可能有以下因素：endprint

（1）由于取樣分析過程時(shí)整個(gè)生產(chǎn)線在生產(chǎn)，各取樣節(jié)點(diǎn)不是出自同一批次原料，導(dǎo)致整體放射性物料衡算不平衡；

（2）生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，生產(chǎn)過程中不同批次產(chǎn)品放射性核素各產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)產(chǎn)出率不一致；

（3）取樣不具代表性；

（4）分析方法存在缺陷。

以上各因素分析考慮：

（1）由于取樣分析過程時(shí)整個(gè)生產(chǎn)線在生產(chǎn)，各取樣節(jié)點(diǎn)不是出自同一批次原料衡算結(jié)果可能略有出入，可以理解，但原料均用經(jīng)初加工后的碳酸稀土或氧化稀土，總體放射性水平差異可能會(huì)導(dǎo)致1-2倍左右的差異；

（2）生產(chǎn)工藝過程不穩(wěn)定，本企業(yè)已生產(chǎn)多年（超過30年），企業(yè)有自己配套的化驗(yàn)間、技術(shù)部，生產(chǎn)工藝流程非常非常穩(wěn)定，生

產(chǎn)工藝不穩(wěn)定帶來的放射性核素差異應(yīng)該可以控制在50%以內(nèi)；

（3）取樣代表性，我院為保證取樣代表性，原料樣品取了3個(gè)、酸溶渣取了2兩、中和渣取混合樣，樣品代表性可歸在原因（1）一起考慮。

仔細(xì)推敲很可能是分析過程帶入的誤差。后咨詢分析單位，放射性核素分析均采用能譜法進(jìn)行分析，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體γ譜儀分析低比活度γ放射性樣品的標(biāo)準(zhǔn)方法》（GB11713-89），其中238U讀取63.5keV能譜峰（子體234Th所發(fā)射γ射線）、232Th讀取583keV能譜峰（子體208Tl所發(fā)射γ射線）、226Ra讀取351keV能譜峰（子體214Pb所發(fā)射γ射線）。

能譜法在分析放射性核素時(shí)具有快速、準(zhǔn)確、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但分析天然放射性核素時(shí)要求分析放射性核素基本處理平衡狀態(tài)。稀土廠在生產(chǎn)過程中，有酸溶工藝與萃取工藝，該過程中均有化學(xué)過程參與，原料本身也是采用化學(xué)法提取，化學(xué)過程均導(dǎo)致238U系、232Th系均未處于平衡狀態(tài)，其子體與母核可能不平衡。

本次分析過程中，238U讀取63.5keV能譜峰（子體234Th所發(fā)射γ射線）、232Th讀取583keV能譜峰（子體208Tl所發(fā)射γ射線）、226Ra讀取351keV能譜峰（子體214Pb所發(fā)射γ射線），其中234Th為238U第一代子體、208Tl為232Th第九代子體、214Pb為226Ra第三代子體。

由238U 衰變綱要圖如圖2所示，由238U衰變至206Pb，共經(jīng)歷8代α衰變和6代β衰變，僅210Bi衰變時(shí)不發(fā)射γ射線。

238U半衰期達(dá)4.468×109a，其第一代子體234Th的半衰期為24.1d。根據(jù)《輻射防護(hù)手冊(cè)第一分冊(cè)》，放射性核素其子體個(gè)數(shù)

式中：N1、N2表示母核與第一代子體核素原子數(shù)

N10表示母核原子起始狀態(tài)原子數(shù)

λ1、λ2代表母核與第一代子體核素衰變常數(shù)

