覆土對渣堆氡析出率與伽瑪輻射的影響試驗

周芙蓉，楊壽南，黃星宇，王建軍

覆土對渣堆氡析出率與伽瑪輻射的影響試驗

周芙蓉，楊壽南，黃星宇，王建軍

（四川省核工業輻射測試防護院，成都 610066）

牦牛坪稀土礦的開發，對礦區及周圍地區存在放射性污染問題。試驗以牦牛坪的一個渣堆為研究對象，選擇當地易取的亞砂土進行覆蓋試驗，研究不同覆蓋厚度與氡析出率和γ輻射劑量率之間的關系，推薦最佳覆蓋厚度。結果表明:覆土能降低渣堆的氡析出率和γ輻射劑量率，且厚度越大，氡析出率的降低系數越大。經綜合分析，最終推薦最佳覆蓋厚度為50 cm。

稀土礦渣堆；氡析出率；覆蓋厚度；牦牛坪

自上世紀80年代以來，隨著牦牛坪稀土礦的大量開發，與稀土礦共生的放射性核素被大量帶出和廢棄，造成了較嚴重的放射性污染，同時也使礦山周圍本來十分突出的地質災害增加［1-2］。目前，稀土礦山開發已逐漸成為涼山州環境影響面廣、污染面源嚴重、地質災害隱患很大、同時放射性污染并存的一個地區，其礦山地質環境問題也逐步凸顯，甚至干擾和影響了當地居民正常的生活和生產活動。如何防治減少礦山放射性污染及地質災害的發生，對礦山的可持續發展有著非常重要的意義，同時可以為緩解礦山開采引發的當地民眾矛盾作出貢獻，對當地的社會穩定工作起到積極作用。

1　項目實施背景

牦牛坪年采掘稀土原礦101.5萬噸，產稀土精礦3.8萬噸，產量占全國輕稀土礦的24.07%。2006年稀土產量達4.92萬噸（稀土精礦），實現工業增加值2.6億元，稅收6 300萬元，占全縣財政總收入的三分之一。稀土產業成為縣工業經濟的重要支柱。

但是由于稀土礦山的早期開發缺乏總體規劃，稀土礦開采星羅棋布，稀土加工企業不成規模、各自為陣，沒有一個明確的發展方向和目標，長期以來均處于“小、散、亂、差”的狀況。加之資金投入的不足，技術力量落后，原礦利用率低造成礦產資源浪費較大。更為嚴重的是，在礦山開發過程中，大量的剝采開挖以及棄渣隨意傾倒、堆放，已在礦區形成了大量高陡邊坡。尾礦廢渣、廢石堆積如山，局部已出現邊坡變形甚至滑坡現象，還有大量棄渣和尾礦堆積堵塞在瓦維埃河和南河上游等地區，環境破壞和地質災害隱患問題越來越突出。此外，該礦區稀土礦與鈾、釷礦化共生，稀土礦的開發也使得與其伴生的放射性核素被大量帶出。目前，牦牛坪采礦場堆礦場地及廢（礦）石堆的鈾、釷比活度較高，一般在200～1 000Bq/kg，最高1 701.7Bq/kg。γ輻射吸收劑量一般在（18～50）×10-8Gy/h，最高可達75.2× 10-8Gy/h，大都超過當地本底水平［3］。部分尾渣在雨水的沖蝕下流入河體，使河水水質受到輕微放射性污染。

圖1　礦區地形地貌圖

圖2　覆蓋試驗用土源

2　研究方案

2.1研究場地選取

試驗地的選取應具有一定的代表性，不僅考慮了當地的海拔、地形、氣候、交通狀況和土源的獲取等自然環境條件，還充分考慮了當地的社會條件和社會影響等因素。試驗通過對礦區的7個渣堆進行γ輻射劑量率及氡析出率水平調查測定，最終選出二者水平最高的6號渣堆進行覆蓋試驗。

圖4　現場監測圖

2.2場地現狀監測

課題組于2013年3月開始進行牦牛坪稀土礦區的氡析出率和γ輻射劑量率監測，主要選取7個渣堆進行監測，每個渣堆選5個固定監測點。根據監測結果，選定6號渣堆進行氡析出率和γ輻射劑量率的長期監測（3月～10月），同時測定渣堆的含水率、空氣濕度、空氣壓力等氣象條件。然后根據監測結果確定在近似年平均值時間的4月～6月進行覆蓋試驗。2014年4 ～6月進行覆蓋試驗，監測覆土厚度100cm、80cm、60cm、50cm、40cm、30cm、20cm和0cm的氡析出率和γ輻射劑量率，同時測定各個覆蓋厚度下土壤的含水率、空氣濕度、空氣壓力等氣象條件。試驗儀器設備見表1。

2.3研究實施方案

試驗以當地易取的含少量礫石的亞砂土為覆蓋材料，測定其干容重、含水率、γ輻射劑量率和氡析出率，且使覆蓋層密實度達到90%［4］。亞砂土含少量礫石，干容重1.53 g/cm3，含水率為17.4%，γ輻射劑量率為21.3×10-8Gy/h，氡析出率為0.320 Bq/m2s。具體試驗方法如下：

1） 覆蓋試驗前，先測量覆蓋厚度為0cm時試驗地的氡析出率、γ輻射劑量率以及相應的氣象參數，選擇固定的5個點進行測量，每個點讀2次數。

2） 一次性覆蓋到100cm厚，測量試驗地的氡析出率、γ輻射劑量率、覆蓋層的含水率以及相應的氣象參數，選擇已有的5個點進行測量，每個點讀2次數，共測量2次，平均約每7天測量1次。

