贵州省开阳磷矿的富矿总量占全国磷资源富矿的35%, 全国五氧化二磷含量大于33%的富矿资源, 78%集中在开阳磷矿区。开阳磷矿的富矿资源是世界上少有、目前国内惟一不经选矿就可直接用于生产高浓度磷复肥的优质原料, 最宜生产磷铵等高浓度磷复肥。本次调查是在该磷矿区随机抽样3个地下磷矿, 对矿井进行氡气测量, 对磷矿石及周边的围岩、土壤进行放射性核素分析, 对井内及周边的饮用水进行总放射性分析, 对矿井内外的地表辐射进行测量, 并根据测量结果进行剂量估算。
1 测量仪器和方法 1.1 磷矿井下氡的测量方法测量仪器是美国DURRIDGE公司生产Rad7型测氡仪, 经南华大学氡测量室检定。在采矿工作面上进行即时测量, 在矿井进风口和出风口50m处采样进行测量, 并做好测量记录, 每个点测量时间为45min。
1.2 磷矿中天然放射性核素分析的测量方法在采磷矿的工作面上、磷矿堆场中采样必须至少采5个点以上样品混合均匀; 装入样品袋并密封。实验室处理, 用烤箱烘干, 粉碎磨细经80~100目过筛, 再烘干, 称样, 密封两周以上采用HPGeγ能谱仪(美国CANBERRA公司生产)和BH1224γ能谱仪(北京核仪器厂生产)进行测量分析。
磷矿中天然放射性核素分析的测定均在贵州省疾病预防控制中心γ能谱分析实验室进行, 该实验室的HPGe低本底γ谱仪性能稳定, 一直承担全省环境样品的γ谱测定, 与中国疾病预防控制中心辐安所组织全国比对, 结果都符合较好。
1.3 γ外照射水平使用BH3103AX-γ剂量率仪, 北京核仪器厂生产, 检定单位是中国测试技术研究院(成都), 在磷矿采掘面上和矿石堆场上进行γ外照射水平测量。
1.4 水样中总α、β放射性水平水样放射性分析主要分为矿井水和饮用水。矿井水是地表渗透下浸水, 由井内排水沟排出井外。饮用水是在矿区工作人员和当地居民饮用的山泉水。我们分别在矿井的两个工作面上和饮用水蓄水池出水口采集水样, 密封编号, 带回实验室进行总α、β放射性分析。
实验室分析是由北京核仪器厂生产的BH-1217C低本底放射性测量仪进行测量。
2 评价模式 2.1 磷矿氡的剂量评价模式一般对磷矿地下工作人员的职业照射评价应当包括四个方面, 即:氡及其子体所致的有效剂量, 钍射气及其子体所致的有效剂量, γ辐射产生的有效剂量, 铀镭系列长寿命α放射性气溶胶所致有效剂量。本次调查不考虑磷矿中钍射气及其子体浓度对职业照射评价的贡献; 对铀镭系列长寿命α放射性气溶胶所致有效剂量, 由于缺乏调查数据, 也暂不予考虑。
职业照射一般指实践活动产生的附加剂量, 但由于井下氡浓度不确定度较大, 因此在计算氡及其子体所致有效剂量并未扣除相关的“本底”, 其剂量计算的相关参数取自GB18871 -2002[2]; 计算γ辐射产生的有效剂量时则用室外平均贯穿辐射剂量率作为本底扣除。
(1) 氡及其子体所致的有效剂量H1(mSv)
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(1) |
式中:5—空气中单位氡子体照射量的有效剂量(mSv WLM); Cp, T—井下氡子体照射量(WLM);
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(2) |
式中:1.59×10-6—平衡当量氡浓度暴露量与工作水平月之间的转换系数[WLM(Bq·h·m-3)]; T—工作时数(h); CRn—井下氡浓度, (Bqm3); F—平衡因子, 无量纲, 取F=0.4。
(2) γ辐射产生的有效剂量H2(mSv)
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(3) |
式中:T—工作时数(h); Ẋ井下-井下外照射剂量率(mSv h); Ẋ—室外平均贯穿辐射剂量率(mSvh)。
(3) 平均个人剂量H(mSv)
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(4) |
用磷矿区的磷矿石、矿井围岩、土壤、矿井水以及矿区饮用水的天然放射性水平与相关国家标准和我省土壤及地表γ辐射天然放射性水平作对比评价。
3 测量结果与分析 3.1 对象剌竹坪(七九八主平垌)两岔河磷矿, 位于开阳县金中镇(方位), 2000年开始生产, 磷矿品位32%, 下磷磷矿, 年产量10万t, 磷矿工作人数200人, 其中井下工作人数80人, 工作面垂直深度15m, 自然通风, 机械采掘, 工作面宽3m, 高3.5m。该矿现有两个采掘工作面。
黄泥沟磷矿, 位于开阳县金中镇, 1985年开始生产, 磷矿品位30%, 下磷磷矿, 年产量15万t, 磷矿工作人数145人, 其中井下工作人数26人, 自然通风, 机械采掘, 工作面宽4m, 高3m。
茶山沟磷矿(七四0主平垌), 位于开阳县金中镇, 2000年开始生产, 磷矿品位32%, 下磷磷矿, 年产量8万t, 磷矿工作人数280人, 其中井下工作人数110人, 洞采层高为40m, 自然通风, 机械采掘, 工作面宽4.5m, 高3.5m。