如果238U子體在化學(xué)過程中全部被分離，由式（5）可計(jì)算238U與234Th重新平衡時(shí)所需時(shí)間為：

λ1N1 = λ2N2 ………………………………………… （5）

解式（5）可得，在238U系子體全部被分離情況下，238U與234Th重新平衡時(shí)所需時(shí)間約867d，就是說如果鈾與其子體不平衡，重新建立平衡所需時(shí)間最長(zhǎng)將超過2年，當(dāng)然在實(shí)際情況中238U與234Th不可能徹底分離，重新建立平衡時(shí)間不會(huì)需要2年，但在238U與其子體234Th不平衡條件下測(cè)234Th所發(fā)射γ射線所得結(jié)果完全不能代表238U活度；同理，232Th與其子體不平衡時(shí)，208Tl所發(fā)射γ射線分析結(jié)果不能反應(yīng)232Th活度；226Ra與與其子體不平衡時(shí)，201Pb所發(fā)射γ射線分析結(jié)果不能反應(yīng)226Ra活度；其分析誤差決定于母核素與子核素平衡系數(shù)。

至此，可以肯定物料衡算誤差主要原因應(yīng)該是由于在稀土冶煉過程中放射性核素母體與子體不平衡，核素分析時(shí)采用能譜法分析，分析所讀能譜峰讀取子體能譜峰所導(dǎo)致。要解決此類問題，最簡(jiǎn)單的方法就是采用化學(xué)法分析各核素含量，再計(jì)算放射性物料平衡。

綜合以上，作者認(rèn)為南方離子型稀土分離企業(yè)生產(chǎn)過程放射性物料衡算應(yīng)注意以下問題：

（1）盡量選取穩(wěn)定生產(chǎn)工藝過程中，同一批次原料所產(chǎn)生的產(chǎn)品、酸溶渣、中和渣；

（2）取樣應(yīng)具有代表性，取多個(gè)混合樣分析；

（3）如有條件，應(yīng)采用多種方法分析各核素含量。

5. 結(jié)語

稀土元素有現(xiàn)代工業(yè)“味精”之稱，在現(xiàn)代工業(yè)中的地位舉足輕重。但稀土元素均與天然放射性元素伴生，稀土原料在分離過程中必須去除其中所含放射性元素。放射性元素對(duì)人體傷害均無色無味，傷人于無形之中。稀土分離項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，放射性元素在生產(chǎn)工藝中的去向顯得尤為重要。

稀土冶煉廠環(huán)境影響后評(píng)價(jià)中，放射性核素物料衡算，如采用分析方法不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致放射性核素嚴(yán)重不平衡，建議有化學(xué)過程參與的放射性物料衡算，其分析方法盡量采用化學(xué)法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任炳湘等，稀土加工行業(yè)放射性污染監(jiān)測(cè)及危害[J]，環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，1991，3[2]：30-33

[2] 王昆山，稀土生產(chǎn)中的放射性污染及評(píng)價(jià)[J]，工業(yè)安全與防塵，1997，5：28-30

[3] 李德平等，《輻射防護(hù)手冊(cè)第一分冊(cè)》[M]，原子能出版社，1978年：1-22。endprint

（1）由于取樣分析過程時(shí)整個(gè)生產(chǎn)線在生產(chǎn)，各取樣節(jié)點(diǎn)不是出自同一批次原料，導(dǎo)致整體放射性物料衡算不平衡；

（2）生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，生產(chǎn)過程中不同批次產(chǎn)品放射性核素各產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)產(chǎn)出率不一致；

（3）取樣不具代表性；

（4）分析方法存在缺陷。

以上各因素分析考慮：

（1）由于取樣分析過程時(shí)整個(gè)生產(chǎn)線在生產(chǎn)，各取樣節(jié)點(diǎn)不是出自同一批次原料衡算結(jié)果可能略有出入，可以理解，但原料均用經(jīng)初加工后的碳酸稀土或氧化稀土，總體放射性水平差異可能會(huì)導(dǎo)致1-2倍左右的差異；

（2）生產(chǎn)工藝過程不穩(wěn)定，本企業(yè)已生產(chǎn)多年（超過30年），企業(yè)有自己配套的化驗(yàn)間、技術(shù)部，生產(chǎn)工藝流程非常非常穩(wěn)定，生

