铀尾矿库的辐射安全及事故预防对策

引言
随着原子能事业的发展 , 核电的发展更为迅 速 , 截止 2000 年底 , 世界运行的核电机组达 440 套 , 总装机容量达 353 GW 。 预计到 2010 年 , 核 电总装机容量将达到 364 . 6 GW , 届时核电的发
[ 1] 电量将占总发电量的 25 % 。 因此 , 对铀矿冶产 品的需求量将不断增大 , 相应的铀尾矿量也必将
图 1 氡他事故时 , 可 造成大量铀尾矿浆流入环境 , 会导致大面积农田 、 池塘 、 水源等环境的放射性污染 , 致使辐射环境本 底增高 , 给环境公众群体造成不应有的剂量负担 。 并且由尾矿沙淹埋污染的农田 、鱼塘及居住区难 于彻底去除 , 会长期造成危害 。 同时铀尾矿中还会存在大量非放射性有害化 学物质和重金属 , 如 : Mn 、 Cd 、 As 、 SO4 及 有机毒物等 。 它们都会直接造成环境污染 , 危及 和破坏周围农牧鱼业和损害人体健康 , 并且这种 污染难以清除和治理 。 可见 , 铀尾矿库辐射安全事故对环境的影响 及危害是严重的 , 因此必须要做好铀尾矿库的安 全管理和事故预防工作 。
[ 5] 库事故总数 69 % ( 详见表 1) 。 铀尾矿库事故也
与日剧增 。 目前 , 世界各地共堆存铀尾矿量达数 百亿 t 。 大的铀尾矿库可储存数千万 t 计的铀尾 矿渣 , 小的也将 储存数十至数百万 t 。 铀尾矿库 是核燃料生产系统中储存放射性废物数量最庞大 的场所 。 由于尾矿中含有铀 、镭 、 钍等十多种天然 放射性核素 , 其镭等核素的含量几乎都在原矿含 量的 98 %以上 , 且核素寿命在 1 000 a 以上的约 占 30 %, 同时还含有大量非放射 性有毒 、有害物 质 , 所以铀尾矿库将长久对 环境造成潜在影响 。 其安全问题和辐射环境问题都十分突出 。 因此 , 铀尾矿库的安全与否 , 直接关系到尾矿库周围的 环境质量状况及附近居民的安全和健康 。 美国曾于 1959 年到 1979 年的 20 a 间 , 共发 生铀尾矿事故 12 起[ 2] , 造成了环境污染的严重后 果 。 其他产铀国也不同程度地发生过类似的辐射 污染事故 。 我国的铀尾矿库虽然没有发生过大的 事故 , 但是 , 也存在一定隐患和问题 。 从 《三十年 辐射环境质量评价》 可知 , 铀矿冶系统放射性核素 对周围公众照射的集体剂量约占核燃料系统总集 体剂量的 91 . 5 %。 铀尾矿库析出的氡的贡献约 占铀矿冶系统的 1/ 4
DO I : 10 . 13426 / j. cnki . yky . 2002 . 04 . 009
第 21 卷 4 期 2002 年 11 月
铀 矿 冶 URANIUM M IN ING AND MET ALL URGY
Vol . 21 No . 4 Nov . 2002
铀尾矿库的辐射安全及事故预防对策
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是如此 , 如美国发生的 12 起铀尾矿库事故中 , 出 现洪水漫顶和坝基本身原因的约占 58 %, 尾矿输 [ 2] 送方面的事故占 25 % 。
表 1 尾矿库事 故发生率统计表
事故原因 发生率/ % 洪水漫顶 28 基础渗漏 22 坝体渗漏 19 溢洪工程 其他 16 15
。 可见铀尾矿库安全对公
