伴生礦開發利用對環境的放射性影響及污染防治措施

馮奕達 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業的主要原料來源。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，從而對環境造成放射性污染。本文通過大量監測數據和調研，從白云鄂博伴生礦的生產工藝出發，對生產區及尾礦壩地區進行放射性現狀監測，得出伴生礦開發利用過程中對環境的放射性影響，探究放射性核素的遷移規律，并提出污染防治措施。

關鍵詞：伴生礦；開發；放射性影響；污染防治

中圖分類號：X591 文獻標識碼：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境中，導致環境天然放射性物質濃度及其照射水平有所增高，從而造成包頭市及黃河地區的環境受到放射性污染[1]。隨著經濟的快速發展，包頭稀土已經成為舉世矚目的稀土工業基地，有著重要的戰略地位，因此，探究伴生礦開發利用過程中的放射性環境影響，將會為國家對伴生礦的管理、環境污染防治對策提供基礎資料和科學依據，進一步提高伴生礦的合理開發和利用。

1 調查內容和方法

1.1 調查內容

（1）按照伴生礦開發利用工藝流程[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、稀土產品等樣品，進行天然放射性核素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利用過程中遷移情況。主要工藝路線和污染物產生見圖1。

（2）調查伴生礦開發利用過程中生產區和尾礦壩的輻射環境現狀，重點調查因子：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，瞬時流量一般調為1.05m3/min，濾膜用規格為Φ90mm的玻璃纖維濾膜，在檢查確認無漏光現象后，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：地下水選取生產區和尾礦壩附近居民點井水水源進行取樣監測。廢水按照生產工藝，選取不同階段的生產廢水。（4）固體樣品：土壤的采集點為白云礦區和尾礦壩周圍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、產品、廢渣等固體采用多點混合方法進行采集。分析方法和儀器結合實際情況，按照國家和行業標準優化儀器使用和方法。具體見表1。

2 調查結果及分析

2.1 天然放射性轉移分布規律

白云鄂博礦石經開采、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利用，鐵精礦用于生產人造礦供高爐煉鐵，鐵水供轉爐煉鋼，高爐渣排至高爐渣場堆存，稀土精礦用于生產稀土中間合金、氯化稀土及稀土深加工產品。對各樣品的監測結果見表2。

監測結果顯示，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，少部分進入廢水和粉塵中，稀土產品中238U、232Th、226Ra、40Ka比活度均低于測限值以下，說明稀土產品中幾乎不含放射性核素。鐵精礦中的釷較原礦有所貧化，鐵精礦經燒結、球團、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 生產區及尾礦壩地區環境放射性現狀及影響分析

為了掌握白云鄂博伴生礦在開發利用過程中對環境的影響，對伴生礦加工生產區和尾礦壩周圍進行了較全面的監測，監測結果如下。

2.2.1 環境γ輻射空氣吸收劑量率監測結果分析

環境γ輻射空氣吸收劑量率監測在白云鄂博礦區外圍、金屬深加工園區及尾礦壩周邊共布設測線點155個，并重點對稀土廠內各車間進行了監測，監測結果未扣除宇宙射線影響值，監測結果表明，白云鄂博礦區外圍的環境γ輻射空氣吸收劑量率均值為108nGy/h，所測值均在《中國環境天然放射性水平》[3]包頭市城區、郊區環境調查值（31.0～140.1nGy/h）范圍內；由于生產原料和廢渣的影響，加工園區與稀土廠各車間環境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過道，高達1323.0nGy/h，但污染范圍較為集中；尾礦壩西側至南側污染較為嚴重，壩外環境γ輻射劑量率均值在105.7～500.2nGy/h，最高值為932.4nGy/h，是包頭市區本底值（62nGy/h）的10倍，分析原因是壩內尾礦粉常年受風向影響隨風飄散造成。

2.2.2 空氣氣溶膠氡、釷子體α潛能值監測結果分析

在白云鄂博城區、包頭金屬加工園區稀土廠門口、包鋼尾礦壩周圍布設空氣氣溶膠監測點10個，監測結果表明，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潛能值均在標準限值范圍內（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利用已經對環境造成一定放射性污染，放射性釷是包頭市的特異性環境污染因子。

