摘要:镍(钼)矿除了含所需的矿用成分外,同时伴生有高于规定水平的天然放射性物质,在开采、冶炼、加工和利用过程中,产生废水、废石、废气将对环境造成一定程度的放射性污染。本文根据镍(钼)矿开采过程中放射性污染的特点,提出井下坑道、废矿石、饮用水源的防治措施。
Abstract: In order to strengthen the environmental radiation in management and prevent radioactive contamination in the process of extraction and utilization of mine resources associated with radioactivity .To learnthe difference of contamination between nickel and molybdenum mines and other radioactive mine resources, investigation was made. This paper proposes prevension measures according to characteristics of radioactive contamination in nickel (molybdenum) mining.
关键词:伴生放射性矿;放射性污染;防治措施
Key words: mine associated with radioactivity;radioactivity contamination;prevention measures
中图分类号:TD85文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)10-0105-02
0引言
伴生放射性矿,是指含有较高水平天然放射性核素浓度的非铀矿,具有活度浓度低、寿命长、数量大、分布广等特点。伴生放射性矿石含有U-238、Th-232、Ra-226和K-40等较高水平的天然放射性核素,在开采、冶炼、加工和利用过程中,矿石中的天然放射性物质也将迁移、浓集和扩散,含有天然放射性核素的产品、废弃物也将对环境造成一定程度的放射性污染,危害人体健康,造成环境放射性污染,提高环境的辐射水平。有资料显示,我国湖南、广东、四川、内蒙古等省区伴生放射性矿所产生的年集体有效剂量对公众的危害已远大于核工业[1]。因此,必须加强伴生放射性矿藏开发利用过程中的放射性环境污染监控,以保障人们身体健康。镍(钼)矿是一种多金属矿,除含有镍(钼)外,还有镁、砷、铅、磷、硫、铁、锰、铜、镉等多种非放金属和非金属以及放射性核素,是一种典型的伴生放射性矿。镍(钼)是具有极高的经济价值的稀有金属,镍(钼)矿的开发利用在我国已成为重要产业,但很多镍(钼)企业为了片面追求经济效益而忽略了放射性环境保护,在一定程度上对周边环境造成了放射性污染,使得矿山周围的放射性水平比背景值水平有所增加,造成工作人员和周边的居民的外照射与内照射的额外剂量增加,对他们的人身安全带来隐患。为此,加强对镍(钼)矿放射性环境监督管理及放射性污染的防治,确保人们生活安定健康,促进资源与环境可持续发展具有十分重大的意义。
1镍(钼)矿开采造成的放射性污染
镍(钼)矿开采产生的放射性污染源主要为含天然放射性核素的采矿废石,我国镍(钼)开采的废石主要为炭质页岩,采掘比约为1:50,除少量用于坑道回填外,其余需要外排,露天就地堆放,侵占大量的土地。废石中的放射性元素衰变产生的辐射污染环境,提高当地环境γ辐射水平。同时由于受到雨水的浸蚀,废石中放射性核素进入土壤和地下水,使矿区周边土壤中的非放重金属和镭-226、钍-232、钾-40含量升高,转移到地表植物中,造成其总α、β量增加,从而造成食物链的放射性污染。镍(钼)矿开采产生的废水主要有:伴生矿湿法开采由坑道排出的采矿废水,废石堆场淋滤雨水,工艺废水等。这些废水含有大量的放射性核素,成为的另一种放射性污染源,污水流入受纳水体,提高了水体中的天然放射性核素浓度,一旦被人畜饮用,放射性核素通过饮用水、动植物转移进入人体后,会选择不同的沉积部位,如镭-226食入后大部分沉积骨骼组织,而放射性母核和子核发出的α、β射线会对人体造成持续、长久的照射,从而诱发各种相关疾病。
矿石、废石、废水析出的放射性气体氡及其子体进入大气,并向四周弥散,污染空气,氡及其子体与空气中的浮游粒子结合,构成放射性气溶胶,漂浮在空气中,使伴生矿井和堆场空气中存在较高浓度的氡及子体。氡及子体随呼吸进入人体后,通过内照射给人类造成损害,甚至致癌。有调查显示云南锡业公司及个旧地区公众肺癌的高发,经医学界长期研究确定是吸入过量的氡及其子体所致[2]。
2镍(钼)矿开采放射性污染防治措施
