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天然存在的低水平放射性廢物處置的工程設計

文檔作者：覃波張友芳文檔來源：中國恩菲工程技術有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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2017年2月第1期天然存在的低水平放射性廢物處置的工程設計——覃波張友芳·41·
天然存在的低水平放射性廢物處置的工程設計
覃波張友芳
(中國恩菲工程技術有限公司，北京100038)
[摘要] 天然存在的放射性物質(NORM)的廢物總體數(shù)量龐大是我國國情的一大特點。低水平放射性NORM
廢物的妥善處置，能有效防止放射性污染輻射環(huán)境。做好輻射防護最優(yōu)化設計，是保護公眾和輻射環(huán)境安全的強
有力措施。本文介紹了低水平放射性NORM廢物的特點、管理現(xiàn)狀、處置設計規(guī)范及工程設計實例，為低水平放射
性NORM廢物的規(guī)模化、規(guī)范化處置提供參考和借鑒。
[關鍵詞] 低放NORM廢物；輻射防護最優(yōu)化；示范性工程
[中圖分類號]X758 [文獻標志碼]A [文章編號]1008—5122(2017)01—0041—05
Engineering Design of Low Level NORM Waste Disposal
QIN Bo，ZHANG You—fang
Abstract：The huge amount of the waste of Naturally Occurring Radioactive Material(NORM)waste is
one of the characteristics of our national conditions．The proper disposal of low level radioactive NORM
waste can effectively prevent environment pollution from radiation．Optimal design of radiation protection
is a powerful measure to protect the public and the environment．The features，management status，de’
sign specification and engineering design practice of low level NORM waste are introduced in the paper．
It provides reference for large—scale and standardized disposal of low level NORM waste．
Key words：low level radioactive NORM waste；radiation protection optimization；demonstration project
U 日!J舀
在稀土濕法冶煉分離過程中，會產生含少量放
射性釷的廢物。例如，鐵釷渣就是四川稀土精礦氧
化焙燒后用鹽酸浸出、浸出液除釷時產生的，其主要
成分是鐵，同時含有放射性物質——釷。
天然存在的放射性物質(Naturally Occurring
Radioactive Material)，簡稱NORM。國際原子能機
構(IAEA)把以下13類人類活動稱為NORM行業(yè)，
[收稿日期]2016—09—09
[作者簡介]覃波(1969一)，男，廣西岑溪人，大學本
科，高級工程師，研究方向：稀有稀土金屬的采礦、選礦、冶煉
分離及深加工、環(huán)境保護等方面的技術研發(fā)、工程咨詢、工程
設計及管理。
它們是：稀土元素的提取；釷及化合物的生產和使
用；鈮和鈮鐵合金的生產；地下礦山開采；石油和天
然氣的生產；鈦白粉的加工；磷酸鹽工業(yè)；鋯石和氧
化鋯工業(yè)；錫、銅、鋁、鋅、鉛、鐵和鋼的生產；煤的燃
燒利用；水處理；地熱能生產；NORM污染設備的維
護、廢舊金屬利用和熔煉。歐盟則把從獨居石中提
取稀土、生產釷化合物和制造含釷產品、鈮／鉭礦生
產、油氣生產、地熱能生產、生產鈦白粉、熱磷生產、
鋯和氧化鋯工業(yè)、生產磷肥、水泥生產中的熟料爐維
