地浸采鈾設施氡的輻射照射及其控制措施

張學禮，徐樂昌（核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京　101149）

?

地浸采鈾設施氡的輻射照射及其控制措施

張學禮，徐樂昌
（核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京101149）

摘要：本文介紹了地浸采鈾過程中氡的釋放特點、空氣中氡的濃度水平、職業(yè)照射劑量水平及其相應的控制標準等。從空氣污染預防與控制、事故應急、環(huán)境管理等方面總結和提出了控制地浸采鈾過程中氡濃度的有關對策和措施，并對2個有關降氡典型實例進行了分析。這將有助于降低地浸采鈾職業(yè)照射有效劑量，保障地浸采鈾職業(yè)健康安全和保護環(huán)境。

關鍵詞：地浸采鈾；氡；輻射照射；污染防治；控制措施

眾所周知，與常規(guī)鈾礦采冶工藝相比，地浸采鈾具有諸多優(yōu)點，如較短的建設周期、較低的生產(chǎn)成本、較小的地表環(huán)境污染，以及能節(jié)約大量礦山建設用地等，因而其在世界天然鈾產(chǎn)量中所占份額越來越大。2010年地浸采鈾產(chǎn)量占世界天然鈾總產(chǎn)量的41%［1］，2014年已升至46%［2］。

目前，哈薩克斯坦仍是全球最大產(chǎn)鈾國，其所生產(chǎn)的天然鈾工藝幾乎全部為地浸。獨聯(lián)體國家的地浸采鈾工藝基本上采用了酸法或微試劑浸出，美國地浸鈾礦山則全部采用堿法（中性）浸出工藝［3］。目前，我國的地浸采鈾已取得重大技術突破，工業(yè)生產(chǎn)實踐中已采用CO2+O2中性地浸采鈾技術。預計在2016年，應用此技術生產(chǎn)的天然鈾產(chǎn)品將占我國年生產(chǎn)量的50%［4］，成為我國主要的鈾礦采冶技術。

地浸采鈾三廢產(chǎn)生量雖比常規(guī)開采大為減少了，但對開采單元周圍地下水的影響不容忽視。地浸采鈾的工作人員雖然不必進入井下環(huán)境，不必進行礦石破碎，但在生產(chǎn)中仍然存在一些放射性職業(yè)病危害因素，其中主要的職業(yè)病危害因素是氡及其子體［5］。為降低地浸采鈾工作人員氡的職業(yè)照射危害，本文總結并提出了在地浸采鈾過程中氡污染預防與控制措施，為地浸采鈾項目工程設計、環(huán)境影響評價、工程驗收以及運營管理等環(huán)節(jié)的污染防治措施提供一定的參考。

1　地浸采鈾設施氡的釋放與輻射照射

1.1工藝流程簡介

地浸采鈾是將配制好的溶浸劑通過注液鉆孔注入井場的含礦含水層，使溶浸劑在一定壓力下沿礦層滲透或擴散，待溶解其中的鈾后通過抽液鉆孔抽出溶浸液，再將溶浸液進行加工處理而得到鈾產(chǎn)品的過程。其工藝流程如圖1所示。

圖1　地浸采鈾工藝流程及222Rn主要釋放環(huán)節(jié)Fig.1 The process and radon major release link of in-situ leaching of uranium

1.2氡的主要釋放環(huán)節(jié)

地浸采鈾的主要氡污染源有集液池、過濾器、淋洗液池、配液池、反滲透裝置以及蒸發(fā)池等。集液池、過濾器的222Rn來源于溶浸液中溶解的222Rn的釋放；溶浸液經(jīng)輸送到集液池后，因壓力降低，使溶解的222Rn氣體迅速釋放到集液池周圍的大氣環(huán)境中［6］。配液池、淋洗液池的222Rn來源于尾液、合格液及貧液中222Rn的析出；工藝廢水反滲透處理裝置的222Rn來源于沉淀母液、反沖及轉型廢水中222Rn的析出釋放。蒸發(fā)池的222Rn來源主要有兩部分：一是池內廢液蒸發(fā)時，其中溶解的222Rn會隨之析出一部分；二是在蒸發(fā)池干涸狀態(tài)下，其中灘面中遺留的放射性固體殘渣表面析出的222Rn。

污染源氡的釋放量主要與含礦含水層地下水中222Rn濃度，溶浸液中的U天然、226Ra含量，集液池、蒸發(fā)池、配液池、淋洗液池的面積等因素有關。地浸采鈾生產(chǎn)工藝的主要放射性污染物及來源見表1，氡的釋放主要環(huán)節(jié)如圖1所示。

