鈾尾礦庫輻射安全問題的現狀分析及對策

鄭黃婷，許明發，向輝云，江 岳

（廣西壯族自治區輻射環境監督管理站，南寧 530222）

鈾礦作為核燃料的來源，是國家重要戰略資源和能源資源。鈾礦在勘探、開采和水冶等過程中會產生大量的固體廢物。據統計，我國每生產1t 鈾金屬產品，會產生250～600t 尾礦，目前，我國現有尾礦已達數千萬噸［1］。根據核安全“十三五”統籌規劃，我國還將建設3個千噸級鈾礦大基地，由此產生的尾礦數量還會持續增加。由此可見，對鈾尾礦的科學管理，是鈾礦業可持續發展必須面對的問題。

我國鈾業始建于20世紀50年代［2］，經過60多年的發展，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，至今未發生大型輻射安全事故。但是，還必須正確認識到，鈾尾礦庫對生態環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，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行固化隔離處置，必須儲存在專用的尾礦庫內［3］。《三十年輻射環境質量評價》中指出［4］，鈾礦冶系統放射性核素對周圍公眾照射的集體劑量約占核燃料系統總集體劑量91.5%，其中尾礦庫析出氡的貢獻率約占鈾礦冶系統的1/4，可見鈾尾礦庫的輻射安全管理工作十分必要。

世界一些主要產鈾國最早于20世紀40年代開始對鈾礦進行大規模開采［5］。在開采初期，由于對環境污染認識不足，曾發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，對周圍環境造成了嚴重的污染破壞；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了巨大人力、物力和財力；德國、美國都曾發生過鈾尾礦庫潰壩事件，數十萬噸的尾礦傾瀉而出，造成了嚴重污染事件，補救行動也付出了巨大代價［6］。

為解決鈾尾礦對環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開展了很多研究，國際原子能機構也多次召開會議，研討鈾尾礦的處理處置技術、對策和管理方法。

2 我國鈾尾礦輻射安全現狀

2.1 分布及特點

我國鈾礦資源豐富，但具有分布不均衡的特點，已查明的鈾礦資源主要分布于全國23 個省、市和自治區。其中，華東、華中、華南地區的鈾礦資源約占總數的80%，主要集中在桂、粵、贛、湘四省［7］，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，庫區池塘、農田多，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條件要求苛刻，還要考慮地質、水文、氣候等因素的影響，并且建成后運營和維護成本高。我國大部分鈾尾礦庫建于地表。我國鈾尾礦庫的設計級別較同規模的其他工業尾礦庫或水庫的級別高出1～2級，多數鈾尾礦庫排洪設計采用百年一遇洪水的要求進行設計，用千年一遇洪水的要求進行校核。特大型尾礦庫按一級水工構筑標準進行設計。鈾尾礦庫運行多年的實踐表明，我國鈾尾礦庫的建設滿足鈾礦冶的生產需求，基本達到安全儲存目的。

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 輻射安全監管現狀

我國鈾尾礦庫的建設和運行由國家國防科技工業局管理，實行核安全建造許可證和核安全運行許可證制度，并要求有甲級設計資質單位編制安全分析報告。新建或改擴建項目在可行性研究階段，編制環境影響評價報告報生態環境行政主管部門審批。

鈾礦冶設施屬于國家重點監管的核與輻射設施，納入監督性監測范圍，由生態環境部委托各省級輻射環境監測站實施監督性監測。各地核與輻射安全監督站負責實施對轄區內的鈾礦冶設施開展常規的監督檢查，每年例行兩次檢查。生態環境部將視具體情況對鈾礦冶設施安排非例行的監督檢查，如專項檢查等。

各省級輻射環境監測站按全國輻射環境監測方案對轄區內的鈾礦冶設施開展監督性監測工作，相關監測結果按程序上報生態環境部。其中，對尾礦庫的分析測量項目有如下要求：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，鈾尾礦庫運營單位需嚴格執行《鈾水冶廠尾礦設施運行安全管理規定》（EJ 725—1992），對尾礦庫壩體位移、滲水量、管涵構筑等設施項目進行觀測。

2.3 輻射危害因素分析

2.3.1 潰壩風險

鈾尾礦庫作為一個人造高勢能泥石流危險源，各種人為因素和自然災害都可能會對其安全性能造成影響。美國克拉克大學公害評定小組曾對100種災害案例進行了研究分析［9］，結果表明：尾礦庫事故所造成的危害位列18，僅次于地震、洪水、霍亂等。通過近年來國內外尾礦壩潰壩事故的統計［10］，洪水漫頂和滲漏破壞是導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來看，庫區大多位雨量充沛的地區，與公眾生活環境密切相關。一旦發生人為或自然災害造成的尾礦庫崩塌或泄漏，會導致尾礦中的放射性核素進入環境而發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，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物質、重金屬、有機毒物等，它們都會直接影響環境安全和危害公眾健康，造成社會的不穩定。