3） 將覆蓋層削減80cm后，測量試驗地的氡析出率、γ輻射劑量率、覆蓋層的含水率以及相應的氣象參數，選擇已有的5個點進行測量，每個點讀2次數，共測量2次，平均約每7天測量1次。

4） 按上述 （3） 的方法，依次分別測量60cm、50cm、40cm、30cm和20cm覆蓋厚度下的氡析出率、γ輻射劑量率、覆蓋層的含水率以及相應的氣象參數，選擇已有的5個點進行測量，每個點讀2次數，共測量2次，平均約每7天測量1次。

表1　主要儀器設備

3　結果與討論

氡析出率測定受氣象影響較大，在工程實踐中，公認比較合理方法是：各廢石堆的氡析出率的測定，最好能選擇一代表性的地段進行一年的監測，并求出平均值，在其它地段氡析出率的測定，應選擇在近似年平均值的時間進行。因此，有必要對氡析出率年變化規律進行探討，以利于對覆蓋厚度的合理計算與優化研究［5］。

通過對礦山區域的7個渣堆的γ輻射劑量率及氡析出率水平調查測定，最終選定具有6號渣堆作為研究對象。2013年3～10月，課題組在6號渣堆選擇的5個固定監測點進行全年氡析出率和γ輻射劑量率的監測，同時測定了渣堆的含水率、空氣濕度、空氣壓力等氣象條件，并對監測數據進行了整理統計，結果見表3。從表2和圖5可以看出，氡析出率受多種氣象因素的作用，且受氣象影響較大，而4月至6月間渣堆的氡析出率接近年均值，因此覆蓋試驗選在2014年～6月間進行。

由于在雨天對氡析出率的測量影響較大，所以在有雨的天氣不對覆蓋層的氡析出率進行測量。在監測各覆蓋層的氡析出率和γ輻射劑量率的同時，記錄相應的氣象參數。試驗結果表明，氡析出率隨著覆土厚度的增加而減小（表3），且覆土厚度越大，氡析出率的降低系數越大，說明抑制氡析出率的效果越好。但當覆土厚度達到50cm后，覆土厚度的增加對氡析出率的相對降低系數減小。

按照雙區擴散理論Xc∝ln（Jt/Jc），經線性擬合可以得到覆土關系式為：Xc=160.8ln（Jt/Jc）-6.67。

從圖6可以看出，覆土對渣堆的貫穿輻射劑量具有一定的屏蔽效應，當覆土厚度達到50cm時基本接近土源的貫穿輻射劑量值。綜合考慮植被生長所需的土層厚度最低限值為20cm，因此推薦最佳覆蓋厚度為50cm。

表2　氡析出率及氣象年變化規律分析

圖5　試驗渣堆氡析出率年變化趨勢

表3　不同覆蓋厚度與氡析出率的關系

圖6　覆蓋厚度與γ輻射劑量率的關系曲線

4　研究結論

課題以冕寧牦牛坪稀土礦的渣堆為研究對象，選擇當地易取的含少量礫石的亞砂土進行覆蓋試驗。試驗結果表明，渣堆的氡析出率和γ輻射劑量率隨著覆蓋厚度的增加而減小，且渣堆的氡析出率的相對降低系數隨著覆蓋厚度的增加不斷減小。當覆蓋厚度達到50cm后，渣堆的γ輻射劑量率基本與土源的本底值相當。按照雙區擴散理論Xc∝ln（Jt/Jc），經作圖法定出斜率B為160.8，截距A為-6.67，確定覆土厚度與抑制氡析出率的關系式為：Xc=160.8ln（Jt/Jc）-6.67。綜合分析，最終推薦最佳覆蓋厚度為50cm。

［1］ 沈波，馬東濤.牦牛坪稀土礦礦山地質環境問題及治理［J］. 中國礦業，2012，21（5）:67～70.

［2］ 劉徽平，胡詠梅，鐘明龍.我國稀土放射性核素研究進展［J］. 有色金屬科學與工程，2013，4（4）: 103～106.

［3］ 鐘貴江.四川省冕寧縣稀土礦區放射性環境調查與評價［D］. 成都:成都理工大學，2011:29～43.

［4］ 周星火，鄧文輝.覆土密度對降低氡析出率的影響試驗研究［J］. 鈾礦冶，2004，23（1）: 41～43.

［5］ 楊龍泉.某退役鈾礦山廢石堆氡所治理技術研究［D］. 上海: 華東理工大學，2010: 37～69.

Research on The Effect of Covering Soil Thickness on Radon Exhalation Rate And γ-Radiation of Slag Muck

ZHOU Fu-rong YANG Shou-nan HUANG Xing-yu WANG Jian-jun
（Sichuan Radiation Detection and Protection Institute of Nuclear Industry， Chengdu 610066）

The development of the Maoniuping REE deposit resulted in radioactive pollution. This study searches after the relation of covering soil thickness with and radon exhalation rate/γ-radiation in order to obtain optimum covering soil thickness. The results show that radon exhalation rate and γ-radiation of slag muck are reduced with covering soil thickness with best covering soil thickness of 50 cm.

Maoniuping； slag muck； radon exhalation rate； covering soil thickness

P631.6

A

1006-0995（2015）04-0614-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.032

2014-10-23

周芙蓉（1986-），女，四川德陽人，博士，主要研究方向環境污染治理