表1　地浸采鈾生產(chǎn)工藝主要放射性大氣污染物及來源Table1 Mainlyatmosphericpollutantsandradioactivesources in the production process of in-situ leaching of uranium

1.3氡釋放量

在地浸采鈾工藝中，氡釋放量與溶浸液提升方式有關。如當只采用潛水泵提升溶浸液時，只有其中溶解的222Rn會釋放進入大氣環(huán)境；而當采用空壓機與潛水泵相結合提升溶浸液時，除溶浸液中的222Rn外，壓入空氣的同時還會將地層中的222Rn一起攜帶出來［7］。

在地浸采鈾中，氡最主要來源于抽液提升壓縮空氣中的氡，還有溶解在溶液中的氡（由集液池等處排出）。據(jù)估算，七三七地浸采鈾工程中，每生產(chǎn)1 t鈾，約產(chǎn)生1.22×1011Bq的氡［6］。由此可見，地浸采鈾所產(chǎn)生的氡量是較大的，對氡的問題應引起重視。

1.4職業(yè)照射劑量水平

地浸采鈾工作人員的照射劑量相對較低，一般在1.25～1.52mSv·a-1，詳見表2。

表2　歷年地浸采鈾工作人員年均個人受照劑量統(tǒng)計［8］Table 2 The staff annually individual radiation dose over the years in-situ leaching of uranium

地浸采鈾氡及子體產(chǎn)生量降低，故工作人員所受氡及子體照射減少，僅為鈾礦井下工人受照劑量的1/6～1/4。因此，地浸采鈾較常規(guī)采鈾而言，是氡及子體廢物量較少和工作人員危害較低的技術。盡管如此，從輻射防護最優(yōu)化原則出發(fā)，應在考慮經(jīng)濟和社會因素后，要求人員受222Rn及子體照射保持在“可合理達到的盡可能低”（As Low As Reasonably Achievable，簡稱ALARA）的水平。

2　有關控制標準要求

2.1222Rn及子體控制限值

核行業(yè)標準EJ 993—2008《鈾礦冶輻射防護規(guī)定》［9-12］對鈾選冶廠工作場所空氣中222Rn及子體控制限值作了如下規(guī)定：222Rn活度濃度不超過1.1 kBq·m-3，222Rn子體α潛能濃度不超過1.6μJ·m-3。

2.2個人劑量限值與約束值

國標GB 18871—2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》［13］規(guī)定職業(yè)照射劑量限值為20 mSv（指連續(xù)5 a的年平均有效劑量，但不可作任何追溯性平均），公眾照射劑量限值為1 mSv·a-1。國標GB 23727—2009《鈾礦冶輻射防護和環(huán)境保護規(guī)定》［14］規(guī)定了鈾礦山和選冶廠一般情況下的職業(yè)照射劑量約束值取連續(xù)5 a的年平均有效劑量不超過15 mSv·a-1，公眾中有關關鍵人群組的成員所受照射的劑量約束值取連續(xù)5a的年平均有效劑量不超過0.5mSv·a-1。

3　預防與控制氡污染的對策與措施

3.1預防與控制措施

為預防和控制空氣氡污染，實踐中采取下列有效的預防與控制措施：

（1）盡可能采用潛水泵提升

當采用空氣提升溶浸液時，除了要建立輔助輸送泵站并將溶浸液送入集液池之外，井口需安裝氣液分離裝置。該裝置應設在井場年主導風向的下風向，且與最近的居民區(qū)留有足夠的防護距離。集液池設在集液泵池的下風向。嚴禁將抽出的溶浸液直接泵入集液泵池中。

當采用潛水泵提升溶浸液時，無需輔助輸送泵站，將溶浸液直接從抽出井抽至集液池；效率高、運行費用低。采用潛水泵平緩地提升溶浸液，且在封閉的系統(tǒng)內進行溶浸液的傳輸，能避免氡氣的釋放及溶浸液的泄漏。

（2）采用全閉路循環(huán)系統(tǒng)

吸附尾液經(jīng)管線直接與注液泵相連，注入注液總管，然后分配到各支管注入礦層；集液—吸附—注液等環(huán)節(jié)為全閉路循環(huán)系統(tǒng)，不設置配液池和集液池，以減少氡的釋放。