表2 尾礦庫潰壩事故類型統計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個數量級（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人劑量范圍可達到0.21～1.06 mSv。

設被測信號為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，有時還會發生村民在庫區內放牛的情況，或村民誤取尾礦將其用來修路、用作民用建材、各種添料等，導致局部環境放射性異常，造成不必要的輻射危害。

2.3.3 內照射危害

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，庫區上部大氣中氡濃度可達40～400 Bq·m-3，氡子體α潛能可達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呼吸道進入人體會產生內照射危害，對人體造成不可逆的損傷。2009 年，世界衛生組織指出氡是引發肺癌的第二大因素。有資料調查表明，鈾尾礦庫附近公眾的肺癌發病率較對照地區有明顯升高，鈾尾礦庫距離與肺癌發病率關系如圖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病率關系圖Fig.1 Relationship between distance of uranium tailings and incidence of lung cancer

2.3.4 核素遷移

鈾尾礦粒度細小，粒徑小于43 μm的質量分數高達52.7%（見表5）。運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入到環境中去。例如，在強風的作用下，放射性微塵會隨氣流運動向周邊四處擴散；在雨水侵蝕沖刷的作用下，放射性核素會進入臨近水體。鈾尾礦庫周圍的環境水體、魚塘、農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致滲慮液滲漏對地下水造成污染，進而危害環境與公眾健康。

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 存在的挑戰及對策

3.1 安全監測需提高

我國尾礦庫壩體在線安全監測預警系統還處于起步階段，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長期過程，在這個過程中不可避免地會受到地質變化、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定性，不僅在設計、施工階段要嚴格把關，建成后還要加大對尾礦庫的維護管理以及監測。同時還要不斷改進技術裝備，建立尾礦庫的安全信息平臺，提高尾礦庫的安全技術水平。

3.2 工藝技術需持續進步

尾礦減量化、資源化是鈾業發展的重要方向，經過幾十年的努力，我國在這方面取得了一定成就，但在工藝技術上還存在不少難題。

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

3.3 核素遷移難監控

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，要掌握其規律有一定難度。目前，我國對空氣、土壤、地表水等監測項目已有一定經驗基礎，受地下條件限制，地下水監測還未能全面展開。

為了解污染范圍及污染程度，還需加強核素釋放遷移規律的基礎研究，健全監測項目體系。對于運行期的鈾尾礦庫，可通過適當的輻射防護措施使職業人員和公眾減少或免受輻射危害，如減少接觸時間、增加防護距離、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計庫容，為盡量延長尾礦庫使用年限，礦山企業會盡量壓縮尾礦儲存量。早期國內科研技術人員嘗試過多種實驗，如鈾尾礦濃縮存儲試驗、鈾尾礦水力地下填充試驗、鈾尾礦地下膠結充試驗等，部分試驗初見成效，但因技術復雜或治理效果不理想等原因均未大范圍推廣應用。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一步探索研究。

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

3.5 法規標準體系需完善

鈾業發展至今，鈾礦冶系統根據鈾業發展和環境保護的需求編制頒發了多項法規標準。但部分標準和規范編制年代較早，已不適用于新工藝和目前的環境保護要求，其中還存在內容交叉、不一致、甚至矛盾的情況。就尾礦滲水的處理，《鈾礦冶輻射環境監測規定》（GB 23726—2009）規定“吸附尾液，沉淀母液、尾礦滲出水采用槽式排放”，而《鈾礦冶輻射防護和環境保護規定》（GB 23726—2009）規定“礦井廢水和尾礦（渣）庫滲出水可采取處理達標后直接排放”。

標準的滯后和不統一給執行和監管帶來了難度，故在今后的發展中，對有歧義有問題的法規標準要盡快修訂，對于缺失的內容要盡快編制新標準予以完善，使尾礦庫的輻射安全管理工作更科學、規范，對尾礦庫的監管和評價也更準確有力。

4 結語

鈾尾礦庫輻射安全管理是一項長期艱巨的任務。現有的法規標準對鈾尾礦庫的退役程序已作出明確要求，運行期間鈾尾礦庫的輻射安全管理工作也同樣重要。本文分析了在運行期間鈾尾礦庫的分布情況、監管現狀以及輻射危害因素，它具有工程量大、危害因素多、技術復雜等特點，并提出了存在的挑戰及對策，這不僅關系到鈾礦業的可持續發展，還關系到生態環境安全和公眾健康。做好鈾尾礦庫輻射安全管理工作具有十分重要的現實意義和長遠意義。