海濱砂選礦項目輻射環(huán)境影響評價專篇技術(shù)評估重點內(nèi)容探討

夏科英，戴家鋮，任 蓉

（廣東省環(huán)境輻射監(jiān)測中心，廣州 510305）

《中華人民共和國放射性污染防治法》［1］中伴生放射性礦的定義是指含有較高水平天然放射性核素濃度的非鈾礦。

根據(jù)《礦產(chǎn)資源開發(fā)利用輻射環(huán)境監(jiān)督管理名錄》公告（生態(tài)環(huán)境部公告2020 年第54號）［3］，海濱砂選礦物料中單個核素含量超過1 Bq·g-1，需編制輻射環(huán)境影響評價專篇。

本文依據(jù)《礦產(chǎn)資源開發(fā)利用輻射環(huán)境影響評價專篇格式與內(nèi)容（試行）》（環(huán)辦函〔2015〕1 號）［4］的要求，結(jié)合海濱砂選礦項目輻射環(huán)境影響的特點，以廣東省三家海濱砂選礦企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程及放射性產(chǎn)污環(huán)節(jié)為例，對輻射環(huán)境影響評價專篇技術(shù)評估需關(guān)注的重點內(nèi)容進(jìn)行分析和討論。本文分析了海濱砂選礦項目在生產(chǎn)運(yùn)營過程中天然放射性核素的遷移和富積，梳理了該類項目輻射環(huán)境影響評價專篇技術(shù)評估工作中需要關(guān)注的重點內(nèi)容，為開展此類型建設(shè)項目的輻射環(huán)境影響文件編制、技術(shù)審查提供參考，也為海濱砂礦選礦項目的輻射環(huán)境管理、污染防治對策的制定提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

1 概況

海濱砂選礦是伴生放射性礦開發(fā)利用的一種類型。該類選礦企業(yè)的生產(chǎn)原料為鋯鈦毛礦及鋯英中礦等多種礦物，主要礦物組成有鈦鐵礦、金紅石、鋯英砂等。選礦企業(yè)根據(jù)礦物的密度、導(dǎo)磁、導(dǎo)電等性能差異，通過物理分離方法可分離出鈦鐵礦、金紅石、鋯英砂等產(chǎn)品，同時得到獨居石、石英砂（尾砂）等副產(chǎn)品。

我國從事海濱砂選礦的企業(yè)主要集中分布在廣東、廣西、海南等地的沿海地區(qū)。近十年來，除海南省外，國內(nèi)基本關(guān)停了海濱砂礦的開采，海濱砂選礦分離企業(yè)的原料主要依賴于進(jìn)口礦，產(chǎn)地包括越南、印尼、印度、馬來西亞等東南亞國家及澳洲、非洲等國家。

廣東是伴生放射性礦開發(fā)利用大省，湛江市和茂名市曾是我國傳統(tǒng)鈦鐵礦、鋯英砂、金紅石、獨居石和白鈦礦的開采、加工和貿(mào)易中心［5］。由于國內(nèi)海濱砂的開采基本關(guān)停，目前廣東省的企業(yè)均采用進(jìn)口的海濱砂鈦毛礦和鋯中礦進(jìn)行物理分離。加工企業(yè)主要分布在湛江市遂溪縣和茂名市電白區(qū)。

海濱砂選礦項目的主要產(chǎn)品大多為鈦精礦、金紅石、鋯英砂以及（磁）鐵礦砂，副產(chǎn)品為獨居石和石英砂（尾砂）。編制環(huán)境影響評價報告書（表）的技術(shù)評估過程，主要根據(jù)生產(chǎn)工藝流程中各伴生放射性的影響節(jié)點，確定輻射影響評價專篇技術(shù)評估的重點及難點。