修、燃燒電廠中的鍋爐維修、生產磷酸、生產生鐵、
錫／鉛／銅冶煉、地下水處理等15類人類活動稱為
NORM行業(yè)。
顯而易見，上述NORM行業(yè)特別是非鈾(釷)礦
礦產資源在開發(fā)利用過程中，所含的天然放射性核
素會在產品、副產品、中間產品和廢物中重新分布或
萬方數(shù)據(jù)
·42· 有色冶金節(jié)能口環(huán)保與綜合利用
不同程度地濃集。如果天然放射性物質存在于廢物
中，則把這種廢物簡稱為NORM廢物。因此稀土行
業(yè)產生的含釷、鈾廢物也是NORM廢物。
1 NORM廢物特點
(1)種類多，比活度差別較大。NORM行業(yè)多
達上述13類(國際原子能機構分類)或15類(歐盟
分類)人類活動，無疑產生的廢物種類特別多，比活
度差別也必然比較大。
(2)總體數(shù)量龐大，但比活度普遍不高。NORM
行業(yè)多，NORM廢物總體數(shù)量自然十分龐大，但和核
工業(yè)產生的廢物相比，比活度普遍不高。
1999年環(huán)保部組織開展了四川、廣東、山東、
貴州、內蒙、天津、吉林7省、市400余家礦產資源
開發(fā)利用企業(yè)的放射性污染源調查。調查結果顯
示，上述企業(yè)產生的固體廢物中，比活度小于20
Bq／g的有近300萬t，比活度大于20 Bq／g的有約
800萬t。
(3)稀有、稀土金屬冶煉產生的NORM廢物比
活度較高，但這部分廢物數(shù)量較小。
2 NORM廢物的管理現(xiàn)狀
多數(shù)企業(yè)對NORM廢物的管理現(xiàn)狀
(1)回填采空區(qū)。
(2)建設處置場、廢物庫或渣庫處置，但處置措
施不夠規(guī)范。
表1是我國部分省、市礦產資源開發(fā)利用企業(yè)
NORM廢物排放情況一覽表。
表1 我國部分省、市礦產資源開發(fā)利用企業(yè)NORM廢物排放情況一覽表
注：1、數(shù)據(jù)來源：《全國部分省市伴生放射性礦物資源開發(fā)利用中放射性污染現(xiàn)狀與對策研究》國家環(huán)境保護總局核安全與輻射環(huán)境管理
司2000．1；2、內蒙白云鄂博礦是與鐵共生的稀土伴生礦，原礦中的放射性物質絕大部分在稀土精礦中富集，但鐵礦冶煉過程中也有少量進入
高爐渣。鐵礦冶煉、稀土冶煉的總活度是筆者當時的估計數(shù)，僅供參考。
萬方數(shù)據(jù)
2017年2月第1期天然存在的低水平放射性廢物處置的工程設計——覃波張友芳·43·
3 低放NORM廢物處置的有關規(guī)范
與設計實例
前已述及，NORM廢物總體數(shù)量龐大是我國國
情的一大特點，但和核工業(yè)產生的廢物相比，比活度
普遍不高。目前，國內沒有NORM廢物的分類標
準，參照《放射性廢物的分類》(GB9133--1995)，進
行分類：NORM廢物不是d廢物；廢物中含有的放
射性物質——釷、鈾的半衰期大于30年，如果放射
性比活度小于或等于4×106 Bq／kg，把這類放射性
水平的NORM廢物，稱作第1級NORM廢物或低放
NORM廢物。
低放NORM廢物應當如何處置，這是NORM行
業(yè)普遍關注的問題。作為設計稀有、稀土金屬采、
選、冶、加工企業(yè)的設計單位來說，探討低放NORM
廢物的如何處置，即如何做到輻射防護最優(yōu)化設計，
是防止低放NORM廢物放射性污染、保護公眾和輻
射環(huán)境安全的重要步驟。
3．1設計規(guī)范
《中華人民共和國放射性污染防治法》規(guī)定：
“低、中水平放射性固體廢物在符合國家規(guī)定的區(qū)
域實行近地表處置”?！斗派湫詮U物管理規(guī)定》要
求：“將放射性廢物與人類及環(huán)境長期、安全地隔
離，使它們對人類環(huán)境的影響減小到可合理達到的
盡量低水平。固體廢物處置設施需要設置不同的多
重屏蔽，包括工程屏障(廢物體、廢物容器、處置結
構和回填材料)和天然(地質)屏障，以實現(xiàn)廢物與
環(huán)境的有效隔離。應把多重屏障視作一個整體系
統(tǒng)，每個屏障都應對系統(tǒng)的安全作出有效的貢獻。
某一屏障的不足應由其他屏障加以彌補。由于廢物
隔離的長期性和不確定性，廢物處置系統(tǒng)的設計應
留有較大的安全裕度”。
以下是處置低放NORM廢物的參照標準及相
關規(guī)定。
3．1．1 鈾、釷礦冶放射性廢物安全管理技術規(guī)定
(GBl4585--93)
(1)第4．2條：應保證將固體廢物至于適當?shù)?
