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《伴生放射性矿开发利用固体废物资源化和治理》反映了国家重点研发计划“固废资源化”重点专项中“放射性固废清洁解控与安全处置技术”项目（编号2019YFC1907700 ）的部分研究成果，详细介绍了伴生放射性矿开发利用中产生的天然放射性残留物现状、废弃物的产生和危害，以及其对环境的影响，系统论述了伴生放射性矿开发利用过程中铀等有价值资源综合回收、伴生放射性废物*小化及安全处置、天然放射性残留物的资源化循环再利用策略、伴生放射性废物管理要求，分析了相关典型案例，提出了我国伴生放射性矿开发利用过程中废物*小化、再循环、再利用及治理的建议。
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目录丛书序一丛书序二丛书前言序前言第1章 伴生放射性矿开发利用及其辐射特征 11.1 伴生放射性矿开发利用活动 11.1.1 伴生放射性矿开发利用主要行业 11.1.2 伴生放射性矿开发利用生产工艺环节 31.1.3 我国主要伴生放射性矿产资源特征 31.1.4 我国主要伴生放射性矿开发利用企业概况 81.2 伴生放射性矿开发利用放射性水平分布特征 111.2.1 NORM残留物类型及特征 111.2.2 主要伴生放射性矿开发利用中的物料放射性水平 131.2.3 世界上几类伴生放射性固体废物放射性水平 241.2.4 我国伴生放射性固体废物产生情况 281.2.5 我国伴生放射性固体废物特征 301.3 伴生放射性矿开发利用辐射剂量水平 381.4 我国伴生放射性矿开发利用环境影响状况 411.4.1 总体状况 411.4.2 典型伴生放射性矿开发利用辐射环境影响 451.4.3 伴生放射性污染事例及经验教训 49参考文献 50第2章 伴生放射性废物管理现状及要求 532.1 概述 532.2 NORM残留物国际常用管理要求及方式 592.2.1 NORM残留物管理总体要求 592.2.2 分级管理理念 602.2.3 分类及处置 632.2.4 废物*小化 662.2.5 再循环和再利用 682.2.6 排放控制管理 722.2.7 NORM残留物的长期管理策略 732.2.8 非放射性管理 742.3 一些国家（组织）有关天然放射性辐射照射管理概览 752.3.1 天然放射性管理限值 752.3.2 欧盟有关天然放射性辐射管理 772.3.3 部分国家天然辐射照射的监管政策 782.4 我国伴生放射性固体废物管理要求 1032.4.1 概况 1032.4.2 管理法规要求 1042.4.3 相关标准规定 108参考文献 112第3章 伴生放射性废物*小化 1193.1 概述 1193.2 废物*小化指导原则 1213.2.1 废物管理*优化 1223.2.2 源项减少 1223.2.3 防止污染 1233.2.4 再循环和再利用 1243.2.5 废物减容 1243.3 源头控制 1253.3.1 开采准入制 1253.3.2 进口管控 1263.3.3 采矿与选冶技术 1283.3.4 废水处理技术 1333.4 废渣浸取和分离技术 1343.5 废物体积减小 1373.5.1 尾矿干堆处理 1373.5.2 焚烧处理 1413.6 分类收集与分拣管理 1413.6.1 废物分类 1413.6.2 废物分拣 1453.7 废物*小化实例 1473.7.1 稀土冶炼退役废物*小化 1473.7.2 *居石资源综合利用废物*小化 1523.7.3 稀土原矿浸萃一体化工艺固体废物*小化 156参考文献 158第4章 伴生放射性废物资源化循环利用 1614.1 概述 1614.2 资源化循环利用的主要影响因素 1624.2.1 监管控制因素 1624.2.2 技术可行性因素 1624.2.3 公众接受度 1634.2.4 经济因素 1634.3 固体废物综合利用相关政策 1644.4 资源化循环利用的主要途径 1674.4.1 废渣再选及有价元素回收 1684.4.2 废渣生产建材 1694.4.3 废渣处理污水 1704.4.4 废渣井下充填 1714.4.5 尾矿用于农林业 1724.4.6 废金属再循环与再利用 1734.5 主要伴生放射性废物资源化循环利用 1734.5.1 稀土/*居石废渣再利用 1734.5.2 铌钽矿废渣综合回收利用 