鈾尾礦庫輻射安全問題的現(xiàn)狀分析及對策

鄭黃婷，許明發(fā)，向輝云，江 岳

（廣西壯族自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督管理站，南寧 530222）

鈾礦作為核燃料的來源，是國家重要戰(zhàn)略資源和能源資源。鈾礦在勘探、開采和水冶等過程中會產(chǎn)生大量的固體廢物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每生產(chǎn)1t 鈾金屬產(chǎn)品，會產(chǎn)生250～600t 尾礦，目前，我國現(xiàn)有尾礦已達(dá)數(shù)千萬噸［1］。根據(jù)核安全“十三五”統(tǒng)籌規(guī)劃，我國還將建設(shè)3個(gè)千噸級鈾礦大基地，由此產(chǎn)生的尾礦數(shù)量還會持續(xù)增加。由此可見，對鈾尾礦的科學(xué)管理，是鈾礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須面對的問題。

我國鈾業(yè)始建于20世紀(jì)50年代［2］，經(jīng)過60多年的發(fā)展，鈾尾礦庫的放射性污染防治和輻射安全管理工作取得了一定的成績，至今未發(fā)生大型輻射安全事故。但是，還必須正確認(rèn)識到，鈾尾礦庫對生態(tài)環(huán)境和公眾健康的影響仍存在諸多問題和隱患，不容忽視。

1 鈾尾礦庫輻射安全管理的重要性

鈾尾礦中含有大量的重金屬和放射性物質(zhì)，雖然放射性比活度低，但由于廢物量巨大，不宜用高放廢物的方法對其進(jìn)行固化隔離處置，必須儲存在專用的尾礦庫內(nèi)［3］?！度贻椛洵h(huán)境質(zhì)量評價(jià)》中指出［4］，鈾礦冶系統(tǒng)放射性核素對周圍公眾照射的集體劑量約占核燃料系統(tǒng)總集體劑量91.5%，其中尾礦庫析出氡的貢獻(xiàn)率約占鈾礦冶系統(tǒng)的1/4，可見鈾尾礦庫的輻射安全管理工作十分必要。

世界一些主要產(chǎn)鈾國最早于20世紀(jì)40年代開始對鈾礦進(jìn)行大規(guī)模開采［5］。在開采初期，由于對環(huán)境污染認(rèn)識不足，曾發(fā)生過不同程度的鈾尾礦污染事件，例如，澳大利亞早期露天開采鈾礦產(chǎn)生的尾礦、廢石等放射性廢物直接堆放在地表，沒有采取必要的安全措施，對周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染破壞；加拿大鈾水冶廠最早的尾礦砂全部排入湖泊中，后期的清污處理花費(fèi)了巨大人力、物力和財(cái)力；德國、美國都曾發(fā)生過鈾尾礦庫潰壩事件，數(shù)十萬噸的尾礦傾瀉而出，造成了嚴(yán)重污染事件，補(bǔ)救行動也付出了巨大代價(jià)［6］。

為解決鈾尾礦對環(huán)境及公眾造成的污染和損害，世界各國針對鈾尾礦的處理處置技術(shù)開展了很多研究，國際原子能機(jī)構(gòu)也多次召開會議，研討鈾尾礦的處理處置技術(shù)、對策和管理方法。

2 我國鈾尾礦輻射安全現(xiàn)狀

2.1 分布及特點(diǎn)

我國鈾礦資源豐富，但具有分布不均衡的特點(diǎn)，已查明的鈾礦資源主要分布于全國23 個(gè)省、市和自治區(qū)。其中，華東、華中、華南地區(qū)的鈾礦資源約占總數(shù)的80%，主要集中在桂、粵、贛、湘四?。?］，我國鈾尾礦廢石場的分布情況見表1。我國鈾尾礦庫90%建造在山區(qū)，庫區(qū)池塘、農(nóng)田多，庫址距江河較近，一般在2～3 km，最近的只有0.8 km［8］。

由于地下貯存式的尾礦庫對建設(shè)條件要求苛刻，還要考慮地質(zhì)、水文、氣候等因素的影響，并且建成后運(yùn)營和維護(hù)成本高。我國大部分鈾尾礦庫建于地表。我國鈾尾礦庫的設(shè)計(jì)級別較同規(guī)模的其他工業(yè)尾礦庫或水庫的級別高出1～2級，多數(shù)鈾尾礦庫排洪設(shè)計(jì)采用百年一遇洪水的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，用千年一遇洪水的要求進(jìn)行校核。特大型尾礦庫按一級水工構(gòu)筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。鈾尾礦庫運(yùn)行多年的實(shí)踐表明，我國鈾尾礦庫的建設(shè)滿足鈾礦冶的生產(chǎn)需求，基本達(dá)到安全儲存目的。