控制之下，并且嚴禁濫用廢石和尾礦；控制氡和放射
性粉塵向大氣的釋放；控制鐳和其他放射性核素污
染地表水和地下水，以及控制由于固體廢物受到浸
取作用而對地表水和地下水的污染。
(2)第4．3條：運行停止以后，在退役期間及其
以后，必須繼續(xù)對固體廢物進行管理和控制，控制廢
石和尾礦的放射性危害，控制廢石和尾礦釋放出來
的氡及其子體在大氣中擴散，控制鐳和其他放射性
核素以任何可能的途徑進入地表水和地下水。
(3)第4．4條：鑒于鈾、釷礦冶放射性廢物中含
有長壽命的放射性核素，因此必須控制其從最終處
置后的尾礦庫和廢石場向環(huán)境的釋放，同時還必須
考慮各種長期自然過程(如風化、洪水、河道流向改
變、地震等)，以及人為活動(如從事建筑和農業(yè)生
產等)對最終處置后的尾礦庫和廢石場引起的破壞
作用，并且應做到盡可能的消除或最大限度地減小
這種作用。
3．1．2放射性廢物管理規(guī)定(GBl4500--2002)
(1)第14．1條：固體廢物處置的目標是將廢物
與人類及環(huán)境長期、安全地隔離，使它們對人類環(huán)境
的影響減小到可合理達到的盡量低水平。
(2)第14．2．1條：被處置的固體廢物應是適宜
處置的廢物體，近地表處置的廢物應符合《放射性
廢物近地表處置的廢物接收準則》(GBl6933--
1997)接收準則的規(guī)定。
(3)第14．2．2條：固體廢物處置系統(tǒng)應能提供
足夠長的安全隔離期。通常，低、中放廢物的隔離期
不應少于300年；Or．廢物和高放廢物(包括不被后處
理的乏燃料)的隔離期不應少于10 000年。每個處
置設施的隔離期應經(jīng)過評價，由審管部門在許可證
條件中予以規(guī)定。
(4)第14．2．3條：固體廢物處置設施需要設置
不同的多重屏蔽，包括工程屏障(廢物體、廢物容
器、處置結構和回填材料)和天然(地質)屏障，以實
現(xiàn)廢物與環(huán)境的有效隔離。應把多重屏障視作一個
整體系統(tǒng)，每個屏障都應對系統(tǒng)的安全作出有效的
貢獻。某一屏障的不足應由其它屏障加以彌補。
(5)第14．2．4條：由于廢物隔離的長期性和不
確定性，廢物處置系統(tǒng)的設計應留有較大的安全裕
度。應盡量增加系統(tǒng)的固有安全性，減少對長期監(jiān)
護管理的依賴。
3．1．3 極低水平放射性廢物的填埋處置
(GBT28178—201 1)規(guī)定
(1)第5．2．2條：極低放廢物填埋處置的天然
放射性核素活度濃度指導值：①對于一批廢物的總
量在一噸以下的含天然放射性核素的極低放廢物，
U一238、U-235、Th-232衰變鏈中任何一個核素的活
度濃度指導值為10 kBq／kg；②對于一批廢物的總量
超過一噸的含天然放射性核素的極低放廢物，每個
萬方數(shù)據(jù)
-44· 有色冶金節(jié)能口環(huán)保與綜合利用
填埋單元內U．238、U一235、Th一232衰變鏈中任何一
個核素的平均活度濃度不得大于1 kBq／kg，單個廢
物包的平均活度濃度指導值不得大于10 kBq／kg。
(2)第5．3、5．3．3條：活度濃度指導值的應用
規(guī)則：對于處置條件明顯優(yōu)于本標準所假定處置條
件的填埋場(如深層廢礦井等)，通過劑量評價和優(yōu)
化分析，經(jīng)監(jiān)管部門批準，可適當提高極低放廢物的
處置活度濃度。
3．2設計原則
(1)按照《中華人民共和國放射性污染防治法》
規(guī)定，低放NORM廢物在符合國家規(guī)定的區(qū)域實行
近地表處置。
(2)低放NORM廢物處置工程參照《極低水平
放射性廢物的填埋處置》進行設計，同時，低放
NORM廢物有可能因有浸出毒性而被定性為危險廢
物，還須滿足《危險廢物安全填埋處置工程建設技
術要求》、《危險廢物填埋污染控制標準》等危險廢
物的填埋處置標準。
(3)將低放NORM廢物與人類及環(huán)境長期、安
全地隔離，使它們對人類環(huán)境的影響減小到可合理