產(chǎn)工藝不穩(wěn)定帶來的放射性核素差異應(yīng)該可以控制在50%以內(nèi)；

（3）取樣代表性，我院為保證取樣代表性，原料樣品取了3個(gè)、酸溶渣取了2兩、中和渣取混合樣，樣品代表性可歸在原因（1）一起考慮。

仔細(xì)推敲很可能是分析過程帶入的誤差。后咨詢分析單位，放射性核素分析均采用能譜法進(jìn)行分析，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體γ譜儀分析低比活度γ放射性樣品的標(biāo)準(zhǔn)方法》（GB11713-89），其中238U讀取63.5keV能譜峰（子體234Th所發(fā)射γ射線）、232Th讀取583keV能譜峰（子體208Tl所發(fā)射γ射線）、226Ra讀取351keV能譜峰（子體214Pb所發(fā)射γ射線）。

能譜法在分析放射性核素時(shí)具有快速、準(zhǔn)確、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但分析天然放射性核素時(shí)要求分析放射性核素基本處理平衡狀態(tài)。稀土廠在生產(chǎn)過程中，有酸溶工藝與萃取工藝，該過程中均有化學(xué)過程參與，原料本身也是采用化學(xué)法提取，化學(xué)過程均導(dǎo)致238U系、232Th系均未處于平衡狀態(tài)，其子體與母核可能不平衡。

本次分析過程中，238U讀取63.5keV能譜峰（子體234Th所發(fā)射γ射線）、232Th讀取583keV能譜峰（子體208Tl所發(fā)射γ射線）、226Ra讀取351keV能譜峰（子體214Pb所發(fā)射γ射線），其中234Th為238U第一代子體、208Tl為232Th第九代子體、214Pb為226Ra第三代子體。

由238U 衰變綱要圖如圖2所示，由238U衰變至206Pb，共經(jīng)歷8代α衰變和6代β衰變，僅210Bi衰變時(shí)不發(fā)射γ射線。

238U半衰期達(dá)4.468×109a，其第一代子體234Th的半衰期為24.1d。根據(jù)《輻射防護(hù)手冊(cè)第一分冊(cè)》，放射性核素其子體個(gè)數(shù)

式中：N1、N2表示母核與第一代子體核素原子數(shù)

N10表示母核原子起始狀態(tài)原子數(shù)

λ1、λ2代表母核與第一代子體核素衰變常數(shù)

如果238U子體在化學(xué)過程中全部被分離，由式（5）可計(jì)算238U與234Th重新平衡時(shí)所需時(shí)間為：

λ1N1 = λ2N2 ………………………………………… （5）

解式（5）可得，在238U系子體全部被分離情況下，238U與234Th重新平衡時(shí)所需時(shí)間約867d，就是說如果鈾與其子體不平衡，重新建立平衡所需時(shí)間最長(zhǎng)將超過2年，當(dāng)然在實(shí)際情況中238U與234Th不可能徹底分離，重新建立平衡時(shí)間不會(huì)需要2年，但在238U與其子體234Th不平衡條件下測(cè)234Th所發(fā)射γ射線所得結(jié)果完全不能代表238U活度；同理，232Th與其子體不平衡時(shí)，208Tl所發(fā)射γ射線分析結(jié)果不能反應(yīng)232Th活度；226Ra與與其子體不平衡時(shí)，201Pb所發(fā)射γ射線分析結(jié)果不能反應(yīng)226Ra活度；其分析誤差決定于母核素與子核素平衡系數(shù)。

至此，可以肯定物料衡算誤差主要原因應(yīng)該是由于在稀土冶煉過程中放射性核素母體與子體不平衡，核素分析時(shí)采用能譜法分析，分析所讀能譜峰讀取子體能譜峰所導(dǎo)致。要解決此類問題，最簡(jiǎn)單的方法就是采用化學(xué)法分析各核素含量，再計(jì)算放射性物料平衡。