表1 我國鈾尾礦廢石場的分布Table 1 Distribution of uranium tailings and waste rock in China單位：%

2.2 輻射安全監(jiān)管現(xiàn)狀

我國鈾尾礦庫的建設(shè)和運(yùn)行由國家國防科技工業(yè)局管理，實(shí)行核安全建造許可證和核安全運(yùn)行許可證制度，并要求有甲級設(shè)計(jì)資質(zhì)單位編制安全分析報(bào)告。新建或改擴(kuò)建項(xiàng)目在可行性研究階段，編制環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告報(bào)生態(tài)環(huán)境行政主管部門審批。

鈾礦冶設(shè)施屬于國家重點(diǎn)監(jiān)管的核與輻射設(shè)施，納入監(jiān)督性監(jiān)測范圍，由生態(tài)環(huán)境部委托各省級輻射環(huán)境監(jiān)測站實(shí)施監(jiān)督性監(jiān)測。各地核與輻射安全監(jiān)督站負(fù)責(zé)實(shí)施對轄區(qū)內(nèi)的鈾礦冶設(shè)施開展常規(guī)的監(jiān)督檢查，每年例行兩次檢查。生態(tài)環(huán)境部將視具體情況對鈾礦冶設(shè)施安排非例行的監(jiān)督檢查，如專項(xiàng)檢查等。

各省級輻射環(huán)境監(jiān)測站按全國輻射環(huán)境監(jiān)測方案對轄區(qū)內(nèi)的鈾礦冶設(shè)施開展監(jiān)督性監(jiān)測工作，相關(guān)監(jiān)測結(jié)果按程序上報(bào)生態(tài)環(huán)境部。其中，對尾礦庫的分析測量項(xiàng)目有如下要求：空氣中的氡及其子體濃度（1 次/季）、γ空氣吸收劑量率（1 次/半年）、水中的U、226Ra、210Po、210Pb（1次/半年）。

此外，鈾尾礦庫運(yùn)營單位需嚴(yán)格執(zhí)行《鈾水冶廠尾礦設(shè)施運(yùn)行安全管理規(guī)定》（EJ 725—1992），對尾礦庫壩體位移、滲水量、管涵構(gòu)筑等設(shè)施項(xiàng)目進(jìn)行觀測。

2.3 輻射危害因素分析

2.3.1 潰壩風(fēng)險(xiǎn)

鈾尾礦庫作為一個(gè)人造高勢能泥石流危險(xiǎn)源，各種人為因素和自然災(zāi)害都可能會對其安全性能造成影響。美國克拉克大學(xué)公害評定小組曾對100種災(zāi)害案例進(jìn)行了研究分析［9］，結(jié)果表明：尾礦庫事故所造成的危害位列18，僅次于地震、洪水、霍亂等。通過近年來國內(nèi)外尾礦壩潰壩事故的統(tǒng)計(jì)［10］，洪水漫頂和滲漏破壞是導(dǎo)致潰壩事故的主要原因（見表2）。而由上述我國尾礦庫分布的特點(diǎn)來看，庫區(qū)大多位雨量充沛的地區(qū)，與公眾生活環(huán)境密切相關(guān)。一旦發(fā)生人為或自然災(zāi)害造成的尾礦庫崩塌或泄漏，會導(dǎo)致尾礦中的放射性核素進(jìn)入環(huán)境而發(fā)生大面積的放射性污染，并且這種污染難以徹底去除，會造成長期危害。同時(shí)，尾礦中除了含有放射性核素，還有大量的非放射性有害化學(xué)物質(zhì)、重金屬、有機(jī)毒物等，它們都會直接影響環(huán)境安全和危害公眾健康，造成社會的不穩(wěn)定。

表2 尾礦庫潰壩事故類型統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of dam break accidents in tailings

