王曉卿，劉瑞蘭，李建輝，雙紅瑩，曹 翼

(生態(tài)環(huán)境部華北核與輻射安全監(jiān)督站，北京 100082)

原地浸出采鈾工藝(以下簡稱地浸采鈾)是一種在天然埋藏條件下，通過浸出劑與礦物的化學(xué)反應(yīng)選擇性地溶解礦石中的鈾，而不使礦石產(chǎn)生位移的集采、冶于一體的新型鈾礦開采工藝[1]。地浸采鈾與傳統(tǒng)鈾礦山開采方法相比，不需要開鑿巷道或揭開覆蓋層進行采礦和運輸?shù)V石，基本不破壞地容地貌和地表景觀，全流程在地表自動化作業(yè)和控制，具有很高的環(huán)境友好性[2]，是一種安全、綠色、環(huán)保的鈾礦冶新工藝。

中國從20世紀70年代開始探索地浸采鈾技術(shù)，在80年代掌握了地浸采鈾工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)[3-4]。通過多年的試驗研究，地浸采鈾已成為中國鈾礦冶的重要方法。另外，中國鈾礦冶進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整改革，關(guān)停大量傳統(tǒng)鈾礦山；目前鈾礦冶三大天然鈾生產(chǎn)基地均為地浸采鈾，地浸采鈾工藝已經(jīng)占據(jù)中國鈾礦冶的主導(dǎo)地位。

1 地浸采鈾氡的來源

地浸采鈾礦山主要分為井場和水治廠兩大部分。水冶廠的吸附尾液經(jīng)過調(diào)配后作為浸出劑，輸送至井場各采區(qū)集控室，隨后注入地下含礦含水層進行浸出。各抽液孔的浸出液經(jīng)潛水泵提升至井口，通過抽液支管輸送至集控室，匯集后輸送至集液池，然后輸送至水冶廠。在水冶廠，浸出液經(jīng)過吸附、淋洗、沉淀、壓濾，最終得到鈾產(chǎn)品。地浸采鈾工藝流程如圖1所示。

圖1 地浸采鈾工藝流程示意圖

地浸采鈾礦山中氡是主要的氣態(tài)放射性污染物[5]。礦層中由鐳衰變產(chǎn)生的氡溶解到浸出液中，并與浸出液一起抽出到地面。由于地表壓力降低，氡在浸出液中的溶解度減小，氡會從溶液與空氣的接觸部位釋放到空氣中?？諝庵须奔捌渥芋w產(chǎn)生一定的外照射，同時也可能被周圍人員吸入而產(chǎn)生內(nèi)照射，進而導(dǎo)致產(chǎn)生放射性危害。

2 氡濃度分布調(diào)查

為了研究地浸鈾礦廠區(qū)內(nèi)空氣中氡的分布情況，尋找氡濃度分布規(guī)律，進而提出有效的控氡措施，為鈾礦冶輻射安全監(jiān)管工作提供科學(xué)依據(jù)，2018年9—10月，課題組選取3座(TL鈾礦、NG鈾礦和BL鈾礦)控氡措施不同的鈾礦山，對其廠區(qū)內(nèi)集液池、蒸發(fā)池、集控室、水冶廠房等重點設(shè)施周圍空氣中的氡濃度進行了布點監(jiān)測。

使用AlphaGUARD PQ2000 PRO型測氡儀，采用脈沖電離室法、主動式采樣方法進行測量。測量10～20 min出具1個數(shù)值，在每個監(jiān)測點位測量3～5個數(shù)值進行區(qū)間計數(shù)?？諝庵须睗舛仁芴鞖鈼l件、通風條件等因素的影響較大，因此選取微風天氣以及廠房通風條件正常的情況進行測量，測量結(jié)果見表1～3。根據(jù)測量結(jié)果繪制氡濃度分布圖，如圖2～4所示。

表1 TL鈾礦空氣中氡活度濃度測量結(jié)果

表1(續(xù))

表2 NG鈾礦空氣中氡活度濃度測量結(jié)果

表3 BL鈾礦空氣中氡活度濃度測量結(jié)果

圖2 TL鈾礦空氣中氡活度濃度分布示意圖

圖3 NG鈾礦空氣中氡活度濃度分布示意圖

圖4 BL鈾礦空氣中氡活度濃度分布示意圖

從以上監(jiān)測結(jié)果可看出，幾個主要氡析出場所中，集液池氡活度濃度最高，水冶廠車間內(nèi)部空氣中氡活度濃度普遍比外環(huán)境高，蒸發(fā)池附近氡活度濃度較低。

為了預(yù)防和控制空氣氡污染，實踐中可以采取密閉、隔離與通風等措施[6]，包括：集液池在封閉的車間內(nèi)運行，浸出液處理車間與過濾、反滲透工藝隔離等[7]。

由于3座地浸鈾礦建造時期的技術(shù)水平不同，TL鈾礦的集液池密閉程度較低[8]，受浸出液析出氡的影響，集液池下風向空氣中氡活度濃度最高，最大值在一期集液池下風向5 m處，達到了772 Bq/m3，已達到《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》(GB 18871—2002)附錄H中規(guī)定的“宜考慮采取補救行動的水平(500 Bq/m3)”。

NG鈾礦采用全閉路循環(huán)系統(tǒng)，沒有傳統(tǒng)意義上的集液池，采用密閉的集液罐，浸出液在封閉系統(tǒng)內(nèi)流動，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(nèi)[9]，析出的氡難以向外環(huán)境擴散，各個監(jiān)測點位氡活度濃度水平均較低。但在查看工作人員年個人劑量時發(fā)現(xiàn)，水冶廠巡查、分析人員的年個人劑量值(3.9 mSv/a)雖然低于管理限值，但是已明顯超過其他崗位人員的年個人劑量值(<2.9 mSv/a)。

