赤泥是氧化铝生产过程中的主要废物, 因含有大量氧化铁而呈现红色, 故称为赤泥。随着铝工业的发展, 赤泥的排放量日益增加, 目前全球每年排放赤泥约5 000万t, 我国每年排放约500万t^[1]。一般平均每生产1 t氧化铝, 就附带排放1.0 t~ 2.0 t的赤泥^[2], 作为工业废物的赤泥具有放射性和强碱性两个特点, 赤泥的大量堆积既占用了大量土地又严重污染环境。

工业矿渣中放射性核素含量要比天然建筑材料中放射性核素含量高许多, 工业矿渣作为建筑材料更容易造成公众室内附加照射剂量。为了评估赤泥处理厂生产过程中赤泥放射性对工人的影响以及以赤泥为原材料所生产的建材的放射性水平, 本次调查针对山东某赤泥处理厂堆坝、工作场所、办公室的γ剂量率, 赤泥及赤泥水泥中的放射性核素比活度进行了调查。

1 测量方法及质量保证 1.1 测量仪器

赤泥处理厂堆坝、工作场所、办公室的γ剂量率使用GH102A X-γ剂量率仪测量, 测量方法采用《环境地表γ辐射剂量率测定规范》(GB/T14583-93)。

样品的放射性核素测量使用HPGe低本底γ谱仪测量。检测依据《用半导体γ谱仪分析低比活度γ放射性样品的标准方法》。

1.2 质量保证

GH102A X-γ剂量率仪在近期做过刻度和比对, 保证其测量结果的可靠性。

样品的测量与分析由中国原子能科学研究院辐射安全研究所完成。该所的实验室已获得检测资质认证, 检测人员经考核上岗。HPGe低本底γ谱仪性能稳定, 测量结果与国防科工委放射性一级站多次比对, 结果均符合的很好。

1.3 调查布点及取样

本次对γ剂量率的调查分三个场所136个监测点, 其中在面积为300 m × 800 m, 厚度为15 m左右的赤泥堆坝顶部表面1 m高度处, 以10 m × 10 m的棋盘式布点测量; 在三个赤泥压滤车间, 每个车间在工人经常活动的位置选取7个点进行测量; 在三个办公室每个办公室选取四个方向和中间位置5个点进行监测; 测量时仪器离地面高度约为1 m。

分别对赤泥处理厂赤泥, A水泥厂的水泥熟料原材料赤泥、粉煤灰、高铁炉渣以及P.O42.5水泥、P.C32.5水泥进行取样, 每种样品随机取两份, 每份1 kg, 用样品袋保存好, 作好记录。

样品经100℃烘干至恒重, 压碎过筛(40~60目)称重后装入与刻度谱仪的体标准源相同体积和形状的样品盒中, 密封, 放置3~4周后测量。

2 结果与分析 2.1 山东某赤泥处理厂γ外照射产生的剂量率

山东某赤泥处理厂γ外照射产生的剂量率见表 1。从表 1可以看出, 赤泥堆坝顶部截面γ外照射剂量率平均值为0.15μGy·h^-1, 约为当地原野γ空气吸收剂量率平均值^[3]0.05μGy·h^-1的3倍; 压滤车间的γ外照射剂量率平均值为0.12μGy·h^-1, 略高于当地的室内γ空气吸收剂量率平均值; 办公室的γ外照射剂量率平均值为0.08μGy·h^-1, 与当地的室内γ空气吸收剂量率平均值相当。工人主要活动在车间、办公室, 其所受γ外照射剂量率接近本底水平。

2.2 赤泥及赤泥水泥的放射性比活度

A水泥厂自2004年开始使用氧化铝厂的赤泥作为水泥熟料原料生产水泥, 不同型号水泥配比方案及其各种原料的放射性比活度见表 2, 赤泥处理厂赤泥、A水泥厂水泥的放射性比活度见表 3。

从表 2中可以看出水泥的矿渣原材料中, 放射性比活度最高的为赤泥, 其次为粉煤灰, 再次为粒化高炉矿渣。

GB6566-2001给出了建材的内外、照射指数I_Ra、I_r的计算式^[4]:

其中I_Ra为内照射指数, C_Ra为建筑材料中天然放射性核素²²⁶Ra的放射性比活度, 单位为贝克/千克(Bq· kg^-1); I_r为外照射指数, C_Ra、C_Th、C_K分别为建筑材料中天然放射性核素²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K的放射性比活度, 单位为贝克/千克(Bq · kg^-1)。

由表 3可以看出, A水泥厂的P.O42.5水泥、P.C32.5水泥和普通水泥(未掺赤泥)中天然放射性核素镭-226、钍- 232、钾-40的放射性比活度同时满足I_Ra≤1.0和Ir≤1.0, 其产销与适用范围不受限制; 但是由于这两种赤泥水泥掺加了赤泥, 其内、外照射指数均明显大于普通水泥。

3 结论

通过对赤泥处理厂γ外照射产生的剂量率的调查, 了解到赤泥堆坝顶部截面的γ外照射剂量率平均值最高, 为0.15μGy ·h^-1, 压滤车间和办公室的γ外照射剂量率平均值相当, 分别为0.12μGy·h^-1和0.08μGy·h^-1; 工人所受的γ外照射剂量率接近当地本底水平。

通过对所取样品进行核素分析, 了解到赤泥处理厂赤泥的外照射指数I_r约为1.78, 不适宜作为主体建筑材料, 且赤泥作为氧化铝工业矿渣具有强碱性, 使用时必须经过预处理, 成本较大, 直接使用不现实。

本次调查的两种赤泥水泥均符合国家标准, 说明赤泥作为水泥的熟料原料是可行的, 可以从一定程度上解决赤泥再利用的问题。但是这两种赤泥水泥对赤泥的利用率相对较低, 仅占其原料总量的13%和11%, 如何寻求其他更为有效利用赤泥的途径仍是一个值得研究的课题。