毛有明， 田少沖， 魏建成， 石慧澤

(寧夏回族自治區(qū) 核工業(yè)地質(zhì)勘查院，寧夏 銀川 750021)

自然界中很多礦產(chǎn)資源是與天然放射性核素共生的，當(dāng)?shù)V物中的放射性物質(zhì)達(dá)到一定比例時，就是含有較高水平天然放射性核素濃度的非鈾礦，又叫伴生放射性礦，伴生放射性礦在開發(fā)利用過程中對周圍地區(qū)甚至更遠(yuǎn)地區(qū)的環(huán)境都容易造成嚴(yán)重的放射性污染。

衛(wèi)寧北山位于寧夏中西部中衛(wèi)市和中寧縣以北，北接阿拉善微陸塊,東鄰鄂爾多斯地塊西緣,屬構(gòu)造活動帶與穩(wěn)定地塊交接部,出露的地層主要為古生界及新生界蓋層。區(qū)域變質(zhì)作用不發(fā)育,巖漿巖活動微弱,斷裂構(gòu)造十分發(fā)育。經(jīng)過多年地質(zhì)工作，衛(wèi)寧北山發(fā)現(xiàn)了煤礦，若干處以金、鉛、銀、銅、鐵等為主的小型礦床，以及一系列金屬礦點(diǎn)[1]，是寧夏金屬礦產(chǎn)勘查及產(chǎn)出的最重要的地區(qū)之一。

1 伴生放射性礦開發(fā)利用中產(chǎn)生的輻射影響

各類礦產(chǎn)資源在開采利用過程中，除去含所需的礦物成分之外，可能還伴生有高于規(guī)定水平的天然放射性物質(zhì)，并且在現(xiàn)實(shí)生活中，人們對具有較高放射性核素的了解認(rèn)知不足，且礦山企業(yè)對自身礦區(qū)的放射性環(huán)境也不甚了解，因此對具有較高放射性的礦區(qū)進(jìn)行礦產(chǎn)開發(fā)時，伴生的放射性核素及其衰變子體經(jīng)過轉(zhuǎn)化擴(kuò)散到大氣、水體、土壤等人居環(huán)境中，從而可能會對周邊居民及環(huán)境產(chǎn)生一定的輻射影響[2]。其輻射危害主要通過三種方式對人居環(huán)境產(chǎn)生影響，包括固體物質(zhì)放射性危害、廢水放射性危害及氣載放射性危害等。

1.1 固體物質(zhì)放射性污染

若礦山放射性水平較高，礦山開發(fā)利用過程中會產(chǎn)生大量的礦石及固體廢棄物，其伴生的鈾、釷、鐳等天然放射性核素會對從業(yè)人員及周邊活動人員產(chǎn)生較高的內(nèi)外照射劑量；礦石及廢渣石等由于數(shù)量巨大，一般都未經(jīng)處理直接堆積于地表，對礦區(qū)及周邊環(huán)境造成危害。若其產(chǎn)品、廢渣等被再次利用于建筑材料添加劑等，會對居民進(jìn)一步增加外照射有效劑量。

1.2 廢水放射性污染

礦山開采過程及洗選的過程中會產(chǎn)生大量的廢水，尾礦庫及廢石堆等受到降水淋濾等作用，也會產(chǎn)生大量廢水，放射性核素可能隨之轉(zhuǎn)移，廢水流入受納水體或者下滲至地下水，會提升水體及地下水的天然放射性核素濃度，也會隨著地下水徑流擴(kuò)散，導(dǎo)致污染范圍的加大，最終隨著居民的飲用進(jìn)入體內(nèi)，造成嚴(yán)重的內(nèi)照射增加。

1.3 氣載放射性污染

在礦山開發(fā)利用過程中，含氡及其子體的空氣被吸入人體之后，大部分沉積于上呼吸道和支氣管中，并在很短時間內(nèi)將α粒子的全部潛在能量釋放出來，對人體造成放射性危害。工作人員長期吸入含氡及其子體的空氣會引起肺癌[3]。其放射性污染對井下工作或其他高放射性密閉空間內(nèi)工作的工人危害最為嚴(yán)重。