綜合以上，作者認(rèn)為南方離子型稀土分離企業(yè)生產(chǎn)過程放射性物料衡算應(yīng)注意以下問題：

（1）盡量選取穩(wěn)定生產(chǎn)工藝過程中，同一批次原料所產(chǎn)生的產(chǎn)品、酸溶渣、中和渣；

（2）取樣應(yīng)具有代表性，取多個(gè)混合樣分析；

（3）如有條件，應(yīng)采用多種方法分析各核素含量。

5. 結(jié)語

稀土元素有現(xiàn)代工業(yè)“味精”之稱，在現(xiàn)代工業(yè)中的地位舉足輕重。但稀土元素均與天然放射性元素伴生，稀土原料在分離過程中必須去除其中所含放射性元素。放射性元素對(duì)人體傷害均無色無味，傷人于無形之中。稀土分離項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，放射性元素在生產(chǎn)工藝中的去向顯得尤為重要。

稀土冶煉廠環(huán)境影響后評(píng)價(jià)中，放射性核素物料衡算，如采用分析方法不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致放射性核素嚴(yán)重不平衡，建議有化學(xué)過程參與的放射性物料衡算，其分析方法盡量采用化學(xué)法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任炳湘等，稀土加工行業(yè)放射性污染監(jiān)測(cè)及危害[J]，環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，1991，3[2]：30-33

[2] 王昆山，稀土生產(chǎn)中的放射性污染及評(píng)價(jià)[J]，工業(yè)安全與防塵，1997，5：28-30

[3] 李德平等，《輻射防護(hù)手冊(cè)第一分冊(cè)》[M]，原子能出版社，1978年：1-22。endprint

（1）由于取樣分析過程時(shí)整個(gè)生產(chǎn)線在生產(chǎn)，各取樣節(jié)點(diǎn)不是出自同一批次原料，導(dǎo)致整體放射性物料衡算不平衡；

（2）生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，生產(chǎn)過程中不同批次產(chǎn)品放射性核素各產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)產(chǎn)出率不一致；

（3）取樣不具代表性；

（4）分析方法存在缺陷。

以上各因素分析考慮：

（1）由于取樣分析過程時(shí)整個(gè)生產(chǎn)線在生產(chǎn)，各取樣節(jié)點(diǎn)不是出自同一批次原料衡算結(jié)果可能略有出入，可以理解，但原料均用經(jīng)初加工后的碳酸稀土或氧化稀土，總體放射性水平差異可能會(huì)導(dǎo)致1-2倍左右的差異；

（2）生產(chǎn)工藝過程不穩(wěn)定，本企業(yè)已生產(chǎn)多年（超過30年），企業(yè)有自己配套的化驗(yàn)間、技術(shù)部，生產(chǎn)工藝流程非常非常穩(wěn)定，生

產(chǎn)工藝不穩(wěn)定帶來的放射性核素差異應(yīng)該可以控制在50%以內(nèi)；

（3）取樣代表性，我院為保證取樣代表性，原料樣品取了3個(gè)、酸溶渣取了2兩、中和渣取混合樣，樣品代表性可歸在原因（1）一起考慮。

仔細(xì)推敲很可能是分析過程帶入的誤差。后咨詢分析單位，放射性核素分析均采用能譜法進(jìn)行分析，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體γ譜儀分析低比活度γ放射性樣品的標(biāo)準(zhǔn)方法》（GB11713-89），其中238U讀取63.5keV能譜峰（子體234Th所發(fā)射γ射線）、232Th讀取583keV能譜峰（子體208Tl所發(fā)射γ射線）、226Ra讀取351keV能譜峰（子體214Pb所發(fā)射γ射線）。

能譜法在分析放射性核素時(shí)具有快速、準(zhǔn)確、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但分析天然放射性核素時(shí)要求分析放射性核素基本處理平衡狀態(tài)。稀土廠在生產(chǎn)過程中，有酸溶工藝與萃取工藝，該過程中均有化學(xué)過程參與，原料本身也是采用化學(xué)法提取，化學(xué)過程均導(dǎo)致238U系、232Th系均未處于平衡狀態(tài)，其子體與母核可能不平衡。

