磷矿开采中放射性核素迁移富集规律及环境效应

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近年来,随着农业和科技的快速发展,磷矿资源的开采量逐年攀升,由此引发的矿山环境问题日益突出,尤其是放射性环境影响问题,更是引起了世界各国的高度关注。本论文以开阳磷矿洋水矿区为研究对象,采用实地勘察和实验室分析相结合的方法,分析了矿区近地表环境介质土壤、水体及水系沉积物中放射性核素的含量特征及放射性核素在不同环境介质中的迁移富集规律。同时,对矿区陆地环境外照射水平进行了评价,探讨了放射性核素在典型地质剖面上的分布概况,在此基础上提出了磷矿开发利用过程中放射性核素污染防治与防护措施。主要获得以下成果和认识:(1)磷矿资源开采对矿区周围环境造成了一定程度放射性影响。研究区土壤中放射性核素钍的平均含量为11.34μg/g,铀的平均含量为4.59μg/g,钍和铀的含量均高于世界土壤中钍(9μg/g和铀(2μg/g)的平均含量及地壳丰度(铀:2.7μg/g,钍:9.6μg/g)值,同时也高于我国其他地区如湘江谷地、天津等地土壤中铀含量;洋水河河水中钍的浓度很低,平均只有0.0015ng/mL,几乎接近于0,而铀的浓度高于钍的浓度,平均为0.89ng/mL,低于我国河水中铀的平均浓度(1.66ng/mL),高于世界河水中铀的平均浓度(0.309ng/mL),同时也高于我国南方部分河水中铀的浓度。可见,磷矿资源采选过程对矿区水体造成一定程度放射性影响,尤其是核素铀较为明显,应引起相关部门的重视;洋水河水系沉积物中钍的平均含量为5.43μg/g,低于我国水系沉积物元素背景平均值(9.33μg/g),铀的平均含量为4.95μg/g,高于我国水系沉积物背景平均值(2.21μg/g)2.24倍,同时也高于石亭江、沱江、长江水系沉积物中铀的平均含量。(2)对同一环境体系不同环境介质之间放射性核素的含量和比值特征进行分析,结果表明,放射性核素铀的分布范围较广,在岩石、土壤、水体及水系沉积物中均有分布,并且在岩石、土壤和水系沉积物中分布与分配程度相当,在水体中的浓度相对较小;而钍则是从岩石中向外迁移而进入土壤和水系沉积物中并形成富集,而且,在土壤中的富集程度最高;在水体中,铀的富集程度远远高于钍的富集程度,钍在水体中几乎不形成富集,这就使得内生作用中紧密共生的铀和钍在表生环境中发生了分离,水体成为了放射性核素铀、钍分离的界质。(3)开阳磷矿洋水矿区陆地环境辐射安全评价结果表明:矿区土壤中放射性核素铀、钍、钾的平均含量分别为5.37×10-6、10.41×10-6、2.15%,均高于联合国原子辐射效应科委会(UNSCEAR)公布的土壤中放射性核素铀、钍、钾的平均含量(铀:2.0×10-6、钍:6.3×10-6、钾:1.2%)的2.67倍、1.65倍、1.8倍;矿区陆地环境1m高处的空气吸收剂量率为22.93(pGy/s),与全国平均空气吸收剂量率(22.64pGy/s)基本一致,略高于贵州省原野伽玛空气吸收剂量率本底值17.64pGy/s;居民平均年有效剂量为0.43mSv,低于世界平均年有效外部剂量限值0.46mSv,因此可以认为本区属于正常辐射水平地区;矿区内照射指数IRa为0.11<1.0,外照射指数Ir为0.38<1.3,矿区内外照射指数符合《建筑材料放射性核素限量》(GB6566—2001)对A类或B类装修材料的要求。(4)放射性核素在典型地质剖面上的变化情况表明:矿区内放射性核素含量异常点很少,没有形成高辐射场区,只有其中一条剖面上有一个异常点,初步推断为岩性不同所致。从整体来看,在所测剖面上放射性核素钍和钾的相关性较好,而钍和铀的相关性较差。总之,磷矿资源的采选活动对矿区环境造成了一定程度放射性影响,对水体的影响尤为明显,希望有关单位及部门加强防治与防护措施,降低或减少矿业活动对环境造成辐射影响。
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