從最近開展的20 余家海濱砂選礦項目輻射環(huán)境影響評價專篇技術(shù)評估情況看，海濱砂選礦項目工藝流程、核素的遷移和富集、輻射安全防護(hù)措施、污染物及環(huán)保設(shè)施建設(shè)等方面差異不大，區(qū)別在于規(guī)模差異和原料成分差異導(dǎo)致的產(chǎn)品、副產(chǎn)品的成分差異，同一地區(qū)不同批次的原料也可能存在較大差異。

本文選取了廣東省三家海濱砂選礦企業(yè)進(jìn)行分析，其原料、工藝流程、產(chǎn)品的成分代表了這一類型的伴生放射性礦項目的環(huán)境影響評價。

1.1 海濱砂選礦項目工藝流程

選取本文示例企業(yè)的海濱砂原料鈦毛礦，經(jīng)過物理分離得到鈦精礦、金紅石、鋯英砂以及（磁）鐵礦砂等礦產(chǎn)品，同時得到獨居石、石英砂（尾砂）等選礦副產(chǎn)品。

各選礦廠選礦工藝順序略有差異。一般礦物干燥后利用磁選機(jī)初步分離鈦精礦和獨居石，再進(jìn)行磁選獲得鈦精礦、鐵礦砂和獨居石，不導(dǎo)磁的鋯英砂、金紅石、尾砂和少量獨居石混合物采用重力搖床分選，經(jīng)過多次磁選和電選得到最終產(chǎn)品［6］。洗礦工序、重力搖床工序得到的石英砂（尾砂）作為副產(chǎn)品銷售；經(jīng)過多次干式磁選和多次電選得到鋯英砂和金紅石作為產(chǎn)品外銷，多次磁選得到的獨居石副產(chǎn)品產(chǎn)量較少，建庫單獨存放，累積到一定量后外銷。

海濱砂選礦企業(yè)還通過購買鋯英精礦和中礦為原料，利用輥式強(qiáng)磁選機(jī)、弧板式電選機(jī)通過導(dǎo)電性、磁性的差異將鋯英砂中礦、精礦中的鋯英和獨居石分離，得到純度更高的鋯英砂和獨居石。

上述工藝流程只為物理分選，工藝過程不改變物料物理性狀，原料中所伴生的放射性核素伴隨物料進(jìn)入各種產(chǎn)品及副產(chǎn)品中。典型的海濱砂選礦項目工藝流程如圖1所示。

圖1 海濱砂選礦項目工藝流程（藍(lán)色虛線代表水循環(huán)使用的路徑）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遷移和富集

根據(jù)三家企業(yè)輻射環(huán)境影響專篇中各物料放射核素的活度濃度，結(jié)合其竣工環(huán)境保護(hù)驗收監(jiān)測結(jié)果（監(jiān)測工況見表1），伴生天然放射性核素的遷移和富集情況見表2。

表1 竣工驗收監(jiān)測工況Table 1 Working conditions for completion and acceptance monitoring

表2 伴生放射性物料核素活度濃度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濃度

海濱砂選礦項目的原料通常為鈦毛礦或鈦中礦、鋯中礦等。原料礦物經(jīng)過洗礦后曬場曬干或雨天時烘干，原料中伴生放射性核素的活度濃度由于礦物來源的不同會略有差異，表2為三家海濱砂礦企業(yè)鈦毛礦及鋯鈦中礦原料中伴生放射性活度的活度濃度。表2 表明原礦中伴生的238U、232Th、226Ra 核素都有超過1 Bq·g-1的情況，應(yīng)納入輻射環(huán)境監(jiān)管。

1.2.2 （磁）鐵礦砂及鈦精礦

干燥的鈦毛礦等原礦經(jīng)過多次強(qiáng)磁選及弱磁選后，得到（磁）鐵礦砂和鈦精礦。從表2 可見鐵礦砂中伴生放射性核素?zé)o超過1 Bq·g-1的情況。鈦礦由于分離水平的差異及對鈦礦產(chǎn)品品位要求的不同，鈦精礦偶有個別核素超過1 Bq·g-1的情況，鈦中礦因其伴生的鋯英礦未進(jìn)一步分離，放射性水平較高。