（3）保持適當壓力操作

中性浸出時，整個溶浸液處理回路保持在一定壓力下操作，以控制CO2和氡氣的析出。

（4）進行密閉、隔離與通風

集液泵池應與控制室隔開，泵房內應安裝排氣裝置，使氡濃度盡可能降到標準限值以下。水冶廠車間有針對性地采取密閉、隔離等措施是有效降低氡濃度的方法。

溶浸液處理廠房采取機械通風方式，由煙囪（高出周邊50 m范圍內最高建筑物屋脊3 m以上）排入環(huán)境，經(jīng)大氣稀釋擴散后，氡及其子體對環(huán)境影響較小。表3給出了某地浸采鈾水冶車間安裝的通風機的有關情況，各排放口氣體流量采用風機設計流量。

（5）合理布置廠區(qū)

地表設施應按當?shù)爻Ｄ昴觑L頻最小方向做如下布置：生活居住地布置在地浸設施的下風側；非控制區(qū)布置在控制區(qū)的下風側；廢物存放系統(tǒng)布置在地浸場、水冶設施的上風側。

（6）防止管網(wǎng)泄漏與凍裂

應確保抽注液管道不泄漏釋放氡，為此必須保證管道、閥門及儀表質量（包括密封性、耐用性、抗腐蝕性等），閥門、管道接頭處均應采取有效的密封措施和防滲漏裝置。在管網(wǎng)安裝完成后進行壓力測試，防止發(fā)生溶液的跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象。酸法地浸溶浸劑下注時，盡量采用自然注液，使溶液處于無壓狀態(tài)，可避免注液管道破裂［15］。

為防止室外管網(wǎng)凍裂，所有管網(wǎng)均應盡可能埋于地表凍土層以下。集控室周圍的管網(wǎng)，在地表以下的用土填埋，其余地表管線包覆保溫層。配備應急柴油發(fā)電機，在冰凍期意外停電時保證電力供應以使抽注液連續(xù)進行，防止地表管線凍裂。

（7）妥善處理與處置蒸發(fā)池內的殘渣

在生產(chǎn)期間蒸發(fā)池內應保持一定水量，避免揚塵和減少氡的析出。

在終產(chǎn)后的退役期間，對蒸發(fā)池內沉積的廢渣進行監(jiān)測，確定其放射性活度。根據(jù)其活度的大小，對原地覆蓋和清除這兩個處置方案進行效果和經(jīng)濟方面的綜合評價，確定蒸發(fā)池中的廢渣處理方案。當放射性比活度處于清潔解控水平范圍內，則經(jīng)審管部門批準后可作一般廢物處理，此時只需進行一般的地形地貌及生態(tài)恢復；當放射性比活度達不到清潔解控水平時，若采用覆蓋降氡治理方案，則應根據(jù)其放射性比活度和覆蓋試驗，確定覆蓋材料、覆蓋厚度及覆蓋結構；當有廢物接收場地時，則可采用清除方案，將其運至其他鈾礦山廢物貯存設施（如尾礦庫）集中處置。

表3　某地浸采鈾水冶車間通風設備Table 3 The ventilation equipments of a metallurgy plant

（8）開展定期監(jiān)測

在地浸井場、溶浸液處理車間等工作場所及廠界外最近居民點或人員經(jīng)常停留的地方設置空氣222Rn及子體監(jiān)測點，并選擇離開廠區(qū)不受污染物影響的位置設為對照點。開采前的本底調查應不少于1年，監(jiān)測頻次不少于2次；生產(chǎn)期間每季度監(jiān)測1次［16］。

依據(jù)國標《環(huán)境空氣中氡的標準測量方法》［17］對空氣中222Rn及子體進行監(jiān)測。采樣口位置距離地面高度約1.5 m；采樣器經(jīng)過計量檢定，確認性能良好方可采樣；記錄采樣條件，以將采樣體積換算為標準狀態(tài)下的體積。

3.2事故應急措施

地浸采鈾時為有效控制溶浸液中氡的釋放，應防止因管道滲漏和破裂而導致溶浸液外泄。

（1）管道破裂預警

值班人員每天定時察看各鉆孔上在線流量計所記錄的流量，一旦發(fā)現(xiàn)溶浸液的流量出現(xiàn)驟然變化時，及時判斷是否發(fā)生管道破裂事故；每天通過系統(tǒng)監(jiān)控或現(xiàn)場巡查原液管道運行狀況和進塔流量情況，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患并及時處理（如記錄、報告等）。