2.3.2 外照射危害

尾礦含礦石中鈾系全部衰變子體和水冶后殘余的鈾，其中，30%為極長壽命的核素［8］，99%以上的230Th 及226Ra 集中在尾礦中，因此，鈾尾礦中的放射性核素含量通常比本底高2～3個(gè)數(shù)量級（見表3）。這些放射性核素在衰變過程中釋放出的射線對公眾造成的個(gè)人劑量范圍可達(dá)到0.21～1.06 mSv。

設(shè)被測信號為S(t)參考信號為R(t),ω0為被測信號和參考信號的頻率,φ為兩者相位差,對被測信號進(jìn)行相敏檢測:

表3 鈾廢石、尾礦中放射性核素含量Table 3 Radionuclide content in uranium waste rock and tailings

由于公眾對鈾尾礦的了解較少，若管理不善，有時(shí)還會發(fā)生村民在庫區(qū)內(nèi)放牛的情況，或村民誤取尾礦將其用來修路、用作民用建材、各種添料等，導(dǎo)致局部環(huán)境放射性異常，造成不必要的輻射危害。

2.3.3 內(nèi)照射危害

鈾尾礦庫通常面積較大，會不斷析出氡及衰變成一系列的氡子體，庫區(qū)上部大氣中氡濃度可達(dá)40～400 Bq·m-3，氡子體α潛能可達(dá)3.2×103MeV·L-1。隨著距離的增加，氡濃度會不斷降低（見表4）。另外，尾礦的放射性微塵經(jīng)與鈾衰變的長壽命子體混合后，可形成α放射性氣溶膠。這些放射性氣體或氣溶膠一旦經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體會產(chǎn)生內(nèi)照射危害，對人體造成不可逆的損傷。2009 年，世界衛(wèi)生組織指出氡是引發(fā)肺癌的第二大因素。有資料調(diào)查表明，鈾尾礦庫附近公眾的肺癌發(fā)病率較對照地區(qū)有明顯升高，鈾尾礦庫距離與肺癌發(fā)病率關(guān)系如圖1所示。

表4 某鈾尾礦庫不同方位、不同距離空氣氡濃度測值Table 4 Measurement of radon concentration in air at different directions and distances in a uranium tailings單位：Bq·m-3

圖1 鈾尾礦庫距離與肺癌發(fā)病率關(guān)系圖Fig.1 Relationship between distance of uranium tailings and incidence of lung cancer

2.3.4 核素遷移

鈾尾礦粒度細(xì)小，粒徑小于43 μm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)52.7%（見表5）。運(yùn)行期間的尾礦庫大多是裸露堆放的，含放射性的尾礦粒會通過各種途徑進(jìn)入到環(huán)境中去。例如，在強(qiáng)風(fēng)的作用下，放射性微塵會隨氣流運(yùn)動向周邊四處擴(kuò)散；在雨水侵蝕沖刷的作用下，放射性核素會進(jìn)入臨近水體。鈾尾礦庫周圍的環(huán)境水體、魚塘、農(nóng)作物等都將受到長期輻射影響，這種放射性污染難以徹底去除（見表6）。

另外，鈾尾礦庫防滲層破損會導(dǎo)致滲慮液滲漏對地下水造成污染，進(jìn)而危害環(huán)境與公眾健康。

表5 鈾尾礦粒徑分布Table 5 Particle size distribution of uranium tailings

表6 某鈾水冶廠尾礦庫附近農(nóng)作物中核素含量［9］Table 6 Nuclide content in crops near tailing pond of a uranium mills

3 存在的挑戰(zhàn)及對策

3.1 安全監(jiān)測需提高

我國尾礦庫壩體在線安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)還處于起步階段，與國外相比還存在一定差距。鈾尾礦庫從建成到退役是一個(gè)長期過程，在這個(gè)過程中不可避免地會受到地質(zhì)變化、氣候變遷等諸多因素的影響，危及尾礦庫壩體的安全。

為保證尾礦庫的長期安全穩(wěn)定性，不僅在設(shè)計(jì)、施工階段要嚴(yán)格把關(guān)，建成后還要加大對尾礦庫的維護(hù)管理以及監(jiān)測。同時(shí)還要不斷改進(jìn)技術(shù)裝備，建立尾礦庫的安全信息平臺，提高尾礦庫的安全技術(shù)水平。