1.2.3 不導(dǎo)磁混合礦物的分離

干燥毛礦通過一系列的磁選后除了得到鐵礦砂及鈦精礦外，還得到中間產(chǎn)物，即由鋯英砂、金紅石及石英砂（尾砂）組成的不導(dǎo)磁混合物，再通過重力搖床將鋯英砂、金紅石及石英砂（尾砂）分離，獲得鋯英砂中礦、金紅石中礦及石英砂（尾砂）。石英砂（尾砂）作為副產(chǎn)品直接銷售，鋯英砂中礦通過多次電選、磁選后得到相應(yīng)品位的鋯英礦（多次磁選得到少量獨居石）；金紅石中礦通過電選或多次將鋯英砂電選、磁選后分離出相應(yīng)品位的金紅石產(chǎn)品。從表2 可見，石英砂（尾砂）中伴生放射性核素活度濃度均很低，遠(yuǎn)小于1 Bq·g-1，其貯存及銷售均無須考慮輻射環(huán)境監(jiān)管。而鋯英砂伴生放射性核素活度濃度均超過1 Bq·g-1。金紅石精礦的伴生放射性核素水平，一般來說取決于其與鋯英礦的分離程度，高純度的金紅石伴生放射性水平較低，而較低純度的金紅石因鋯英分離不完全，伴生放射性水平較高，伴生有超過1 Bq·g-1的放射性核素。

1.2.4 獨居石

獨居石是來源于鈦毛礦及鋯中礦分離的產(chǎn)物。獨居石具有不導(dǎo)電性，將伴生獨居石的鋯英中礦通過多次電選（分離出金紅石）和磁選分離出品位較高的獨居石；在干燥鈦毛礦、鋯鈦中礦磁選時，也會產(chǎn)生獨居石中礦。由表2 可見，獨居石是海濱砂選礦項目中伴生放射性水平最高的固體物料，其中伴生的放射性核素活度濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1 Bq·g-1的水平，需重點進(jìn)行輻射環(huán)境監(jiān)管。在廣東第一次污染源普查資料中，獨居石類稀土礦的放射性水平最高［7］。

1.2.5 循環(huán)選礦廢水伴生放射性水平

海濱砂選礦項目的生產(chǎn)工藝用水不外排，全部循環(huán)使用，因此，企業(yè)需建立具有多級沉淀功能的循環(huán)水池，將洗礦、搖床等生產(chǎn)用水、初期雨水貯存池的雨水等收集后循環(huán)使用。生產(chǎn)工藝用循環(huán)水的水質(zhì)見表3。

表3 選礦工藝用循環(huán)水中伴生放射性核素活度濃度Table 3 Concentration of associated radionuclide activity in circulating water for beneficiation process

由表3 的監(jiān)測結(jié)果可見，生產(chǎn)工藝用循環(huán)水水質(zhì)可以滿足廣東省《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）［8］中總α≤1.0 Bq·L-1，總β≤10 Bq·L-1的限值標(biāo)準(zhǔn)，因此選礦用工藝廢水從輻射角度分析無須考慮其環(huán)境風(fēng)險。

1.2.6 初期雨水伴生放射性水平

由于海濱砂選礦項目分離礦物前需洗礦，且原礦、中礦本身含水率高，工藝要求進(jìn)入磁選工序的礦物為干礦物。因此，海濱砂選礦項目的礦物通常采取建設(shè)曬場曬礦并輔以烘干的方式降低原礦、中礦的含水率。降雨時，雨水可能沖刷曬場等場所，為了防止礦物隨雨水沖刷進(jìn)入環(huán)境，海濱砂選礦項目通常根據(jù)相關(guān)氣象資料及集雨面積建設(shè)初期雨水收集池，收集的礦物經(jīng)沉淀后回生產(chǎn)線，收集的雨水作為工藝補(bǔ)水進(jìn)入工藝水循環(huán)系統(tǒng)，不外排。采集兩家企業(yè)初期雨水監(jiān)測結(jié)果見表4。

