伴生礦開發(fā)利用對環(huán)境的放射性影響及污染防治措施

馮奕達(dá) 張保生

摘要：包頭白云鄂博礦是典型的放射性伴生礦， 也是包頭鋼鐵和稀土兩大支柱產(chǎn)業(yè)的主要原料來源。在伴生礦的開采、冶煉、加工等工藝過程中，放射性核素被不同程度的富集和貧化，從而對環(huán)境造成放射性污染。本文通過大量監(jiān)測數(shù)據(jù)和調(diào)研，從白云鄂博伴生礦的生產(chǎn)工藝出發(fā)，對生產(chǎn)區(qū)及尾礦壩地區(qū)進(jìn)行放射性現(xiàn)狀監(jiān)測，得出伴生礦開發(fā)利用過程中對環(huán)境的放射性影響，探究放射性核素的遷移規(guī)律，并提出污染防治措施。

關(guān)鍵詞：伴生礦；開發(fā)；放射性影響；污染防治

中圖分類號：X591 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0076-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.046

Abstract： Baotou Baiyunebo mine is a typical radioactive associated mine and is the main source of raw materials for Baotou steel and rare earth. In the process of mining， smelting and processing of associated minerals， radionuclides are enriched and depleted in different degrees， thus causing radioactive pollution to the environment. In this paper， through a large number of monitoring data and research， starting from the production process of Baiyunebo associated minerals， the production and the present situation of tailings dam area for radioactive monitoring， draw associated ore in the process of development and utilization of the environmental impact of radioactive， explore the radionuclide migration patterns， and pollution prevention and control measures are put forward.

Key words：Associated ore；Development；Radioactive effects；Pollution prevention

伴生礦是含有較高天然放射性水平核素的非鈾礦，白云鄂博伴生礦的開發(fā)利用除提取所需的礦用成分外，同時還將伴生的鈾、釷、鐳、鉀等具有較高放射性水平的核素暴露到地面環(huán)境中，導(dǎo)致環(huán)境天然放射性物質(zhì)濃度及其照射水平有所增高，從而造成包頭市及黃河地區(qū)的環(huán)境受到放射性污染[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，包頭稀土已經(jīng)成為舉世矚目的稀土工業(yè)基地，有著重要的戰(zhàn)略地位，因此，探究伴生礦開發(fā)利用過程中的放射性環(huán)境影響，將會為國家對伴生礦的管理、環(huán)境污染防治對策提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)，進(jìn)一步提高伴生礦的合理開發(fā)和利用。

1 調(diào)查內(nèi)容和方法

1.1 調(diào)查內(nèi)容

（1）按照伴生礦開發(fā)利用工藝流程[2]，采集白云礦礦石、鐵精礦、稀土精礦、選礦尾礦、稀土冶煉渣、高爐渣、稀土產(chǎn)品等樣品，進(jìn)行天然放射性核素238U、232Th、226Ra、40K的放射性比活度及總放射性水平分析，探究放射性核素在開發(fā)利用過程中遷移情況。主要工藝路線和污染物產(chǎn)生見圖1。

（2）調(diào)查伴生礦開發(fā)利用過程中生產(chǎn)區(qū)和尾礦壩的輻射環(huán)境現(xiàn)狀，重點調(diào)查因子：γ輻射空氣吸收劑量率、空氣氣溶膠氡、釷子體α潛能值、水體、土壤放射性水平。

1.2 方法和儀器

（1）陸地瞬時γ輻射空氣吸收劑量率：采用FH40G型多功能γ輻射測量儀進(jìn)行測量。測點距附近高大建筑物的距離需大于30m，測量時儀器的有效中心離地面1m高。（2）氣溶膠：氣溶膠的采集是用氣溶膠大流量采樣器，瞬時流量一般調(diào)為1.05m3/min，濾膜用規(guī)格為Φ90mm的玻璃纖維濾膜，在檢查確認(rèn)無漏光現(xiàn)象后，將完好無損的濾膜編號、登記、稱重，采樣時間為7天。（3）水體樣品：地下水選取生產(chǎn)區(qū)和尾礦壩附近居民點井水水源進(jìn)行取樣監(jiān)測。廢水按照生產(chǎn)工藝，選取不同階段的生產(chǎn)廢水。（4）固體樣品：土壤的采集點為白云礦區(qū)和尾礦壩周圍γ輻射空氣吸收劑量率測線點最大值與本底值處，采取表層10cm土壤樣品，每個樣品采樣量約1kg。礦石、原料、產(chǎn)品、廢渣等固體采用多點混合方法進(jìn)行采集。分析方法和儀器結(jié)合實際情況，按照國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化儀器使用和方法。具體見表1。

2 調(diào)查結(jié)果及分析

2.1 天然放射性轉(zhuǎn)移分布規(guī)律

白云鄂博礦石經(jīng)開采、破碎、選礦后，選出鐵精礦與稀土精礦，尾礦排至包鋼尾壩庫堆存待開發(fā)利用，鐵精礦用于生產(chǎn)人造礦供高爐煉鐵，鐵水供轉(zhuǎn)爐煉鋼，高爐渣排至高爐渣場堆存，稀土精礦用于生產(chǎn)稀土中間合金、氯化稀土及稀土深加工產(chǎn)品。對各樣品的監(jiān)測結(jié)果見表2。