3.2 工藝技術(shù)需持續(xù)進(jìn)步

尾礦減量化、資源化是鈾業(yè)發(fā)展的重要方向，經(jīng)過幾十年的努力，我國在這方面取得了一定成就，但在工藝技術(shù)上還存在不少難題。

在確保環(huán)境安全的前提下，推廣堆浸、地浸等采鈾技術(shù)，可極大地減少尾礦產(chǎn)生量。此外，可鼓勵積極開展鈾尾礦資源化的工藝技術(shù)研究，將尾礦中富集大量的230Th 和226Ra 等元素分離提取出來應(yīng)用于其他領(lǐng)域，以達(dá)到廢物利用以及安全儲存的目的。

3.3 核素遷移難監(jiān)控

核素的釋放遷移受多方面因素影響且具有隱蔽性、不容易察覺的特點(diǎn)，要掌握其規(guī)律有一定難度。目前，我國對空氣、土壤、地表水等監(jiān)測項(xiàng)目已有一定經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，受地下條件限制，地下水監(jiān)測還未能全面展開。

為了解污染范圍及污染程度，還需加強(qiáng)核素釋放遷移規(guī)律的基礎(chǔ)研究，健全監(jiān)測項(xiàng)目體系。對于運(yùn)行期的鈾尾礦庫，可通過適當(dāng)?shù)妮椛浞雷o(hù)措施使職業(yè)人員和公眾減少或免受輻射危害，如減少接觸時(shí)間、增加防護(hù)距離、采用屏蔽物等方式。

3.4 退役難題需突破

鈾尾礦庫均有一定的設(shè)計(jì)庫容，為盡量延長尾礦庫使用年限，礦山企業(yè)會盡量壓縮尾礦儲存量。早期國內(nèi)科研技術(shù)人員嘗試過多種實(shí)驗(yàn)，如鈾尾礦濃縮存儲試驗(yàn)、鈾尾礦水力地下填充試驗(yàn)、鈾尾礦地下膠結(jié)充試驗(yàn)等，部分試驗(yàn)初見成效，但因技術(shù)復(fù)雜或治理效果不理想等原因均未大范圍推廣應(yīng)用。國外主要采用的也是地下填充方式，但對于選用何種填充材料、哪種材料填充后的治理效果最好還在進(jìn)一步探索研究。

退役治理理念需貫穿整個(gè)尾礦庫管理過程。對鈾尾礦的處理處置還需加大調(diào)研力度，加強(qiáng)交流合作深度，繼續(xù)探求效果更好的處理方法。

3.5 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系需完善

鈾業(yè)發(fā)展至今，鈾礦冶系統(tǒng)根據(jù)鈾業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需求編制頒發(fā)了多項(xiàng)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。但部分標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編制年代較早，已不適用于新工藝和目前的環(huán)境保護(hù)要求，其中還存在內(nèi)容交叉、不一致、甚至矛盾的情況。就尾礦滲水的處理，《鈾礦冶輻射環(huán)境監(jiān)測規(guī)定》（GB 23726—2009）規(guī)定“吸附尾液，沉淀母液、尾礦滲出水采用槽式排放”，而《鈾礦冶輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)規(guī)定》（GB 23726—2009）規(guī)定“礦井廢水和尾礦（渣）庫滲出水可采取處理達(dá)標(biāo)后直接排放”。

標(biāo)準(zhǔn)的滯后和不統(tǒng)一給執(zhí)行和監(jiān)管帶來了難度，故在今后的發(fā)展中，對有歧義有問題的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要盡快修訂，對于缺失的內(nèi)容要盡快編制新標(biāo)準(zhǔn)予以完善，使尾礦庫的輻射安全管理工作更科學(xué)、規(guī)范，對尾礦庫的監(jiān)管和評價(jià)也更準(zhǔn)確有力。

4 結(jié)語

鈾尾礦庫輻射安全管理是一項(xiàng)長期艱巨的任務(wù)。現(xiàn)有的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對鈾尾礦庫的退役程序已作出明確要求，運(yùn)行期間鈾尾礦庫的輻射安全管理工作也同樣重要。本文分析了在運(yùn)行期間鈾尾礦庫的分布情況、監(jiān)管現(xiàn)狀以及輻射危害因素，它具有工程量大、危害因素多、技術(shù)復(fù)雜等特點(diǎn)，并提出了存在的挑戰(zhàn)及對策，這不僅關(guān)系到鈾礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，還關(guān)系到生態(tài)環(huán)境安全和公眾健康。做好鈾尾礦庫輻射安全管理工作具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)意義。