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

從表4 的監(jiān)測結(jié)果可見，初期雨水中放射性核素總放射性活度濃度水平很低，雨水沖刷淋浸并不導(dǎo)致礦物伴生放射性核素的溶出。開展相關(guān)伴生放射性物料、廢渣的浸泡淋濾實驗［2，9］表明，正常浸泡伴生放射性礦核素浸出率低。

根據(jù)初期雨水的定義和設(shè)置初期雨水收集設(shè)施的初衷，對于此類選礦項目，主要是考慮雨水可能將礦砂帶出廠外，因不含其他污染物，所以沒有對初期雨水、中后期雨水進(jìn)行區(qū)分。

1.2.7 礦物貯存場所無組織排放及烘干爐煙氣

原料產(chǎn)品貯運(yùn)以及選礦過程中放射性核素衰變產(chǎn)生的氡及氡子體是氣態(tài)無組織排放的主要源項。此外，礦物烘干時將產(chǎn)生廢煙氣，由于烘干使用生物質(zhì)燃料或天然氣，且大多采用熱源與礦物不接觸的間接烘干方式，故烘干廢氣無伴生放射性粉塵。

根據(jù)相關(guān)企業(yè)竣工驗收監(jiān)測結(jié)果，無組織排放中工作場所及外環(huán)境空氣中222Rn 的測值為5～50 Bq·m-3，220Rn 的測值范圍為4～15 Bq·m-3，均為環(huán)境本底水平，未超過《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18871-2002），工作場所中222Rn 持續(xù)照射情況下補(bǔ)救行動的行動水平是在年平均活度濃度為500～1000 Bq·m-3（平衡因子0.4）范圍內(nèi)。

1.3 海濱砂選礦項目的污染物及環(huán)保設(shè)施建設(shè)

該類型企業(yè)無固體廢棄物產(chǎn)生，生產(chǎn)用水全部循環(huán)利用，氣態(tài)流出物只有伴生放射性固體物料堆存時鈾（釷）系核素衰變產(chǎn)生的氡（釷）射氣及生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣等。

水處理方面建設(shè)的主要環(huán)保設(shè)施有帶三級沉淀功能的循環(huán)水池、初期雨水收集池、雨水沉淀池、應(yīng)急池等。

生物質(zhì)或天然氣燃燒爐是為礦物烘干提供熱源的設(shè)施，生物質(zhì)燃料或天然氣燃燒產(chǎn)生的熱風(fēng)一般以非接觸式的方式對礦物進(jìn)行干燥，外排的煙氣主要是生物質(zhì)燃料或天然氣燃燒廢氣，不含伴生放射性廢氣；伴生放射性固體物料堆存時鈾（釷）系核素衰變產(chǎn)生的氡（釷）射氣以自然擴(kuò)散的方式排入外環(huán)境，除加強(qiáng)工作場所通風(fēng)外，不需建設(shè)氣態(tài)污染物處理設(shè)施。

由于獨居石伴生放射性核素活度濃度高，為保護(hù)環(huán)境及工作人員健康，一般需建設(shè)獨立的獨居石暫存庫，設(shè)置排風(fēng)裝置，工作人員進(jìn)入作業(yè)前通風(fēng)降氡；其他各類產(chǎn)品庫存按礦物的伴生放射性水平進(jìn)行分區(qū)管理并采取通風(fēng)防塵等措施。