在矿山开采过程中,要时时对造成的放射性污染进行跟踪监测并及时治理,实行边开采边治理的制度,及时做好采完部分的矿山的退役治理工作,避免放射性交叉污染。
2.1井下坑道中的放射性污染防治措施井下坑道是高浓度氡及高γ辐射工作场所,γ辐射来自于矿石开采面和井壁四周的围岩。井下氡来自矿石、围岩以及地下水的析出,井下空气中氡及其子体的浓度和井壁围岩及矿石中的含铀量及其井下通风换气状况有极大的关系。根据这些特点可采取以下措施:
2.1.1 保证井下坑道空气足够的换气率降低镍(钼)矿井下的主空气中氡及其子体的浓度要是保证通风系统的完善,通过合理应用排氡通风技术实现。利用机械通风压力防止来自采空区及矿岩裂隙的污染,是目前最为有效的方法[3]。具体操作时尽可能保证通风时风流在井下停留的时间最短,关闭暂时不用的巷道和采空区以减少工作面的数量,尽量减少通风体积,增大换风次数等,把矿井中的氡浓度稀释到安全浓度后再排放。有关资料显示[4]换气率可以大大降低井下坑道空气中氡与子体的平衡因子,平衡因子与换气率有如表1关系。由此可见提高井下空气换气率可以降低氡及其子体的平衡因子,大大减少因吸入氡子体而产生的额外年有效剂量。由于井下工人的额外年有效剂量主要是由氡子体所贡献,因此,提高井下空气换气率是降低井下工人额外年有效剂量的最有效的途径。
2.1.2 预通风和湿式作业放射性气体氡衰变产生的子体钋、铋、铅等重金属粒子,采用湿式作业不仅可以降尘,还可使氡衰变产生的子体迅速被水雾携带而沉降,极大地减少井下空气中的氡子体吸入体内的几率,减少因吸入氡子体而产生的额外年有效剂量。表2中的实验数据充分说明了预通风和湿式作业的好处。
2.1.3 佩戴防护口罩井下工人在作业时,应当佩戴防护口罩,这样既可防尘还可使氡衰变产生的金属粒子得到过滤,减少因吸入氡子体而产生的额外年有效剂量。
2.1.4 井下矿石废矿石及时运出井下坑道中氡的来源是多方面的,坑道中堆积的矿石、废矿石将析出氡,及时将坑道中的矿石、废矿石运出,避免在坑道中大量堆积,是降低井下氡及其子体α潜能浓度的有效途径之一。
2.1.5 井壁降低氡的析出井壁析出的氡是井下氡的主要来源,利用壁面水泥喷浆的办法可以大大抑制氡从井壁析出,可使井下氡及其子体α潜能浓度再度降低。
2.1.6 采空区及早填埋封闭及早封闭井下采空区可大大减少井下通风设施的负荷,提高井下空气换气率,降低井下氡浓度,降低平衡因子,从而降低井下空气中氡子体α潜能浓度,减少井下氡的排出量,有利于井外空气放射性环境的改善。可以减少井下工人和井下通风排风口周围居民的额外年有效剂量。
2.1.7 井下工人佩戴个人剂量计,能有效对γ辐射和氡及其子体的剂量进行测量,建立矿工个人剂量档案。
采取以上措施后,可大大降低氡及其氡子体α潜能的影响,井下工人额外年有效剂量可降至6.25mSv/a,这一结果虽然略高于放射性环境保护控制目标5mSv/a,但大大低于限值20 mSv/a[5]。除此之外,为使辐射防护最优化,采取缩短井下工人的工作时间的办法。上述剂量是按每年工作300d,每天8h计算的,如果井下工人实行6h/d工作制,则井下工人额外年有效剂量可降为4.78mSv/a,这一结果低于放射性环境保护控制目标5mSv/a,在控制目标之内。
2.2 废石污染防治措施由于废矿石场通常建在紧靠井口下的山谷中,井口工业场地则建在井口附近,在建设工业场地的过程中,其地基一般都要铺垫大量的坑道开拓过程中产生的大量废矿石。工业场地是井下工人和矿山非职业人员工作和生活的场所,铺垫的废矿石和矿山开采过程中废矿石运出时大量撒落,使工业场地一带的陆地γ辐射水平增高,增加了相关人员的辐射剂量。因此做好废矿石放射性污染的防治对减少他们的辐射剂量非常重要,为此废矿石场须建拦石坝集中堆放,尽量减少堆放的面积,工业场地建成以后,地面应铺设水泥对铺垫废矿石的辐射污染进行治理。另外,工业场地的选址应加注意,应距废矿石场有足够的距离,最好在建设工业场地时,地基不要用放射性水平高的废矿石作为地基的铺垫材料。废矿石在废矿石场内的堆放应采用渐进式堆放,一边堆放一边覆土治理。
对GZ镍(钼)矿中的废矿石场析出的氡防护安全距离可下列方法计算得出[6]:
D=3αTCF/(1.81×108)
其中:T为年照射时间,C为氡浓度增加值,F为平衡因子,D为年有效剂量,α为以零归一化距离系数。
同时应注意矿石和废矿石在运输过程中对环境所造成的污染。矿石和废矿石往往具有相当高的放射性水平,在有些情况下,需要经过较远距离的运输废矿石才能进入冶炼厂或废矿石场。在运输途中,不可避免要经过人员密集的村庄和城镇。做好矿石和废矿石运输过程中的安全防护,对于减少居民不必要的额外辐射照射剂量十分重要。因此,运输线路应避开人员密集的村庄和城镇,同时应对运输车辆加膜加盖,避免矿石在运输途中的撒落。