2 區(qū)域環(huán)境輻射水平現(xiàn)狀

通過對中衛(wèi)市及衛(wèi)寧北山地區(qū)的土層及水泥地進(jìn)行區(qū)域環(huán)境γ輻射劑量率本底、土壤氡濃度和空氣氡濃度水平調(diào)查，結(jié)果顯示，衛(wèi)寧北山所在的中衛(wèi)市、石空鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)及鎮(zhèn)羅工業(yè)園區(qū)的地表γ輻射劑量率均較低，處于正常的本底水平附近(見表1)。

表1 中衛(wèi)地區(qū)地表γ輻射劑量率環(huán)境本底Table 1 Environmental background of surface gamma radiationdose rate in Zhongwei area

中衛(wèi)市整體天然輻射水平較低，為工作生活安全區(qū)，沒有偏高現(xiàn)象。

3 研究區(qū)礦山輻射水平分析

本次研究共對衛(wèi)寧北山地區(qū)15個礦山開展了放射性污染水平檢測，包括煤礦、鐵礦、石英巖礦及石灰?guī)r礦，這些礦種在中衛(wèi)市分布較多，這幾類礦種的產(chǎn)品及廢渣等應(yīng)用范圍廣，深入人類生活的各個環(huán)節(jié)，因此對這15家礦山企業(yè)開展了詳細(xì)調(diào)查。

3.1 γ輻射劑量率檢測結(jié)果

地表環(huán)境所受到的環(huán)境外照射主要包括環(huán)境地表γ輻射和宇生射線照射，總體來講宇生射線產(chǎn)生的輻射照射劑量率隨緯度及海拔高度變化而變化，在局部地區(qū)，一般比較穩(wěn)定，因此局部地區(qū)檢測得到的環(huán)境地表γ輻射劑量率水平，基本可以反映環(huán)境外照射水平[4]。礦山企業(yè)礦區(qū)的γ輻射劑量率主要來自于礦物和廢渣的γ核素，通過對礦山的環(huán)境地表γ輻射劑量率現(xiàn)場檢測，結(jié)果見表2。

通過與中衛(wèi)市環(huán)境γ輻射劑量率本底值的對比，有5個礦山的礦區(qū)地表γ輻射劑量率與當(dāng)?shù)丨h(huán)境本底處于相近水平，其余10個礦山地表γ輻射劑量率均超過當(dāng)?shù)丨h(huán)境本底水平50 nGy/h，其中中衛(wèi)北山鐵礦1-3區(qū)塊，甘塘一采區(qū)建筑石料用砂巖礦的環(huán)境γ輻射劑量率水平明顯高于當(dāng)?shù)丨h(huán)境本底150 nGy/h以上。

根據(jù)全國環(huán)境天然貫穿輻射水平調(diào)查研究(1983—1990)，環(huán)境外照射電離輻射是對人體健康產(chǎn)生危害影響的重要因素，年有效劑量當(dāng)量(AED)是評價環(huán)境放射性核素輻射水平的一個重要指標(biāo)。依據(jù)《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》(GB 14583—93)，環(huán)境地表γ輻射劑量率可以估算得到環(huán)境放射性輻射水平對當(dāng)?shù)鼐用癞a(chǎn)生的年有效劑量當(dāng)量值。其計(jì)算公式為 ：

He=Dγ×K×t×10-6

式中：He為有效劑量當(dāng)量，mSv；Dγ為環(huán)境地表γ輻射劑量率，nGy/h；K表示有效劑量當(dāng)量率與空氣吸收劑量率比值，標(biāo)準(zhǔn)中采用0.7 Sv/Gy；t表示人員在環(huán)境中的停留時間，h。

本次研究中，外照射主要考慮礦山所導(dǎo)致的γ輻射，其職業(yè)照射劑量當(dāng)量限值計(jì)算時采用國際推薦年工時數(shù)(2 000 h/a)；公眾照射采用年照射時數(shù)8 760 h，取室外居留因子0.2，計(jì)算人群所受γ輻射有效劑量見表2。

表2 各礦區(qū)地表γ輻射劑量率測量及所致有效劑量當(dāng)量Table 2 Measurement of surface γ radiation dose rate andeffective dose equivalent