2 輻射影響評價專篇技術(shù)評估關(guān)注的重點內(nèi)容

本文結(jié)合海濱砂選礦項目竣工驗收監(jiān)測及伴生放射資源開發(fā)利用項目輻射影響評價專篇技術(shù)審評的經(jīng)驗，綜合分析了海濱砂選礦項目的工藝流程、伴生放射性核素在選礦過程中的遷移和富積規(guī)律、了解海濱砂項目環(huán)境保護(hù)設(shè)施措施建設(shè)情況等，研究了海濱砂選礦項目輻射環(huán)境影響評價專篇的技術(shù)評估重點和內(nèi)容，對該類項目的技術(shù)評估進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，提出如下探討內(nèi)容：海濱砂選礦項目的輻射影響，伴生放射性核素在工藝流程中的走向，核素平衡圖（表）分析，工藝用水循環(huán)設(shè)施、初期雨水收集、獨居石的暫存庫建設(shè)，較高伴生放射性水平礦物分區(qū)存放，氡及其子體的防護(hù)措施等。

2.1 工程和源項分析

描述選礦項目生產(chǎn)規(guī)模和內(nèi)容，改、擴(kuò)建項目應(yīng)介紹原有項目的開展情況以及與本項目的依托關(guān)系。根據(jù)原礦來源及成分，確定項目采用的生產(chǎn)工藝，繪制工藝流程圖并標(biāo)明伴生放射性的產(chǎn)污節(jié)點，選擇類比企業(yè)及類比礦物，對物料中放射性水平進(jìn)行分析，明確其核素活度濃度，判斷其鈾（釷）系單個核素活度濃度是否超過1 Bq·g-1，厘清項目評價內(nèi)容。針對性選擇類比對象和數(shù)據(jù)，說明可比性。

綜合原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量及核素的濃度，給出放射性核素平衡圖（表）。根據(jù)海濱砂選礦項目工藝用水全部循環(huán)使用的特點及生產(chǎn)規(guī)模，輻射影響評價專篇應(yīng)核算洗礦用水、搖床重選工藝用水等的用水量、循環(huán)水量、廢水/雨水回用量，完成項目水平衡分析。

2.2 輻射環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

結(jié)合《環(huán)境γ輻射劑量率測量技術(shù)規(guī)范》（HJ 1157-2021）［10］和《伴生放射性礦開發(fā)利用企業(yè)環(huán)境輻射監(jiān)測及信息公開辦法（試行）》（國環(huán)規(guī)輻射〔2018〕1 號）［11］要求，確定現(xiàn)狀調(diào)查方案，關(guān)注監(jiān)測因子、監(jiān)測點位布設(shè)、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，技術(shù)評估過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有監(jiān)測點位代表性不足、數(shù)據(jù)處理錯誤、監(jiān)測結(jié)果表述不規(guī)范等問題。

2.3 水環(huán)境影響分析

確定水處理設(shè)施建設(shè)位置和雨水排放口位置，根據(jù)工藝用水量、集雨面積等，核算建設(shè)的循環(huán)水池（附沉淀池）、初期雨水收集池（附沉淀池）、應(yīng)急池、雨水貯存池等設(shè)施的容積、處理能力、處理效率。預(yù)測分析初期雨水中礦物伴生的放射性物質(zhì)的活度濃度，確定初期雨水回用的可行性。給出雨污分流設(shè)施的設(shè)計和圖件，伴生放射性物料貯存場所應(yīng)給出符合HJ 1114-2020［12］的防滲、防漏、防止雨水進(jìn)入等水污染防治措施。

2.4 大氣環(huán)境輻射影響分析

給出有組織和無組織放射性廢氣來源、產(chǎn)生量、核素種類、處理設(shè)施、設(shè)計處理能力和處理效率，特別需要明確海濱砂選礦項目礦物干燥使用的熱源來源及礦物干燥方式，給出外排煙氣的排放方式、主要成分及其是否含有伴生放射性礦物的分析；說明項目多級磁選、電選等是否建設(shè)礦物除塵設(shè)施。分析項目擬采取的礦物堆存或在生產(chǎn)線流轉(zhuǎn)過程中的抑塵降塵措施。

根據(jù)伴生放射性固體物料堆存時鈾（釷）系核素衰變產(chǎn)生的氡（釷）射氣的產(chǎn)生量及擴(kuò)散方式預(yù)測，給出通風(fēng)設(shè)施的建設(shè)情況。

