宁夏卫宁北山地区矿山放射性水平研究

毛有明， 田少冲， 魏建成， 石慧泽

(宁夏回族自治区 核工业地质勘查院，宁夏 银川 750021)

自然界中很多矿产资源是与天然放射性核素共生的，当矿物中的放射性物质达到一定比例时，就是含有较高水平天然放射性核素浓度的非铀矿，又叫伴生放射性矿，伴生放射性矿在开发利用过程中对周围地区甚至更远地区的环境都容易造成严重的放射性污染。

卫宁北山位于宁夏中西部中卫市和中宁县以北，北接阿拉善微陆块,东邻鄂尔多斯地块西缘,属构造活动带与稳定地块交接部,出露的地层主要为古生界及新生界盖层。区域变质作用不发育,岩浆岩活动微弱,断裂构造十分发育。经过多年地质工作，卫宁北山发现了煤矿，若干处以金、铅、银、铜、铁等为主的小型矿床，以及一系列金属矿点[1]，是宁夏金属矿产勘查及产出的最重要的地区之一。

1 伴生放射性矿开发利用中产生的辐射影响

各类矿产资源在开采利用过程中，除去含所需的矿物成分之外，可能还伴生有高于规定水平的天然放射性物质，并且在现实生活中，人们对具有较高放射性核素的了解认知不足，且矿山企业对自身矿区的放射性环境也不甚了解，因此对具有较高放射性的矿区进行矿产开发时，伴生的放射性核素及其衰变子体经过转化扩散到大气、水体、土壤等人居环境中，从而可能会对周边居民及环境产生一定的辐射影响[2]。其辐射危害主要通过三种方式对人居环境产生影响，包括固体物质放射性危害、废水放射性危害及气载放射性危害等。

1.1 固体物质放射性污染

若矿山放射性水平较高，矿山开发利用过程中会产生大量的矿石及固体废弃物，其伴生的铀、钍、镭等天然放射性核素会对从业人员及周边活动人员产生较高的内外照射剂量；矿石及废渣石等由于数量巨大，一般都未经处理直接堆积于地表，对矿区及周边环境造成危害。若其产品、废渣等被再次利用于建筑材料添加剂等，会对居民进一步增加外照射有效剂量。

1.2 废水放射性污染

矿山开采过程及洗选的过程中会产生大量的废水，尾矿库及废石堆等受到降水淋滤等作用，也会产生大量废水，放射性核素可能随之转移，废水流入受纳水体或者下渗至地下水，会提升水体及地下水的天然放射性核素浓度，也会随着地下水径流扩散，导致污染范围的加大，最终随着居民的饮用进入体内，造成严重的内照射增加。

1.3 气载放射性污染

在矿山开发利用过程中，含氡及其子体的空气被吸入人体之后，大部分沉积于上呼吸道和支气管中，并在很短时间内将α粒子的全部潜在能量释放出来，对人体造成放射性危害。工作人员长期吸入含氡及其子体的空气会引起肺癌[3]。其放射性污染对井下工作或其他高放射性密闭空间内工作的工人危害最为严重。

2 区域环境辐射水平现状

通过对中卫市及卫宁北山地区的土层及水泥地进行区域环境γ辐射剂量率本底、土壤氡浓度和空气氡浓度水平调查，结果显示，卫宁北山所在的中卫市、石空镇工业园区及镇罗工业园区的地表γ辐射剂量率均较低，处于正常的本底水平附近(见表1)。

表1 中卫地区地表γ辐射剂量率环境本底Table 1 Environmental background of surface gamma radiationdose rate in Zhongwei area

中卫市整体天然辐射水平较低，为工作生活安全区，没有偏高现象。

3 研究区矿山辐射水平分析

本次研究共对卫宁北山地区15个矿山开展了放射性污染水平检测，包括煤矿、铁矿、石英岩矿及石灰岩矿，这些矿种在中卫市分布较多，这几类矿种的产品及废渣等应用范围广，深入人类生活的各个环节，因此对这15家矿山企业开展了详细调查。

3.1 γ辐射剂量率检测结果

地表环境所受到的环境外照射主要包括环境地表γ辐射和宇生射线照射，总体来讲宇生射线产生的辐射照射剂量率随纬度及海拔高度变化而变化，在局部地区，一般比较稳定，因此局部地区检测得到的环境地表γ辐射剂量率水平，基本可以反映环境外照射水平[4]。矿山企业矿区的γ辐射剂量率主要来自于矿物和废渣的γ核素，通过对矿山的环境地表γ辐射剂量率现场检测，结果见表2。

通过与中卫市环境γ辐射剂量率本底值的对比，有5个矿山的矿区地表γ辐射剂量率与当地环境本底处于相近水平，其余10个矿山地表γ辐射剂量率均超过当地环境本底水平50 nGy/h，其中中卫北山铁矿1-3区块，甘塘一采区建筑石料用砂岩矿的环境γ辐射剂量率水平明显高于当地环境本底150 nGy/h以上。