達到的盡量低水平。
(4)由于低放NORM廢物隔離的長期性和不確
定性，處置系統(tǒng)的設計留有較大的安全裕度。
(5)提高處置條件，采用工程屏障(鋼筋混凝土
填埋池)，使低放NORM廢物滿足《極低水平放射性
廢物的填埋處置》、《危險廢物安全填埋處置工程建
設技術要求》的處置要求。
(6)對一定區(qū)域內的低放NORM廢物實行集中
填埋處置。
(7)堅持妥善處置、永久安全的原則。
(8)就近處置和“從哪里來到哪里去”的原則。
3．3設計實例
四川省主要的稀土濕法冶煉分離企業(yè)有四川江
銅稀土有限責任公司(包括冕寧縣方興稀土有限公
司、漫水灣稀土冶煉分離廠)、冕寧縣飛天實業(yè)有限
責任公司、樂山盛和稀土股份有限公司和樂山銳豐
冶金有限公司。這四家企業(yè)在稀土濕法冶煉分離過
程中，產出含少量放射性元素釷的廢渣——鐵釷渣，上
述企業(yè)目前將鐵釷渣(渣中含Th一232 5．22×104 Bq／kg、
總比活度8．99 x 105 Bq／kg)暫時貯存。為了防止放
射性污染，保護環(huán)境，保障人體健康，促進稀土產業(yè)
健康發(fā)展，需要對這些廢渣進行處置。本文介紹某
500 t鐵釷渣處置工程的設計實例，旨在為今后鐵釷
渣的規(guī)?；?、規(guī)范化處置提供參考和借鑒。
3．3．1 場址選擇與總體布置
經(jīng)多方案比較，選擇位于牦牛村溝東側支溝毛
家山溝的北岸山坡的3號場址。3號場址地處排土
場的邊緣部位，不會影響排土場的排土作業(yè)，也不會
占用排土場庫容。該場址基巖出露，基巖為灰質板
巖，表層為強風化，深度6 m左右；3號場址周邊800
nl范圍內沒有居民點和其它的生產設施，而且，該場
址東側還有大量的場地作為四川省稀土濕法冶煉分
離企業(yè)后續(xù)產生的鐵釷渣的處置用地。
工程設計主要建、構筑物有：
填埋場共設2個填埋單元，每個填埋單元有3
個填埋池，共計6個填埋池；臨時貯存庫房；值班室、
大門及圍墻。
總體布置如下：
從采礦工業(yè)場地新建聯(lián)絡道路到填埋場，在距
填埋場直線距離約300 m(沿路距離450 m)的位置
修建進場大門，大門旁邊修建值班室，值班室作為現(xiàn)
場管理人員的辦公和生活場所。值班室附近設地
磅，對運送鐵釷渣的車輛進行稱重。
在值班室和填埋場之間修建臨時貯存庫房(距
值班室沿路距離約300 m)，用于中轉貯存稀土分離
企業(yè)產出的鐵釷渣，當臨時貯存庫房貯存的鐵釷渣
超過1個填埋池的處置量時，選擇天氣比較好的時
間進行鐵釷渣填埋；臨時貯存庫房配套設計放射防
護的相應設施。
填埋場位于場地的最里面，共設2個填埋單元，
每個填埋單元有3個填埋池，每個填埋池長5 m、寬
4 nl、深3．5 m；填埋池墻厚0．35 m，蓋板厚0．35 m，
池底厚0．3 m。每個填埋池全庫容為70 m3。
臨時貯存庫房和填埋場周邊均設置10 m綠化
隔離帶，在綠化隔離帶外側和大門至填埋場道路的
外側均建鐵絲網(wǎng)圍墻，防止無關人員和牲畜進入。
3．3．2輻射防護最優(yōu)化設計
(1)鐵釷渣填埋池。鐵釷渣填埋池混凝土墻、
蓋板厚度設計為350 mm，屏蔽^y射線穿透；要求填
埋池蓋板與填埋池四周邊墻嚴格密封，防釷射氣及
其子體、僅放射性氣溶膠逸散；要求填埋池底部做防
滲處理、防滲系數(shù)不大于10。12 cm／s，阻斷壓濾水與
地下水系的聯(lián)系，保護地下水環(huán)境不受放射性污染。
(2)鐵釷渣臨時貯存庫房。墻體、頂板均取值
350 mm混凝土厚度；釷渣臨時貯存庫房房門采用
16 mm厚度的鉛鐵f-I(宜雙開門，門的寬度滿足叉車
萬方數(shù)據(jù)
2017年2月第1期天然存在的低水平放射性廢物處置的工程設計——覃波張友芳·45·
進出，便于操作人員卸料、碼堆)，屏蔽1射線穿透；
設計機械排風設施——排風靜電膜過濾機組，有效
過濾釷子體和d放射性氣溶膠粒子；要求鐵釷渣臨
時貯存庫房的地面、墻面應光滑并設2 in油漆墻裙，