2.5 伴生放射性物料輻射環(huán)境影響分析

伴生放射性物料貯存應(yīng)符合HJ 1114-2020［12］選址、設(shè)計、布局的要求。對伴生放射性水平較高的中礦、鋯英砂、金紅石等的存放管理要求進(jìn)行分析，提出分區(qū)存放管控、密封袋裝封口等防揚(yáng)撒、降塵抑塵措施。

對海濱砂選礦項目伴生放射性活度濃度最高的獨居石的產(chǎn)生量進(jìn)行預(yù)測，提出該副產(chǎn)品在企業(yè)暫存期間建庫貯存要求，并根據(jù)其堆存量對γ輻射劑量率、氡的源強(qiáng)進(jìn)行預(yù)測，提出庫容、墻體、門體的屏蔽防護(hù)厚度、通風(fēng)設(shè)施建設(shè)等暫存庫建庫要求。

HJ 1114-2020［12］要求對貯存設(shè)施進(jìn)行防腐防滲設(shè)計，防滲性能應(yīng)不低于滲透系數(shù)為1×10-7cm/s、厚度為2 m 的黏土層防滲效果。對于本項目而言，不需要考慮，因項目所有物料均呈固態(tài)，且物料中的放射性核素及其他元素均不易溶浸出［2］，對地表及排水管網(wǎng)實施雨污分流，雨水排口前端設(shè)置沉砂井防止礦砂隨雨水進(jìn)入環(huán)境即可。

2.6 輻射環(huán)境管理和輻射監(jiān)測

建立獨居石相關(guān)臺賬管理制度，給出施工期放射性污染防治設(shè)施監(jiān)理要求和放射性污染防治設(shè)施“三同時”一覽表，明確放射性污染防治設(shè)施驗收的內(nèi)容和指標(biāo)要求，企業(yè)環(huán)境輻射監(jiān)測計劃可參考相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，根據(jù)《伴生放射性礦開發(fā)利用項目竣工輻射環(huán)境保護(hù)驗收監(jiān)測報告的格式與內(nèi)容》（HJ 1148-2020）要求［13］，結(jié)合生產(chǎn)實際和周圍環(huán)境現(xiàn)狀制訂驗收監(jiān)測計劃。

3 結(jié)語

與一般的礦產(chǎn)資源開采或冶煉項目相比，海濱砂礦選礦項目生態(tài)環(huán)境影響較小且局限于選礦廠占地范圍內(nèi)。項目污染物成分簡單，沒有礦產(chǎn)冶煉項目的高能耗、高污染，選礦過程對工作人員的影響較小，大多數(shù)工作崗位人員年受照劑量在1 mSv·a-1以下，重點關(guān)注獨居石相關(guān)崗位工作人員的受照情況。從環(huán)境風(fēng)險角度分析，沒有使用化學(xué)試劑，礦物中的放射性核素及重金屬不易溶出，去除懸浮物（礦砂微?；蚰啵┖蟮墓に噺U水滿足排放要求，放射性核素與高價值礦砂共生，主要分布在產(chǎn)品中，分離后的尾砂不屬于伴生放射性固體廢物，因此可不考慮環(huán)境或輻射事故風(fēng)險應(yīng)急。

目前海濱砂選礦項目新建或改擴(kuò)建呈快速增長的趨勢，本文對輻射環(huán)境影響評價重點內(nèi)容的探討及總結(jié)，對如何有效并且高質(zhì)量地完成海濱砂選礦項目輻射環(huán)境影響評價專篇報告的環(huán)境影響評價技術(shù)評估工作具有較好的指導(dǎo)作用，有利于項目伴生放射性污染節(jié)點的識別及輻射環(huán)境污染的防控，對海濱砂選礦項目在廣東沿海地區(qū)的建設(shè)提供技術(shù)支持。