注：標(biāo)記“超”字樣的為平均值—環(huán)境本底值≥50 nGy/h。

從結(jié)果來看，各個礦區(qū)地表γ輻射劑量率所致的職業(yè)、公眾有效劑量當(dāng)量均為超過年劑量約束值水平。

3.2 空氣氡濃度檢測結(jié)果

礦山企業(yè)工作場所空氣中放射性核素水平直接影響在礦山工作生活工人們的健康狀況。根據(jù)聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會的研究，氡及其短壽命子體衰變所產(chǎn)生的α潛能是造成人體呼吸系統(tǒng)疾病及肺癌的主要誘因[5]，因此在礦區(qū)內(nèi)生活區(qū)及生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了空氣氡濃度檢測，結(jié)果見表3。

表3 各礦區(qū)空氣氡濃度檢測結(jié)果Table 3 Detection results of radon concentration in the air of each mining area

依據(jù)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18871—2002)的要求，檢驗(yàn)的工作場所中空氣氡濃度的行動水平(必須采取防氡行動的值)為500～1 000 Bq/m3，調(diào)查的各個礦區(qū)均沒有超過相應(yīng)的行動水平最低值，處于安全水平。

3.3 采樣天然放射性核素檢測結(jié)果

本次研究選取了5個礦區(qū)作為取樣區(qū)，其中北山鐵礦1-3區(qū)塊是廢棄礦場，遺留有數(shù)堆廢棄渣石，無法確定是否屬于鐵礦石，采樣深度均為10 cm，在10 m×10 m范圍內(nèi)采用梅花型布點(diǎn)混合采樣方式進(jìn)行，送實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果見表3。

依據(jù)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果，調(diào)查取樣的5個礦區(qū)均位于中衛(wèi)市，各個礦區(qū)之間的238U、226Ra、232Th、40K比活度差異較大，同一地區(qū)同一礦種的差異也較明顯。整體上5個礦區(qū)的238U、226Ra、232Th、40K均超過了中衛(wèi)市土壤放射性核素的平均水平，但是都低于公眾輻射劑量限值，中衛(wèi)常樂鎮(zhèn)第二煤礦的煤及基巖的226Ra含量均超過了限值要求。

根據(jù)《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)方法，若調(diào)查礦區(qū)產(chǎn)品或廢渣等需要添加進(jìn)建筑材料，其天然放射性核素226Ra、232Th、40K的放射性比活度應(yīng)同時滿足IRa≤1.0和Ir≤1.3，計(jì)算公式分別為[6]:

IRa=CRa/200

Ir=CRa/370+CTh/260+CK/4 200

式中：IRa為內(nèi)照射指數(shù)；Ir為外照射指數(shù)；CRa、CTh、CK分別為材料中天然放射性核素鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性活度，單位為貝克每千克(Bq/kg)。

經(jīng)過對內(nèi)外照射指數(shù)的計(jì)算，其結(jié)果見表4。

表4 礦區(qū)樣品238U、226Ra、232Th、40K比活度檢測結(jié)果及內(nèi)外照射結(jié)果Table 4 Specific activity test results and internal and external irradiationresults of 238U, 226Ra, 232Th and 40K samples from the mining area

注：依據(jù)寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室2018K148號檢測報(bào)告；中衛(wèi)市土壤本底水平參照《寧夏回族自治區(qū)天然放射性本底現(xiàn)狀研究》。

從結(jié)果來看，甘塘一采區(qū)、北山鐵礦、石空鎮(zhèn)煤礦、白土崗子石料廠的廢渣、石料或煤矸石等可以用于添加到建筑材料中，常樂鎮(zhèn)第二煤礦的煤及煤矸石超過了規(guī)范限值，不能添加到建筑材料中做輔材，比如空心磚、水泥等的制作中。

4 結(jié)論

針對衛(wèi)寧北山地區(qū)15個礦山的環(huán)境放射性水平研究發(fā)現(xiàn)，總體上該地區(qū)礦山地表伽瑪輻射劑量率水平明顯高于當(dāng)?shù)丨h(huán)境本底，其中中衛(wèi)北山鐵礦1-3區(qū)塊及甘塘一采區(qū)建筑石料用砂巖礦的環(huán)境γ輻射劑量率水平高于當(dāng)?shù)丨h(huán)境本底150 nGy/h以上，屬于國家伴生放射性礦詳查范疇，應(yīng)作為重點(diǎn)監(jiān)測對象；常樂鎮(zhèn)第二煤礦的煤及煤矸石的放射性核素含量水平較高，超過了規(guī)范限值，應(yīng)加強(qiáng)對該礦的輻射監(jiān)管，其產(chǎn)品及廢渣石不得用作建筑材料輔料。