表 2 铀尾矿粒 级分布
粒级/ 目 >40 <40 ～ >200 <200 质量分数/ % 酸法水冶 <15 45 ～ 60 25 ～ 40 碱法水冶 <10 20 ～ 40 60 ～ 70
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民经济造成灾难性损失 。 2)由于铀尾矿库储存的尾矿中含有大量放 射性核素 , 其质量分数相当于原矿中镭等放射性 核素的 98 %以上 , 并且 约有 30 %为极长 寿命核 素 , 所以铀尾矿库是一个长久作用于环境的潜在 的放射性污染源 。 尾矿库中尾矿砂的铀质量分数 为( 80 ～ 300) ×10 ; Ra 的比活度在 8 510 ～ 55 500 Bq/ kg 之间 ; 总 α比活度 4 100 ～ 92 500 Bq/ kg 之间 。 尾矿 库滩 面的 氡析 出 率在 1 . 65 ～ 26 . 5 Bq/ ( m ·s) 之间 ; 尾矿库区范围内大气中氡 析出率与尾矿坝距离呈幂函数关系 , 见图 1 。γ 辐 射吸收剂量率为( 162 ～ 850) ×10 -8 Gy / h , 以上各 项指标均比天然本底高数十倍至数百倍 。 因此 , 在雨水浸蚀 、 冲刷作用下 , 可造成放射性核素及其 他有害物质迁移和扩散 。 在大风作用下可造成尾 矿粉尘飞扬 , 致使环境受到污染 。
众和环境的影响是至关重要的 。 为了总结经验教 训 , 防止铀尾矿库安全事故的发生 , 必须加强对铀 尾矿库的科学管理 , 采取有效的预防对策 , 以确保 尾矿库的安全 。
1 铀尾矿库辐射安全事故特点及其危害
1. 1 尾矿库安全事故类型 由于尾矿库是一个人造的具有高势能的泥石 流形成区和重大危险源 , 在人为控制不善或某些 自然灾害条件下 , 即有可能发生尾矿库溃坝和尾 矿沙泄露等事故 , 对下游地区人民生命 、 财产造成 巨大危害 。 世界上许多发达国家也发生过尾矿库 事故的危害 , 据美国克拉克大学公害评定小组的 研究表明 , 世界上各种重大灾害中 , 尾矿库事故仅 次于 地震 、洪 水 、氢 弹爆 炸等 灾害 而居 于 第 18 位[ 4] 。 因此 , 制定一系 列的法律 和规章 , 加强对 尾矿库的安全管理是十分必要的 。 按事故原因和性质铀尾矿库安全事故可分为 五大类 : 洪水漫顶 ; 基础或坝体渗漏 ; 溢洪工程和 其他 。 据有关资料报道 , 尾矿库事故以洪水漫顶 和基础渗漏破坏 , 以及坝体渗漏者居多 , 占尾矿
收稿日期 :2001 10 15 作者简介 : 潘英杰( 1940 —), 男 , 山东黄县人 , 研究员级高级工程师 , 长期从事 辐射防护 , 安防管 理工作 , 现为所在 公 司副总工程师 。
第 4 期 潘英杰 : 铀尾矿库的辐射安全及事故预防对策 1. 2 铀尾矿库事故原因分析 1)我国铀尾矿库的初期坝多为土坝 。 据有 关资料分析 , 一般的土坝发生事故几率较高 。 由 于土坝渗水性较差 , 仅靠排水棱体导渗 , 在雨季暴 雨洪水季节 , 若管理不善 , 泄洪不及时 , 可造成库 内水位升高 , 使坝体浸润线抬高 , 致使整个坝体饱 和 。 甚至使初期坝下游坝坡发生沼泽化或渗透破 坏 , 以至形成管涌等 , 造成垮坝事故的发生 。 2)我国铀水冶尾矿粒度一般较细小 , 粒度小 于 40 目的质量分数在 85 %以上( 详见表 2) 。库 内沉积铀尾矿砂的干密度为 0 . 5～ 0 . 8 t/ m 3 。 如 此细小的铀尾矿砂经过石灰乳中和后 , 其尾矿质 量分数一般在 10 %～ 25 % , 粗沙及细泥极易离 析 。 离析后的尾矿细泥堆密度更小 , 其沉积体渗 透性更差 , 且不易固结和难以沉降 , 致使铀尾矿库 的稳定性及安全性受到影响 。 若要使尾矿不发生 离析 , 必须将其浓缩到 w ( 固) 达 40 %～ 60 %