BL鈾礦也采用全閉路循環(huán)系統(tǒng)[10]，通風情況良好，各個監(jiān)測點位氡活度濃度水平較低，氡活度濃度最高點在集液池廠房下風向5 m處，為154 Bq/m3，遠低于《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》(GB 18871—2002)附錄H中規(guī)定的“宜考慮采取補救行動的水平(500 Bq/m3)”。由于各車間自動化程度比較高，巡查、檢修工作量相對較小，工作人員年個人劑量值也處于較低水平。

3 密閉改造對氡活度濃度的影響

針對2018年9月集液池氡活度濃度測量結(jié)果較高的情況，TL鈾礦對密閉程度較低的集液池棚進行改造處理，增加密閉性，以便減少集液池內(nèi)浸出液析出的氡向外界釋放。改造完成后，2019年3月，課題組監(jiān)測人員在一期、二期集液池周邊進行氡活度濃度監(jiān)測，此次采用的測量方法和測量儀器與在進行氡濃度調(diào)查時一致。監(jiān)測時選取微風天氣，在下風向由遠至近依次測量，測量結(jié)果見表4。

表4 TL鈾礦集液池第一次密閉改造后氡活度濃度測量結(jié)果

監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一期集液池下風向(西北側(cè))5 m處的氡活度濃度達到了1 480 Bq/m3，高于處理前水平。為了查找原因，課題組監(jiān)測人員在現(xiàn)場進行仔細檢查，發(fā)現(xiàn)集液池棚墻體有縫隙。通過儀器再次檢測發(fā)現(xiàn)，集液池棚內(nèi)部空氣中的氡通過該縫隙向外環(huán)境釋放，集液池棚的處理沒有達到預(yù)期密閉效果。

為此，再次對TL鈾礦集液池棚進行改造處理，填補縫隙，強化密閉效果。改造完成后，2019年9月，課題組監(jiān)測人員再次進行氡活度濃度測量，測量結(jié)果見表5。

表5 TL鈾礦集液池第二次密閉改造后氡活度濃度測量結(jié)果

從表5可看出，TL鈾礦第二次密閉化處理后，下風向空氣中氡活度濃度仍然沒有降低，在一期集液池下風向5 m處達到了2 240 Bq/m3。經(jīng)現(xiàn)場檢查，集液池棚墻體無明顯縫隙；但在浸出液輸送管道與墻體連接位置附近發(fā)現(xiàn)存在縫隙，氡通過該縫隙向外環(huán)境釋放。

在集液池內(nèi)，浸出液內(nèi)部的氡向空氣中析出，氡在棚內(nèi)大量富集，濃度達到極高的水平。集液池密閉程度與空氣中氡活度濃度呈負相關(guān)，簡單的棚化、填補縫隙難以達到理想的完全密閉狀態(tài)，氡從縫隙向外環(huán)境釋放，造成一定區(qū)域內(nèi)空氣中氡濃度異常升高。

由于氡是氣體，容易擴散，隨著與集液池距離的增加，氡濃度值迅速降低。在集液池現(xiàn)有密封程度下，幾次監(jiān)測結(jié)果中集液池下風向15 m處，氡活度濃度測量結(jié)果均低于500 Bq/m3。

4 隔離和通風改造對氡活度濃度的影響

針對NG鈾礦巡查、分析人員的年個人劑量值明顯高于其他工作人員的情況，2018年10月，課題組開展了現(xiàn)場調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然NG鈾礦采用全閉路循環(huán)系統(tǒng)，集液池為密閉罐結(jié)構(gòu)；但集液池所在的水處理間與水冶廠分析室之間只隔一堵墻，為了觀察方便，這堵墻上設(shè)置了一面可推拉的窗，集液池釋放的氡進入分析室。夜間，為了保暖，工作人員把平時打開的通風門關(guān)閉，造成通風下降，巡查、分析人員受到氡輻射影響，造成個人劑量值增加。課題組監(jiān)測人員在早上通風前后開展氡活度濃度對比監(jiān)測，結(jié)果相差很大，驗證了調(diào)查結(jié)論。測量結(jié)果見表6。

表6 NG鈾礦水冶廠通風前后氡活度濃度測量結(jié)果

針對上述情況，NG鈾礦進行改造，將水冶廠分析室的推拉窗進行封閉隔離，并將水冶廠的東、西、東北的通風門加大，同時改為常開設(shè)置，保證24 h通風并加大了晝夜通風量。改造完成后，2019年11月進行監(jiān)測，氡活度濃度水平大大降低，測量結(jié)果見表7。

表7 NG鈾礦水冶廠隔離和通風改造后氡活度濃度測量結(jié)果

從表6～7可看出，盡管全閉路循環(huán)系統(tǒng)的密封效果較好；但是內(nèi)部的氡仍然有少量可以擴散到管道外，并在廠房內(nèi)富集，造成空氣中氡濃度升高。保持水冶廠良好的通風，可以及時將廠房內(nèi)部空氣中可能存在的氡排放到外界大氣，避免車間內(nèi)氡的富集，減少工作人員的氡輻射危害。

5 結(jié)論

集液池析出的氡是原地浸出采軸礦山輻射污染的主要來源。對集液池進行簡單的棚化、填補縫隙難以達到理想的完全密閉狀態(tài)；但隨著距離的增加，氡濃度降低，可以通過增加安全距離實現(xiàn)防護。

對采用全閉路循環(huán)系統(tǒng)的鈾礦，在通風良好的情況下，氡濃度監(jiān)測結(jié)果較低；但在通風不暢的情況下，需對工作人員常去的場所進行隔離，同時加強通風，提升車間通風換氣量，可以確保氡濃度處在一個較低的水平。