2.2.3 水體放射性水平監測結果分析

地表水共設監測點 7個，主要是加工生產區附近水源地和尾礦壩內及滲出水，監測結果表明，生產區附近水源地總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《生活飲用水衛生標準》[5]（GB5749-2006）限值內（總α限值0.5Bq/L，總β限值1.0Bq/L），238U、232Th、226Ra、40Ka含量均在《中國環境天然放射性水平》調查范圍之內；尾礦壩內水質總α測值為1.25Bq/L，總β測值為0.67Bq/L，總α超《污水綜合排放標準》[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《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）標準限值內。地下水監測點4個，監測結果表明，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《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），不應作為飲用水水源，核素含量其余點位測值均在本底值范圍內。

2.2.4 土壤放射性環境質量監測結果分析

在白云鄂博礦區外圍和尾礦壩下風向圍墻外共設14個土壤監測點，由監測結果可知，尾礦壩下風向圍墻外土壤中238U、232Th、226Ra、40Ka含量與包頭地區處于同一水平，均在本底值范圍內；白云礦區北側圍欄外土壤中釷的放射性比活度范圍為134.41～230.18Bq/kg，超包頭地區一般環境土壤本底值（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，均在包頭地區一般環境土壤本底值范圍值內。

3 結論

伴生礦開發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、加工等工藝環節，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，少量進入廢水和粉塵中，稀土產品中幾乎不含釷。因此，必須對稀土生產遺留污染及時進行治理，對已關停稀土生產加工企業的放射性污染狀況進行全面摸查，全面清理遺留的原料和廢渣，對受到污染的設施和場地進行退役治理。伴生礦的開發利用已使包頭和白云區局部輻射環境質量受到影響，主要體現在以下幾個方面：包鋼尾礦壩南側、稀土精礦庫和渣堆場周圍的γ輻射空氣吸收劑量率；白云鄂生產區和尾礦壩附近空氣氣溶膠氡、釷子體α潛能值；尾礦壩內水、周邊地下水和白云生產區附近水源總放射性水平；白云生產區北側土壤中釷含量。放射性污染防治的重點是生產過程中產生的固態和氣態污染物，最大的污染源是尾礦壩。

4 防治措施及建議

白云礦開發利用的放射性污染歸根結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將其中的釷作為資源回收利用。達到保護釷資源和減少放射性污染的目標。積極尋找解決白云鄂博鐵礦區的水源途徑，一旦水源得到解決，建議將選礦全部健在白云鄂博礦區，并將尾礦壩退役封存，退役后原地封存保護，上面覆蓋土壤回復植被，做到一旦需要可有計劃開發利用，打到消除污染，保護資源的目的。對尾礦壩西、南部污染區進行治理；對尾礦壩壩體安全性進行全面評價，確保不出現潰壩事故，保護壩體安全和穩定，對尾礦庫滲漏水和地下水進行連續長期監測；建立尾礦壩周圍環境的放射性及有害物監測制度，開展周圍環境的監測。預防發生異常情況，采取有效對策，進一步完善事故環境風險應急預案，加強應急演練，防止污染事故的發生。稀土廠臨時貯渣廠要設有防滲漏、防雨淋、防飛揚即三防措施，并設有電離輻射標志，建議建庫貯存稀土企業放射性廢渣，或存入包頭放射性廢物庫內。 建議加強放射性污染防治監測，將采礦破碎等生產環節納入輻射防護管理體系。建議將放射性污染防治監測作為一項日常性工作，并納入考核體系。在包頭市環保監管部門的主導下，制定系統的放射性污染防治監測計劃并有效實施。

參考文獻

[1]徐光憲，師昌緒.關于保護白云鄂博礦釷和稀土資源避免黃河和包頭受放射性污染的緊急呼吁[J].中國科學院院刊，2005，20（06）：448-450.

[2]劉瑛霞.包鋼結構調整總體發展規劃本部實施項目放射性專項環境影響報告書[R].包頭：2006.

[3]潘三銘.包頭地區環境天然貫穿輻射水平調查研究[Z].國家環境保護局.中國環境放射性水平.北京，1995：8.

[4]核工業標準化研究所.GB18871-2002電離輻射防護與輻射源安全基本標準[S].北京：中國標準出版社，2002.

[5]GB5749-2006， 生活飲用水衛生標準[S].

[6]GB8978-1996， 污水綜合排放標準[S].

收稿日期：2018-04-16

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