2.3 废水污染的防治措施矿区废水包括坑道废水和废矿石场淋溶渗水,为含放射性物质废水。矿山废水含有天然放射性核素衰变系列中产生的各种天然放射性核素,其中绝大部分核素都具有一定的毒性,对放射性污染最重要的铀、钍、镭、钾四种核素中,镭为极毒物质,做好对矿山废水的放射性污染防治,对确保有关人员的辐射剂量安全也非常重要。为了防止废矿石场淋溶渗水对环境的影响,可以在废石场建拦石坝和泄洪道及集水池,雨水经泄洪道排走,废石场渗水进入集水池,集水池下建适当规模的二级坝,既可防止坝跨塌,又可防止集水池外泄污染坝下水体。
在坑道废水治理方面可以借鉴铀矿山首先要确保矿山含放射性物质的废水实行监测达标排放,当废水放射性水平超过《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定时,应先用石灰乳中和-氯化钡沉淀除镭处理方法进行处理达标(总α<1Bq/L,总β<10 Bq/L)后排放。在矿区存在稳定水体时(河流、水库、泉等)要建立水质监测点,对矿区的入口水流与出口水流进行定期测量,有污染时,查明来源并消除它。受污染的底沉积物,应用一定的化学物质固定污染物并挖坑掩埋,沉淀池也应作同样处理。控制每个废水排放口每次废水的排放量,具体每次排放量应请专业部门的技术人员进行放射性分析后科学地确定。其次是控制每个排放口每月的排放次数。对于单个排放口的排放,每月不超过10次。当上、下游有多个排放时应综合考虑确定。应对未经监测达标而擅自排放、乱拍、偷排的情况应加大处罚力度,使其得不偿失。
3镍(钼)矿矿区居民辐射安全防护措施
3.1 矿区空气质量的安全防护措施矿山附近居民通常距废矿石场较远,不受γ辐射影响,产生影响的是氡,井下通风排风口应选在距居民区1.5km外影响较小,危害最大的是废矿石场和矿石场析出氡的弥散,为使居民剂量不超标,为此居民区与矿石场或废矿石场的直线距离应大于辐射安全防护距离,也就是说在矿石场、废矿石场堆有大量矿石或废矿石,而未退役治理之前,在辐射安全防护距离之内不应有居民区。经验表明,辐射安全防护距离一般在300-500m之间,这一结果对矿山其他人员是不适用的。处于辐射安全防护距离以外的居民通常也处在粉尘的卫生防护距离之外。
合理选择井下通风排风口的位置可以减少废气中的氡及其子体对矿区居民的影响。因通风排风口排出的氡浓度很高,若以3000Bq/m3计算,在距通风排风口1.5km处空气中氡浓度增加值为123Bq/m3。处于该处的居民仅因吸入氡就产生额外年有效剂量0.185mSv/a。因此,井下通风排风口位置的距离选择直接影响居民的辐射剂量安全。如果能将井下通风排风口选在居民区的下风向更好,最好将通风排风口的位置选择在矿区内周围有山梁和树林阻隔的地方。
对于镍(钼)矿区的空气质量应遵循HJ/T193-2005《环境空气质量自动监测技术规范》的要求在不同风力条件下,定期对出风口空气污染情况进行监测定期监测,各类生产服务设施、生活居住地均应安置在主要风向的上风位置。
3.2 矿区饮用水的安全防护措施对生活饮用水的安全保护至关重要,只要一升水中混入很少量的含放射性核素的粉尘,便有可能使饮用水放射性超标,因此加强生活饮用水的保护对有关人员的辐射剂量安全也有非常重要的意义。为此,必须对矿山的生活饮用水定期抽样检测,其放射性含量符合国家GB5749《生活饮用水标准》方可饮用。住在主井、废矿石场附近的居民生活饮用水源应注意加盖外用,避免使用室外敞开的水池、水缸等。矿区职工生活饮用水要加强保护,可用桶装等封闭的饮用水,防止粉尘进入水中。
对以山泉为居民生活饮用水源的地区,应铺设水管从山上引山泉水入村中使用。由于矿山开采中水源和饮水管常常被破坏,应注意加以保护和维护。
4结论
镍(钼)矿开采产生会产生大量的放射性污染,其危害较严重的有井下氡及其子体对矿工的危害,废矿石量对土壤、地下水、空气的影响以及矿山开采产生的废水对水源的影响。根据污染产生的原因提出井下坑道中的放射性污染防治措施、废矿石污染防治措施、废水污染的防治措施、矿区空气质量、生活饮用水的保护措施。实践表明,只要严格按照相关法律法规依法开采和治理环境, 镍(钼)矿山的各类放射性和非放射性污染完全可以降到公众可接受的范围。
参考文献:
[1]潘自强.中国核工业三十年辐射环境质量评价[M].北京:原子能出版社,1990.
[2]孙世荃.氡子体和含砷矿尘对矿工肺癌的贡献[J].中华放射医学与防护杂志,1991,11(1):1.
[3]余庆华.非铀矿山排氡通风方法在云锡矿井的应用[J].中国矿山工程,2004,33(5):34.
[4]张智慧.空气中氡及其子体的测量方法[M].北京:原子能出版社,1994.
[5]<<电离辐射防护与辐射源安全基本标准>>(GB18871-2002).
[6]《电离辐射·辐射源与生物效应》UNSCEAR-1982年报告(附件A-L).