（2）應急補救措施

當出現(xiàn)管道破裂事故，立刻采取有效的補救措施（如立即停產(chǎn)、故障排查、堵漏、焊接、修補、更換等），且應確保滲漏或外溢的溶液全部收集到事故池內，并對收集液進行妥善處理。

3.3環(huán)境管理措施

在地浸采鈾過程中，為確保達到更好的氡污染防治效果，還應采取如下環(huán)境管理措施：

（1）進一步增強地浸采鈾工作人員的安全與環(huán)境保護意識；操作人員必須取得相應的崗位培訓合格證后才能上崗、嚴格遵守操作規(guī)程、經(jīng)常進行巡視與檢查；操作人員必須接受輻射安全培訓、佩戴每季度更換的個人劑量計。建立健全個人劑量和職業(yè)健康檔案管理制度。

（2）主要操作崗位人員每天工作6 h，以減少輻射危害；在工作場所（不包括辦公場所）一律穿戴勞動保護用品，嚴禁進食和吸煙；定期清洗工作服。

（3）制定生產(chǎn)設備的巡查和定期檢測制度，確保生產(chǎn)設備的正常運行。

（4）制定事故應急預案，并定期對其進行演練、評審和修訂。一旦發(fā)生事故，按照應急預案進行事故處理和開展應急環(huán)境監(jiān)測。

4　典型實例

（1）全閉路循環(huán)系統(tǒng)的應用

2014年7月，某地浸采鈾試驗水冶廠放棄集液槽，完成了全流程的集液—吸附—注液等環(huán)節(jié)的全閉路循環(huán)系統(tǒng)改造。試驗水冶工藝流程中不設集液池，溶浸液通過集液主管經(jīng)袋式過濾器直接進入吸附塔，再經(jīng)吸附塔后從注液主管直接回到注液孔內，實現(xiàn)了集液—吸附—注液等環(huán)節(jié)的全閉路循環(huán)。水冶廠房內無溶浸液直接向外環(huán)境釋放222Rn。表4給出了2014年度水冶廠改造前后4次氡及子體濃度監(jiān)測結果。從表4可見，試驗水冶廠改造前的氡及子體濃度很高，均值為改造后的10多倍，改造后廠房內氡及子體濃度明顯降低，氡濃度已接近環(huán)境背景水平。

表4　水冶車間空氣中氡及子體濃度監(jiān)測結果Table 4 The results of radon and its daughters in the air at the metallurgy plant

表5也給出了該試驗水冶廠周圍環(huán)境空氣中氡及子體濃度監(jiān)測結果。從表5可見，廠界外環(huán)境及地浸井場內空氣中氡及子體濃度都很低，氡濃度處于背景水平。由于地浸井場與廠界外均處于室外開闊與敞開環(huán)境下，利于222Rn在大氣中稀釋擴散，因而這些地方的222Rn及其子體濃度都很低。可見，地浸采鈾氡的危害主要體現(xiàn)為職業(yè)危害，而氡及子體對周圍公眾的影響較小。

表5　水冶廠周圍環(huán)境空氣中氡及子體監(jiān)測結果Table 5 The results of radon and its daughters in the air near the metallurgy plant

（2）密閉、隔離與通風

有針對性地采取密閉、隔離、通風等措施也是降低空氣中氡濃度的有效方法。如某地浸鈾礦山試運行期間在采取下列整改措施后，有效地降低了氡濃度，見表6：①將水冶廠低跨車間淋洗液池與過濾器處、反滲透裝置隔開；②將配液池棚與低跨車間之間的墻體進行加固與密閉；③在反滲透裝置、過濾器處上部分別加裝1臺/套通風系統(tǒng)［5］。從表6可見，整改后的工作場所氡濃度降幅為9.0%～98.3%，平均為64.1%；除配液池棚外，其他高氡濃度工作場所的降幅最為明顯。

表6　整改前后不同工作場所氡濃度監(jiān)測結果Table 6 Radon concentrations at the different workplace before and after the rectification

此案例表明在地浸采鈾中一定要對氡源采取密閉措施，以防止氡析出后擴散至工作場所。在地浸采鈾過程中不能忽視吸附尾液、淋洗液、合格液及貧液中都會有222Rn析出的問題，一旦對此認識不足而不采取有效防降氡措施就會使工作場所氡濃度超標。

5　結束語

本文從鈾礦地浸開采過程中氡的釋放特點入手，總結并提出了地浸采鈾中預防氡污染、控制氡濃度的有關對策和措施。雖然目前在地浸采鈾氡污染防治等方面積累了一定的經(jīng)驗，但要想達到地浸采鈾污染防治最佳可行的程度，還需要廣大的鈾礦冶科技工作者和現(xiàn)場工人的繼續(xù)努力。

參考文獻

［1］原淵，李建東，史紅霞，等.哈薩克斯坦地浸采鈾生產(chǎn)現(xiàn)狀與進展［J］.中國礦業(yè)，2014，23（11）：149-151.