根据全国环境天然贯穿辐射水平调查研究(1983—1990)，环境外照射电离辐射是对人体健康产生危害影响的重要因素，年有效剂量当量(AED)是评价环境放射性核素辐射水平的一个重要指标。依据《环境地表γ辐射剂量率测定规范》(GB 14583—93)，环境地表γ辐射剂量率可以估算得到环境放射性辐射水平对当地居民产生的年有效剂量当量值。其计算公式为 ：

He=Dγ×K×t×10-6

式中：He为有效剂量当量，mSv；Dγ为环境地表γ辐射剂量率，nGy/h；K表示有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值，标准中采用0.7 Sv/Gy；t表示人员在环境中的停留时间，h。

本次研究中，外照射主要考虑矿山所导致的γ辐射，其职业照射剂量当量限值计算时采用国际推荐年工时数(2 000 h/a)；公众照射采用年照射时数8 760 h，取室外居留因子0.2，计算人群所受γ辐射有效剂量见表2。

表2 各矿区地表γ辐射剂量率测量及所致有效剂量当量Table 2 Measurement of surface γ radiation dose rate andeffective dose equivalent

注：标记“超”字样的为平均值—环境本底值≥50 nGy/h。

从结果来看，各个矿区地表γ辐射剂量率所致的职业、公众有效剂量当量均为超过年剂量约束值水平。

3.2 空气氡浓度检测结果

矿山企业工作场所空气中放射性核素水平直接影响在矿山工作生活工人们的健康状况。根据联合国原子辐射效应科学委员会的研究，氡及其短寿命子体衰变所产生的α潜能是造成人体呼吸系统疾病及肺癌的主要诱因[5]，因此在矿区内生活区及生产区进行了空气氡浓度检测，结果见表3。

表3 各矿区空气氡浓度检测结果Table 3 Detection results of radon concentration in the air of each mining area

依据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB 18871—2002)的要求，检验的工作场所中空气氡浓度的行动水平(必须采取防氡行动的值)为500～1 000 Bq/m3，调查的各个矿区均没有超过相应的行动水平最低值，处于安全水平。

3.3 采样天然放射性核素检测结果

本次研究选取了5个矿区作为取样区，其中北山铁矿1-3区块是废弃矿场，遗留有数堆废弃渣石，无法确定是否属于铁矿石，采样深度均为10 cm，在10 m×10 m范围内采用梅花型布点混合采样方式进行，送实验室分析结果见表3。

依据实验室化验结果，调查取样的5个矿区均位于中卫市，各个矿区之间的238U、226Ra、232Th、40K比活度差异较大，同一地区同一矿种的差异也较明显。整体上5个矿区的238U、226Ra、232Th、40K均超过了中卫市土壤放射性核素的平均水平，但是都低于公众辐射剂量限值，中卫常乐镇第二煤矿的煤及基岩的226Ra含量均超过了限值要求。

根据《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)方法，若调查矿区产品或废渣等需要添加进建筑材料，其天然放射性核素226Ra、232Th、40K的放射性比活度应同时满足IRa≤1.0和Ir≤1.3，计算公式分别为[6]:

IRa=CRa/200

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

式中：IRa为内照射指数；Ir为外照射指数；CRa、CTh、CK分别为材料中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性活度，单位为贝克每千克(Bq/kg)。

经过对内外照射指数的计算，其结果见表4。

表4 矿区样品238U、226Ra、232Th、40K比活度检测结果及内外照射结果Table 4 Specific activity test results and internal and external irradiationresults of 238U, 226Ra, 232Th and 40K samples from the mining area

注：依据宁夏回族自治区地质矿产中心实验室2018K148号检测报告；中卫市土壤本底水平参照《宁夏回族自治区天然放射性本底现状研究》。

从结果来看，甘塘一采区、北山铁矿、石空镇煤矿、白土岗子石料厂的废渣、石料或煤矸石等可以用于添加到建筑材料中，常乐镇第二煤矿的煤及煤矸石超过了规范限值，不能添加到建筑材料中做辅材，比如空心砖、水泥等的制作中。

4 结论

针对卫宁北山地区15个矿山的环境放射性水平研究发现，总体上该地区矿山地表伽玛辐射剂量率水平明显高于当地环境本底，其中中卫北山铁矿1-3区块及甘塘一采区建筑石料用砂岩矿的环境γ辐射剂量率水平高于当地环境本底150 nGy/h以上，属于国家伴生放射性矿详查范畴，应作为重点监测对象；常乐镇第二煤矿的煤及煤矸石的放射性核素含量水平较高，超过了规范限值，应加强对该矿的辐射监管，其产品及废渣石不得用作建筑材料辅料。