潘英杰
( 中国核工业集团公司金 原铀业有限责任公司 , 北京 100822) 摘要 :分析了铀尾矿库辐射安全事故的特点及其危害 , 提 出了铀尾矿库安全管理和事故预防的对策 。 关键词 : 铀尾矿库 ;辐射安全 ; 事故预防 2002) 04 0200 05 中图分类号 : T L 752 . 2 文献标识码 :C 文章编号 :1000 8063(
2 铀尾矿库安全管理及事故预防
根据上述分析得知 , 在尾矿库的选址 、设计 、 施工 、 运行 、退役的各个阶段和环节 , 都要加强管 理 , 严格制度 , 制定切实可行的质量保证大纲 , 方 能确保尾矿的安全 。 2. 1 强化铀尾矿库的勘察设计和施工建设的质 量保证 尾矿库勘察设计和施工建设的良好质量是保 证尾矿库安全的重要基础 , 因此必须做好下列工 作。 1) 尾 矿库 选址 、勘 察 、设 计必 须执 行 《 EJ/ T 794 — 93 铀水冶厂尾矿库安全设计规定》 。 根据 铀尾矿库工程所在地实际情况 , 以及铀尾矿库的 特殊要求 , 加强基础工作 , 严格执行国家有关规定 和基建程序 , 各个阶段的设计方案必须经过充分 的技术论证 , 并取得各主管部门的批复 。 同时还 要编制相应的环评报告 , 并取得批复 。 2)尾矿库的施工单位必须具备相应的资质 , 并要严格按设计文件规定的技术要求进行施工 。 在各种器材 、 材料采购及施工等全过程 , 都要由有 监理资质的单位进行施工监理 , 以保证施工质量 。 工程竣工后 , 应由工程竣工验收委员会 , 严格按验 收条件逐项进行验收 , 并履行必要的手续 。 全部 资料 、 图纸 、 变更文件等要完整归档备查 。 2. 2 加强铀尾矿库运行的安全管理 尾矿库运行过程的正确操作是确保尾矿库安 全的重要措施 。 因此尾矿库的运行与管理 , 必须 严格执行《EJ725 -92 铀水冶厂尾矿设施运行安 全管理规定》 , 并着重做好以下几项工作 。 1)根据生产实际情况和尾矿库调洪能力 , 科 学、 合理地编制尾矿排放实施计划 , 使尾矿砂在库 内能按设计要求堆放 。 2)为保证尾矿子坝在堆筑过程中能形成均 匀的坝体和沉积滩 , 必须严格按尾矿浆的输送 、 排 放 、堆坝操作程序进行 : ① 尽可能采取多点排放 以降低排放流速和流量 , 提高尾矿沙的沉积速度 , 缩短堆坝周期 ; ② 尽可能使子坝坝面均匀上升 , 使整个冲积滩结构均匀 , 避免排放点间形成稀泥 区; ③ 放矿支管的长短应合适 , 防止冲击子坝内 坡和形成稀泥窝 ; ④ 必要时应采用机械夯实和碾 压 , 提高初期坝的物理力学性能 。 3)及时构筑堆积体坝面及坝坡与两岸交接
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。