3.2 磷矿天然放射性核素分析和γ外照射水平结果磷矿天然放射性核素分析[4, 5]和γ外照射水平结果见表 1; 磷矿氡浓度和水样放射性水平见表 2。
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表 1 磷矿放射性水平 |
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表 2 水样放射性水平(BqL) |
调查磷矿矿井下矿工的工作时间约为2400h[1]。根据(1)、(2)式, 计算了该磷矿井下工作人员由于吸入氡及其子体所致的有效剂量, 结果见表 3。
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表 3 氡及其子体所致剂量估算结果 |
此次分析的磷矿石中, 天然放射性核素226Ra高于周边土壤天然放射性水平, 平均值为222.6Bqkg, 最高值为372.3Bq kg, 但仍低于国家标准对磷矿石的放射性限量[6]; 该磷矿区的γ外照射为(7~18)×10-8Gyh, 平均值为12×10-8Gyh, 总体水平与贵州省γ天然辐射平均值13.3×10-8Gyh[3]接近。
由表 1可以得出, 磷矿中放射性核素226Ra含量明显高于土壤, 而232Th和40K放射性核素水平则低于土壤, 其中两岔河和茶山沟磷矿石中的40K则远低于土壤中40K的含量(1个数量级以上), 因此, 磷矿石的γ辐射水平主要来自于226Ra的贡献。磷矿表面γ辐射水平和我省土壤γ辐射水平基本接近, 井下矿石γ辐射水平与地面矿石堆场γ辐射水平也基本接近。故对于此次调查的磷矿, 在评价其井下工作人员的职业照射时, 可忽略γ外照射产生的附加剂量。
3个磷矿氡气调查研究结果显示, 该磷矿区氡浓度为105 ~246Bqm3, 井下氡子体平衡因子取0.4, 则各磷矿的平衡当量氡浓度分别为42~98.41Bqm3, 个人年平均剂量为1.21mSv a(0.8~1.88mSva)。该磷矿区氡浓度水平, 低于GB18871- 2002规定的考虑采取补救行动水平。
该磷矿区矿井水主要是地表渗透下浸水, 水样的总α、总β水平都符合卫生部饮用水卫生规范[7]要求。将矿井水和饮用水的结果进行皮尔逊相关性分析, 总α相关系数r=- 0.74399, P=0.4659>0.05;总β相关系数r=-0.72069, P= 0.4877>0.05;矿井水和饮用水的总放射性水平相关无显著性意义。表明该矿区矿井水的排放, 对周边的饮用水、河流以及环境不会造成放射性污染。
该磷矿区的磷矿中放射性核素226Ra含量均比文献[8, 9]提供的我省磷矿中226Ra平均含量高, 但仍低于GBT8921-1988 《磷肥放射性镭-226限量卫生标准》规定的限值, 故该矿区的磷矿石用于磷肥生产和施用是符合国家标准的。
| [1] |
ICRP Publication 65, Protection against radon-222 at home and at work[R], ICRP 1994.
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| [2] |
GB18871-2002, 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].
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| [3] |
中华人民共和国卫生部, 中国环境电离辐射水平及居民受照剂量(外照射部分)1986.
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| [4] |
GB11743-1989, 土壤中放射性核素的γ能谱分析法[S].
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| [5] |
GB11713-1989, 用半导体γ谱仪分析低比活度γ放射性样品的标准方法[S].
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| [6] |
GB8921-1988, 磷肥放射性镭-226限量卫生标准[S].
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| [7] |
中华人民共和国卫生部, 生活饮用水卫生规范[S], 2001.
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| [8] |
李秀兰. 山西省磷肥及磷矿石中226Ra含量及卫生学评价[J]. 中国辐射卫生, 1994, 3(2): 102-103. |
| [9] |
罗进. 浙江省磷肥中镭-226比活度及评价[J]. 中国辐射卫生, 1996, 5(2): 104-105. |