監(jiān)測結(jié)果顯示，白云鄂博伴生礦在鋼鐵和稀土的選冶利用中，礦石中的放射性核素在物料、產(chǎn)品和“三廢”（主要是廢渣）中重新分布，通過核素的放射性比活度可知，總放射性水平主要由釷提供，且隨選礦的完成主要分布在稀土精礦和尾礦，最終集中在稀土廢渣和煉鐵高爐渣中，少部分進(jìn)入廢水和粉塵中，稀土產(chǎn)品中238U、232Th、226Ra、40Ka比活度均低于測限值以下，說明稀土產(chǎn)品中幾乎不含放射性核素。鐵精礦中的釷較原礦有所貧化，鐵精礦經(jīng)燒結(jié)、球團(tuán)、高爐煉鐵后，最終富集于高爐渣中，極少量隨高爐塵帶走，生鐵中已基本不含天然放射性釷。

2.2 生產(chǎn)區(qū)及尾礦壩地區(qū)環(huán)境放射性現(xiàn)狀及影響分析

為了掌握白云鄂博伴生礦在開發(fā)利用過程中對環(huán)境的影響，對伴生礦加工生產(chǎn)區(qū)和尾礦壩周圍進(jìn)行了較全面的監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如下。

2.2.1 環(huán)境γ輻射空氣吸收劑量率監(jiān)測結(jié)果分析

環(huán)境γ輻射空氣吸收劑量率監(jiān)測在白云鄂博礦區(qū)外圍、金屬深加工園區(qū)及尾礦壩周邊共布設(shè)測線點155個，并重點對稀土廠內(nèi)各車間進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果未扣除宇宙射線影響值，監(jiān)測結(jié)果表明，白云鄂博礦區(qū)外圍的環(huán)境γ輻射空氣吸收劑量率均值為108nGy/h，所測值均在《中國環(huán)境天然放射性水平》[3]包頭市城區(qū)、郊區(qū)環(huán)境調(diào)查值（31.0～140.1nGy/h）范圍內(nèi)；由于生產(chǎn)原料和廢渣的影響，加工園區(qū)與稀土廠各車間環(huán)境γ輻射水平明顯偏高，均值在137.74～234.67nGy/h，最高值在臨時堆渣場內(nèi)過道，高達(dá)1323.0nGy/h，但污染范圍較為集中；尾礦壩西側(cè)至南側(cè)污染較為嚴(yán)重，壩外環(huán)境γ輻射劑量率均值在105.7～500.2nGy/h，最高值為932.4nGy/h，是包頭市區(qū)本底值（62nGy/h）的10倍，分析原因是壩內(nèi)尾礦粉常年受風(fēng)向影響隨風(fēng)飄散造成。

2.2.2 空氣氣溶膠氡、釷子體α潛能值監(jiān)測結(jié)果分析

在白云鄂博城區(qū)、包頭金屬加工園區(qū)稀土廠門口、包鋼尾礦壩周圍布設(shè)空氣氣溶膠監(jiān)測點10個，監(jiān)測結(jié)果表明，尾礦壩附近測點的空氣氣溶膠氡、釷子體α潛能值較其他測點和包頭市城區(qū)平均測值高，氡子體為17.5～28.7nJ/m3，釷子體為15.2～27.1nJ/m3，兩種子體的α潛能值均在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)（氡子體α潛能值32nJ/m3、釷子體α潛能值97nJ/m3）[4] 釷、氡子體比值為0.7～1.0，超包頭市區(qū)釷、氡子體比值（0.5）0.4～1倍，由此可見，白云鄂博伴生礦的開發(fā)利用已經(jīng)對環(huán)境造成一定放射性污染，放射性釷是包頭市的特異性環(huán)境污染因子。

2.2.3 水體放射性水平監(jiān)測結(jié)果分析

地表水共設(shè)監(jiān)測點 7個，主要是加工生產(chǎn)區(qū)附近水源地和尾礦壩內(nèi)及滲出水，監(jiān)測結(jié)果表明，生產(chǎn)區(qū)附近水源地總α測值范圍為0.13～0.45Bq/L、總β測值范圍為0.15～0.27Bq/L，均在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[5]（GB5749-2006）限值內(nèi)（總α限值0.5Bq/L，總β限值1.0Bq/L），238U、232Th、226Ra、40Ka含量均在《中國環(huán)境天然放射性水平》調(diào)查范圍之內(nèi)；尾礦壩內(nèi)水質(zhì)總α測值為1.25Bq/L，總β測值為0.67Bq/L，總α超《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[6]（GB8978-1996）限值（總β限值1.0Bq/L，總β限值10.0Bq/L）0.25倍；防滲溝滲出水與泄洪渠滲出水總α、總β放射性比活度均在《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。地下水監(jiān)測點4個，監(jiān)測結(jié)果表明，其中尾礦壩附近打拉亥上村1號井中地下水總α測值范圍為（0.51～1.34Bq/L）略高于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），不應(yīng)作為飲用水水源，核素含量其余點位測值均在本底值范圍內(nèi)。

