我国是世界上唯一能够大量供应各种不同品种、品级稀土产品的国家, 已成为世界上最大的稀土生产国和供应国。1998年, 我国稀土矿产品产量达到6.5万吨, 出口量达到4.5万吨, 在世界市场的占有率上升至70 % ^〔1〕。

离子吸附型稀土矿是我国南方特有的一种稀土矿物, 用它作原料生产的稀土富集物中, 普遍存在的²²⁷Ac是个重要的放射性核素。因为它是天然放射系锕铀系中²³⁵U的子体, 半衰期21.77年, 它有五个α子体, 在130天(射锕7个半衰期)可达99.2 %的平衡。由于²²⁷Ac主要衰变形式为β衰变, 能量很低(0.04MeV), 其α衰变分支比只有1.4 % ^〔2〕, 因此初期很难测到它。但放置一段时间, 随着子体的生长, 放射性明显增高, 会有成百倍的增长。研究表明, 离子吸附型稀土矿常与三个天然放射系(铀系、锕铀系和钍系)共存, ²²⁷Ac的出现, 必然与其母体²³⁵U密切相关^〔3〕。作为世界上最大的稀土生产国和供应国来说, 加强对我国特有的离子吸附型稀土矿的基础研究, 大力开展稀土资源的综合利用, 变废为宝, 环境保护综合治理, 走可持续发展的道路, 是大有文章可做的。

为此, 我们首先采集了福建、广西、江西等省离子吸附型稀土矿生产的富铕稀土富集物、富钇稀土富集物以及部分纯稀土氧化物, 分析测定了其中²²⁷Ac的含量。

1 仪器与方法 1.1 仪器 1.1.1 HP Ge—γ谱仪(CIAE—MMCA 8000), 中国原子能研究院研制。

探测效率为20 %, 能量分辨率为1.70keV, 峰康比为50。

1.1.2 7500C型柱体迭层式铅室, 中国原子能研究院提供。

铅料为存放多年的老铅, 内衬3mm铜和5mm有机玻璃, 内腔高为50cm, 直径为40cm, 壁厚11cm。50keV ~ 2MeV能量范围内积分本底计数为2.8S^-1。

1.1.3 标准物质, 由国防科工委放射性计量一级站提供。

用土壤作基质, 内含²³⁸U、²³²Th、²²⁶Ra、¹³⁷Cs、⁶⁰Co、⁴⁰K、等核素。

1.1.4 ϕ75 ×70塑料样品盒, 上海辐射环境监理所提供。 1.2 实验方法 1.2.1  

样品、标准源制备、测量:纯稀土氧化物、稀土富集物和标准物质分别在烘箱(105 ℃左右)烘干二小时, 在干燥器内冷却后, 装入样品盒中, 不时用压样板压实, 记下样品的净重和编号, 然后用石蜡和玻璃胶带密封, 间隔四个月, 前后作二次γ谱测定。

1.2.2  

全能峰探测效率的刻度:在与样品相同的测量条件下, 测量标准源, 获得92.8、238.6、609.3、661.6、1173.2、1332.0、1460.8keV全能峰探测效率, 经最小=乘法拟合后, 得到能量—效率刻度曲线。

1.2.3 计算方法详见文献^〔4〕 2 结果与讨论 2.1 实验结果列在表 1中。 2.2 讨论 2.2.1  

由表 1得出, 富钇稀土富集物²²⁷Ac/La₂O₃平均值是富铕稀土富集物的81倍, 而最大值12号样品达216倍。²²⁷Ac在化学性质上与La极为相似, 通常应紧伴随La, 但为什么此处却在富钇稀土富集物中得到更大的富集, 是值得关注的。

2.2.2  

由表 1中看到, 12号样品中²²⁷Ac含量为4231Bq/kg。²²⁷Ac是²³⁵U的子体, 且半衰期仅21.77年, 因此²²⁷Ac的存在与²³⁵U密切相关的。如果没有其它因素影响的话, 它们在地球上应保持放射性平衡, 即²²⁷Ac的放射性等于²³⁵U的放射性(如果母子体始终没有分开的话, 倘若由于种种原因, 母子体分开或部分分开, 由于²²⁷Ac的衰变、²²⁷Ac的放射性将小於²³⁵U的放射性, 分开的时间越长, 则差距越大)。

文献^〔5〕列出比活度的计算公式:

式中: A—原子量; T—半衰期、年。

按此公式计算

这里²³⁵U/²³⁸U活度比为4.64 %; 丰度比为0.719 %。如按母子体平衡计算, 4231Bq²²⁷Ac =4231Bq²³⁵U, 代入上式, 则4231Bq²³⁵U相当于7.47克U。如果²³⁵U/²³⁸U丰度比是常数0.719 %的话, 那么还相当于53.7毫克²³⁵U。所以理论计算表明, 1公斤富钇稀土富集物(12号样品), 至少曾伴随着7.47克U和53.7毫克²³⁵U。因此在稀土生产中应从环保出发, 考虑变废为宝, 设法回收这部分资源。有条件的话, 甚至可以监测一下²³⁵U/²³⁸U的比例, 这是很有意义的工作。因为上文^〔6〕中曾谈到, 离子吸附型稀土矿与Oklo矿在地质上有许多相似的地方。Oklo矿脉在寒武纪时代是非常普遍的, 在18亿年前, 天然铀中²³⁵U的含量为3.6 %, 由于具备了临界条件, 产生了Oklo天然反应堆。那么, 如果万一始终不具备临界条件的话, 则根据²³⁵U、²³⁸U各自衰变的结果, 理论上目前²³⁵U/²³⁸U有可能达到:

明显大于0.719 %, 所以很值得我们继续深入去探讨。

2.2.3  

从表 1中还看到, 编号13、14、15与16相比, 同为99.99 %的La₂O₃, 而²²⁷Ac含量却相差很大。这首先是原料, 其次是工艺问题, 16号是早期的产品。如果是北方包头氟碳铈镧矿生产的La₂O₃, 则²²⁷Ac含量一定更低甚至没有^〔4〕。99.9 %Nd₂O₃²²⁷Ac含量很低。由此看出, 加强稀土产品的放射性监测, 不断充实稀土产品的数据库, 对於稀土出口大国来说, 进一步提高在国际市场的竞争力是很有意义的。

致谢: 本工作承蒙跃龙厂总工程师王振华、高级工程师陆世鑫等大力支持和帮助, 提供许多宝贵意见, 在此表示衷心的感谢。