3)因为坝体内的排水构筑物( 如泄洪井 、排 水管 、 排水斜槽等) 结构断裂 、破损 、 堵塞等安全事 故 , 会造成泄洪不畅 , 库内水位升高 , 坝体安全系 数降低 , 引发垮坝 。 由初期坝和排水问题而引发 [ 5] 尾矿库溃坝的事故发生率可达 69 . 1% 。 4)我国铀尾矿库多采用上游法堆坝 , 而上游 法堆坝的动力稳定性相对较差 , 加上维护管理不 善 , 特别是某些尾矿坝的堆积边坡坡度过陡 , 常会 发生径流冲刷下游坡面 , 形成事故隐患 , 甚至造成 边坡坍塌 , 以至酿成严重后果 。 5)由于地震或大爆破振动等原因 , 均可引起 边坡过陡尾矿坝的破坏 , 严重时还可引发尾矿库 事故 。 1. 3 铀尾矿库辐射安全事故对环境的影响及主 要危害 1)铀尾矿库可能会导致库坝下游房舍 、村庄 等设施被毁 , 大片农田 、 池塘被淹没 , 河道被堵塞 、 淤积等等 , 给广大公众生命 、 财产和国防建设 、 国
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铀 矿 冶 第 21 卷 处的排水沟 , 防止水流冲刷 。 4)按设计要求随时封堵排洪孔或溢洪井 , 以 保证尾矿库内有足够的废水澄清距离 , 防止跑浑 , 减少尾矿水中固体颗粒物外泄 。 5)尽可能控制各种外来水流入库内 。 加强 维护保证泄洪井 、 管的畅通和排水棱体有效 , 以有 效控制库内水位 , 保证坝体有足够的安全超高 , 即 一般一级库不应小于 1 . 5 m , 二级库不应小于 0 . 7 m[ 7 , 8] 。 从而防止坝体浸润线抬高和洪水漫顶 。 6)加强对初期坝和子坝外坡面的维护和保 养 , 必要时应覆土植被护坡 , 防止家畜和野生动物 破坏坝坡和草皮 , 保证坝体安全和稳定 。 7)必要时可在坝脚处加设反滤层褥垫或修 筑盲沟排渗 , 或采取其他人工截渗 、 排渗措施等 。 8)有效控制尾矿渗水 , 筑好截渗沟 , 及时将 渗水返回库内 , 防止污水乱流 , 污染环境 。 9)根据具体情况 , 在雨季 、洪水时期 , 要加强 对尾矿库的巡视 , 做到及时发现问题及时解决问 题 , 特别要及时加固不良坝段 , 提高坝体安全稳定 性。 10)创造条件 , 尽可能开展浓缩法堆坝的试 验和应用 。 该法不仅可以大大减少尾矿浆体积 , 同时还可以使沉积尾矿颗粒级配基本不变 , 减少 尾矿离析现象发生 , 提高沉积尾矿密度( w( 固) 达 40 %～ 60 % ) 和抗剪强度 , 增强尾矿堆的积坝安全 [ 6] 稳定性 。 2. 3 建立严格的尾矿库安全管理制度 管理制度是保证尾矿库安全的重要条件 。 1)建立对尾矿坝的安全检查 、 观测制度 。 定 期对坝体浸润线 、 渗漏点水质 、 水量进行观测并做 好记录 。 如发现坝体有沉陷 、隆起 、 管涌 、 滑坡 、 开 裂等异常现象和可疑情况 , 应立即采取紧急措施 , 杜绝事态的发生 。 2)建 立对尾矿 库防洪 、排洪设 施的 检查制 度 。 定期和不定期检查进出水口 、闸门 、 溢洪道是 否通畅 。 如发现淤塞或破损 , 应立即加以疏通和 修复 , 使其处于良好状态 。 特别在汛期更要加强 对库 坝的巡视和警戒 , 密切 注视库内水位变化 。 根据库容和汇水面积 , 排洪能力 , 研究制定各种应 急措施 。 3)建立对尾矿库周围环境的辐射监测和对 各种有害物监测的制度 , 以便及时发现放射性核 素及其他有毒 、有害物质是否有迁移和扩散等情