定期沖洗，庫房門外設洗手盆、拖布池，廢水均排入
閑置鐵釷渣填埋池自然蒸發(fā)，防止或減小僅、B放射
性物質對工作場所叉車、墻壁、地面以及對放射工作
人員工作服、手套、工作鞋、手、皮膚等的表面污染；
要求鐵釷渣臨時貯存庫房地面有一定坡度并通向地
漏或排水溝，收集或導向閑置鐵釷渣填埋池；地面做
防滲處理、防滲系數(shù)不大于10。2 cm／s，防止?jié)B濾液
污染鐵皮排水溝排水，阻斷滲濾液與地下水的聯(lián)系，
保護水環(huán)境不受放射性污染。
(3)值班室。設計值班室值守鐵釷渣填埋場場
區(qū)。
(4)填埋場場區(qū)。
①按甲級工作場所設計輻射防護措施，但不設
計衛(wèi)生通過間；
②有防止盜竊事件發(fā)生的安全防范設施，避免
鐵釷渣進入公眾生活環(huán)境。
③鐵釷渣臨時貯存庫房、鐵釷渣填埋場3 in范
圍設警戒線，鐵釷渣填埋場場區(qū)設30 In輻射監(jiān)測
區(qū)，場區(qū)設電離輻射標志，避免無關人員進入場區(qū)受
到輻射危害。
(5)放射影響初步分析。由上述輻射防護最優(yōu)
化設計可見，鐵釷渣填埋場采取的放射防護措施是
有效的，可較大程度減小^y射線對公眾產生的外照
射劑量和減小釷射氣及其子體、僅放射性氣溶膠等
污染物對公眾產生的內照射劑量。通過采取輻射防
護措施，能確保鐵釷渣填埋場周邊的關鍵人群組成
員所受到的平均輻射劑量估計值不會超過《電離輻
射防護與輻射源安全基本標準》(GBl8871—2002)
規(guī)定的年有效劑量限值1 mSv，保證鐵釷渣填埋場
的輻射環(huán)境安全。
當然，填埋場工程對輻射環(huán)境的具體影響程度
和范圍，應由具有核工業(yè)類評價范圍的環(huán)境影響評
價機構編制的《輻射環(huán)境影響評價專篇》做出結論。
4 結語
NORM廢物總體數(shù)量龐大是我國國情的一大特
點。低放NORM廢物的妥善處置，能有效防止放射
性污染輻射環(huán)境；按有關規(guī)范做好輻射防護最優(yōu)化
設計，是保護公眾和輻射環(huán)境安全的強有力措施。
≯妒妒≯≯≯≯妒≯≯、s產礦擴≯qp℃≯、o≯≯妒≯≯妒≯p礦妒妒、≯、擴、pp擴≯妒妒妒≯p＼；p、步心p心產
(上接第40頁)
(8)帶負載調試：接真負載，使輸出電流為額定
電流的10％～50％左右，確保STM6智能數(shù)字控制
器采集電流／電壓反饋正常。
(9)通過數(shù)字面板整定過流值、軟啟動時間和
軟停車時間。
(10)PID調節(jié)器選擇，人為設定P參數(shù)、I參數(shù)
的基本參數(shù)后，如果基本參數(shù)不能滿足系統(tǒng)運行要
求，系統(tǒng)會啟動PID參數(shù)自整定功能，控制器自動得
到適應負載的最佳參數(shù)值，可以根據(jù)PI參數(shù)自整定
的值重新設定基本參數(shù)。
4 注意事項
(1)六路脈沖輸出去晶閘管脈沖分配器，注意
之間的相位關系和脈沖極性，最好用示波器查看原
輸出脈沖波形，保證新舊觸發(fā)控制板輸出脈沖波形
一致，獲得良好的匹配。
(2)通信線、觸發(fā)脈沖線應選用帶屏蔽雙絞線，
并注意接線極性，不能接反。
(3)硬件接口電路匹配時，注意接線極性、注意
相移角度、注意電壓范圍、有源無源等問題。
(4)為防止主電路合閘沖擊，控制板應先通電，
主電路后通電，主電路通電后，先復位再啟動控制
器。
5 結束語
經(jīng)過改造實踐，有效地提高了維修維護人員的
技能和機組的性能。本項改造投資小，為企業(yè)創(chuàng)造
了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，實現(xiàn)了機組安全經(jīng)
濟平穩(wěn)運行，為同類陳舊設備技術改造積累了寶貴
的經(jīng)驗，值得推廣應用。

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