2.2.4 土壤放射性環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果分析

在白云鄂博礦區(qū)外圍和尾礦壩下風(fēng)向圍墻外共設(shè)14個土壤監(jiān)測點，由監(jiān)測結(jié)果可知，尾礦壩下風(fēng)向圍墻外土壤中238U、232Th、226Ra、40Ka含量與包頭地區(qū)處于同一水平，均在本底值范圍內(nèi)；白云礦區(qū)北側(cè)圍欄外土壤中釷的放射性比活度范圍為134.41～230.18Bq/kg，超包頭地區(qū)一般環(huán)境土壤本底值（20.3～97.9Bq/kg）一倍，其他核素和總放射性水平與“十二五”期間平均值相比沒有明顯變化，屬于正常波動范圍內(nèi)，均在包頭地區(qū)一般環(huán)境土壤本底值范圍值內(nèi)。

3 結(jié)論

伴生礦開發(fā)利用過程中天然放射性主要由釷提供，其他核素對伴生礦的放射性影響極較小，通過伴生礦的開采、冶煉、加工等工藝環(huán)節(jié)，釷在稀土精礦、尾礦、稀土廢渣和高爐渣中得到了不同程度的富集，鐵精礦中的釷較原礦有所貧化，最終主要集中在稀土廢渣和高爐渣中，少量進(jìn)入廢水和粉塵中，稀土產(chǎn)品中幾乎不含釷。因此，必須對稀土生產(chǎn)遺留污染及時進(jìn)行治理，對已關(guān)停稀土生產(chǎn)加工企業(yè)的放射性污染狀況進(jìn)行全面摸查，全面清理遺留的原料和廢渣，對受到污染的設(shè)施和場地進(jìn)行退役治理。伴生礦的開發(fā)利用已使包頭和白云區(qū)局部輻射環(huán)境質(zhì)量受到影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：包鋼尾礦壩南側(cè)、稀土精礦庫和渣堆場周圍的γ輻射空氣吸收劑量率；白云鄂生產(chǎn)區(qū)和尾礦壩附近空氣氣溶膠氡、釷子體α潛能值；尾礦壩內(nèi)水、周邊地下水和白云生產(chǎn)區(qū)附近水源總放射性水平；白云生產(chǎn)區(qū)北側(cè)土壤中釷含量。放射性污染防治的重點是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固態(tài)和氣態(tài)污染物，最大的污染源是尾礦壩。

4 防治措施及建議

白云礦開發(fā)利用的放射性污染歸根結(jié)底是由于其中所含的釷引起的，從污染控制角度講，最有效的方式是減少釷含量較高礦石的開采或?qū)⑵渲械拟Q作為資源回收利用。達(dá)到保護(hù)釷資源和減少放射性污染的目標(biāo)。積極尋找解決白云鄂博鐵礦區(qū)的水源途徑，一旦水源得到解決，建議將選礦全部健在白云鄂博礦區(qū)，并將尾礦壩退役封存，退役后原地封存保護(hù)，上面覆蓋土壤回復(fù)植被，做到一旦需要可有計劃開發(fā)利用，打到消除污染，保護(hù)資源的目的。對尾礦壩西、南部污染區(qū)進(jìn)行治理；對尾礦壩壩體安全性進(jìn)行全面評價，確保不出現(xiàn)潰壩事故，保護(hù)壩體安全和穩(wěn)定，對尾礦庫滲漏水和地下水進(jìn)行連續(xù)長期監(jiān)測；建立尾礦壩周圍環(huán)境的放射性及有害物監(jiān)測制度，開展周圍環(huán)境的監(jiān)測。預(yù)防發(fā)生異常情況，采取有效對策，進(jìn)一步完善事故環(huán)境風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)應(yīng)急演練，防止污染事故的發(fā)生。稀土廠臨時貯渣廠要設(shè)有防滲漏、防雨淋、防飛揚(yáng)即三防措施，并設(shè)有電離輻射標(biāo)志，建議建庫貯存稀土企業(yè)放射性廢渣，或存入包頭放射性廢物庫內(nèi)。 建議加強(qiáng)放射性污染防治監(jiān)測，將采礦破碎等生產(chǎn)環(huán)節(jié)納入輻射防護(hù)管理體系。建議將放射性污染防治監(jiān)測作為一項日常性工作，并納入考核體系。在包頭市環(huán)保監(jiān)管部門的主導(dǎo)下，制定系統(tǒng)的放射性污染防治監(jiān)測計劃并有效實施。

參考文獻(xiàn)

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[5]GB5749-2006， 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]GB8978-1996， 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

收稿日期：2018-04-16

作者簡介：馮奕達(dá)（1993-），男，碩士，研究方向為伴生礦開發(fā)利用中放射性釷的環(huán)境影響。