本次分析過程中，238U讀取63.5keV能譜峰（子體234Th所發(fā)射γ射線）、232Th讀取583keV能譜峰（子體208Tl所發(fā)射γ射線）、226Ra讀取351keV能譜峰（子體214Pb所發(fā)射γ射線），其中234Th為238U第一代子體、208Tl為232Th第九代子體、214Pb為226Ra第三代子體。

由238U 衰變綱要圖如圖2所示，由238U衰變至206Pb，共經(jīng)歷8代α衰變和6代β衰變，僅210Bi衰變時(shí)不發(fā)射γ射線。

238U半衰期達(dá)4.468×109a，其第一代子體234Th的半衰期為24.1d。根據(jù)《輻射防護(hù)手冊(cè)第一分冊(cè)》，放射性核素其子體個(gè)數(shù)

式中：N1、N2表示母核與第一代子體核素原子數(shù)

N10表示母核原子起始狀態(tài)原子數(shù)

λ1、λ2代表母核與第一代子體核素衰變常數(shù)

如果238U子體在化學(xué)過程中全部被分離，由式（5）可計(jì)算238U與234Th重新平衡時(shí)所需時(shí)間為：

λ1N1 = λ2N2 ………………………………………… （5）

解式（5）可得，在238U系子體全部被分離情況下，238U與234Th重新平衡時(shí)所需時(shí)間約867d，就是說如果鈾與其子體不平衡，重新建立平衡所需時(shí)間最長(zhǎng)將超過2年，當(dāng)然在實(shí)際情況中238U與234Th不可能徹底分離，重新建立平衡時(shí)間不會(huì)需要2年，但在238U與其子體234Th不平衡條件下測(cè)234Th所發(fā)射γ射線所得結(jié)果完全不能代表238U活度；同理，232Th與其子體不平衡時(shí)，208Tl所發(fā)射γ射線分析結(jié)果不能反應(yīng)232Th活度；226Ra與與其子體不平衡時(shí)，201Pb所發(fā)射γ射線分析結(jié)果不能反應(yīng)226Ra活度；其分析誤差決定于母核素與子核素平衡系數(shù)。

至此，可以肯定物料衡算誤差主要原因應(yīng)該是由于在稀土冶煉過程中放射性核素母體與子體不平衡，核素分析時(shí)采用能譜法分析，分析所讀能譜峰讀取子體能譜峰所導(dǎo)致。要解決此類問題，最簡(jiǎn)單的方法就是采用化學(xué)法分析各核素含量，再計(jì)算放射性物料平衡。

綜合以上，作者認(rèn)為南方離子型稀土分離企業(yè)生產(chǎn)過程放射性物料衡算應(yīng)注意以下問題：

（1）盡量選取穩(wěn)定生產(chǎn)工藝過程中，同一批次原料所產(chǎn)生的產(chǎn)品、酸溶渣、中和渣；

（2）取樣應(yīng)具有代表性，取多個(gè)混合樣分析；

（3）如有條件，應(yīng)采用多種方法分析各核素含量。

5. 結(jié)語

稀土元素有現(xiàn)代工業(yè)“味精”之稱，在現(xiàn)代工業(yè)中的地位舉足輕重。但稀土元素均與天然放射性元素伴生，稀土原料在分離過程中必須去除其中所含放射性元素。放射性元素對(duì)人體傷害均無色無味，傷人于無形之中。稀土分離項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，放射性元素在生產(chǎn)工藝中的去向顯得尤為重要。

稀土冶煉廠環(huán)境影響后評(píng)價(jià)中，放射性核素物料衡算，如采用分析方法不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致放射性核素嚴(yán)重不平衡，建議有化學(xué)過程參與的放射性物料衡算，其分析方法盡量采用化學(xué)法。

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