［2］佚名.世界天然鈾發(fā)展一覽［N/OL］.中國核工業(yè)報. （2015-04-16）［2015-10-23］. http：//www.cnnc.com.cn/tabid/ 283/InfoID/90024/frtid/446/Default.aspx.

［3］張飛鳳，蘇學斌，邢擁國，等.地浸采鈾新工藝綜述［J］.中國礦業(yè)，2012，21（增刊）：9-12.

［4］袁于飛.我國地浸采鈾新技術獲得重大突破——盤活數(shù)萬噸復雜砂巖型鈾礦資源［N］.光明日報，2014-08-02（02）.

［5］薛振偉，周小林，饒豐，等.原地浸出礦中氡污染及其控制效果研究［J］.國際放射醫(yī)學核醫(yī)學雜志，2013，37（1）：20-23.

［6］周星火，吳桂惠.鈾地浸環(huán)保技術與對策［J］.鈾礦冶，1995，14（1）：18-22.

［7］田新軍，刁春娜.新疆地浸鈾礦山環(huán)境影響分析與污染防治措施［J］.鈾礦冶，2010，29（1）：29-32.

［8］潘英杰，徐樂昌，劉曉超，等.鈾礦冶放射性廢物最小化［M］.北京：中國原子能出版社，2014.

［9］鄧文輝，李先杰，周炬，等.鈾礦井采場氡子體α潛能濃度設計限值的確定［J］.鈾礦冶，2009，28（3）：140-145.

［10］李先杰，王廷學.我國鈾礦冶輻射防護的過去、現(xiàn)在與未來［J］.鈾礦冶，2009，28（3）：135-139.

［11］張學禮，徐樂昌，魏廣芝，等.鈾礦冶氡的輻射照射及其控制對策探討［C］//第三次全國天然輻射照射與控制研討會論文匯編，2010：460-467.

［12］國防科學技術工業(yè)委員會. EJ 993—2008：鈾礦冶輻射防護規(guī)定［S］.北京：核工業(yè)標準化研究所，2008.

［13］中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 18871—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.

［14］中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB 23727—2009：鈾礦冶輻射防護和環(huán)境保護規(guī)定［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［15］刁春娜.某地鈾礦原地浸出采鈾地下水環(huán)境保護［J］.輻射防護通訊，2010，30（4）：41-42.

［16］中華人民共和國環(huán)境保護部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 23726—2009：鈾礦冶輻射環(huán)境監(jiān)測規(guī)定［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［17］國家環(huán)境保護局，國家技術監(jiān)督局. GB/T 14582—93：環(huán)境空氣中氡的標準測量方法［S］.北京：中國標準出版社，1993.

Radiation Exposure and Its Control Measures of Radon from Facilities for in-Situ Leaching of Uranium

ZHANG Xueli，XU Lechang
（Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy，CNNC，Beijing 101149，China）

Abstract：The radon release characteristics and radon concentration levels in the air，average occupational effective dose levels as well as relevant standards for radiation protection in China were introduced during in-situ leaching of uranium. The measures to control radon concentration and reduce radiation exposure of radon from the air pollution prevention and control，accident emergency，to environmental management practices during in-situ leaching of uranium were summarized. In addition，two related typical cases were discussed. This will help to reduce average occupational effective dose，to protect occupational health and surrounding environment during in-situ leaching of uranium.

Key words：in-situ leaching of uranium；radon；radiation exposure；pollution prevention and control；control measures

中圖分類號：X523

文章標志碼：A

文章編號：1672-5360（2016）01-0017-06

收稿日期：2015-11-12修回日期：2015-12-05

基金項目：環(huán)境保護部核設施、核基地放射性污染防治專項，項目編號：DC201413

作者簡介：張學禮（1973—），男，四川渠縣人，高級工程師，博士，現(xiàn)主要從事輻射防護與環(huán)境保護等科研工作