1784.5.3 锆及氧化锆废渣回收利用 1804.5.4 赤泥综合利用 1824.5.5 磷石膏回收利用 1844.5.6 粉煤灰回收利用 1844.5.7 选铁尾矿回收利用 1854.6 伴生放射性废物资源化循环利用实例 1864.6.1 山东某新材料有限公司废渣综合利用 1864.6.2 浙江某锆业有限公司废渣综合利用 1924.6.3 江西某有色金属再生有限公司锆英砂尾矿综合利用 1974.6.4 云南某铁矿开发有限公司磷铁矿尾矿综合利用 2014.7 伴生放射性废物资源化循环利用有关先进技术和装备 2034.8 效益分析 204参考文献 205第5章 伴生放射性废物处理与处置 2075.1 概述 2075.2 废物处理 2085.2.1 固化与稳定化处理 2085.2.2 辐射屏蔽处理 2155.2.3 废物处理可行性分析 2185.3 废物贮存 2195.3.1 露天渣库 2215.3.2 盖顶渣库 2215.3.3 地下室暂存库 2225.3.4 地面室内暂存库 2225.3.5 岩洞暂存库 2235.3.6 国外有关贮存实例 2245.4 废物处置 2265.4.1 地表填埋处置 2285.4.2 矿井处置 2375.4.3 铀尾矿（渣）库处置 2425.4.4 其他填埋场处置 2435.4.5 废物处置实例 2435.5 废物处置代价利益分析 2935.5.1 代价分析 2935.5.2 利益分析 294参考文献 295第6章 辐射防护与安全文化 2986.1 天然放射性 2986.1.1 核衰变 2986.1.2 放射性衰变规律 2996.1.3 核辐射的种类与性质 3046.1.4 核衰变的种类与特性 3056.1.5 天然放射性核素和放射衰变系列 3076.2 辐射防护 3096.2.1 辐射量与单位 3096.2.2 电离辐射对人体的危害 3196.2.3 辐射防护三原则 3226.2.4 剂量限值、次级限值 3236.2.5 外照射的防护 3256.2.6 内照射的防护 3256.2.7 放射性工作人员的健康监护 3266.2.8 辐射防护进展 3266.3 放射性监测 3296.3.1 放射性监测类型 3296.3.2 放射性监测射线种类 3296.3.3 放射性监测方法 3306.3.4 放射性测量仪表设备 3306.4 安全文化 3326.4.1 安全文化的内涵 3336.4.2 安全文化的发展阶段 3336.4.3 国外安全文化的发展概况 3346.4.4 国内安全文化的发展概况 3366.4.5 培养辐射安全文化的要求 3376.4.6 提高安全文化的有效途径 338参考文献 339第7章 我国伴生放射性废物管理和土地复垦策略 3407.1 我国伴生放射性废物*小化目标和策略 3407.1.1 伴生放射性废物*小化目标 3407.1.2 伴生放射性废物*小化策略 3417.2 我国伴生放射性废物资源化循环利用目标和策略 3447.2.1 伴生放射性废物资源化循环利用目标 3447.2.2 伴生放射性废物资源化循环利用策略 3447.3 我国伴生放射性废物处置目标和策略 3477.3.1 伴生放射性废物处置目标 3477.3.2 伴生放射性废物处置策略 3477.4 退役与复垦修复策略 3537.4.1 土地复垦与生态保护的重要性 3537.4.2 土地复垦与生态保护策略 3547.4.3 矿山退役治理和土地复垦与生态保护技术措施 354参考文献 355第8章 展望 356
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第1章伴生放射性矿开发利用及其辐射特征 1.1 伴生放射性矿开发利用活动 天然来源的放射性核素无处不在，几乎存在于地球上所有的材料中。它们一般不涉及放射性健康危害问题。然而，一些人类活动有可能增加其对工作人员和公众的辐射照射。 我国伴生放射性矿种类很多，如有色行业的铜、锡、钼、铝、铅、锌等矿；稀土行业的*居石、铈、镧、铕、钽、铌等矿；黑色金属行业的铁、锰、钒、钛等矿；化石能源行业的煤炭、石油和天然气等矿；以及建材行业的天然石材、耐火材料、陶瓷、玻璃等的开发、加工和利用过程，均有铀、钍核素及其他放射性核素的存在。由于上述行业活动涉及的矿山遍布全国各地，涉及的工业行业和从业人员众多，伴生放射性矿开发利用产生的废物量相当庞大，企业分布面相当广泛。 1.1.1 伴生放射性矿开发利用主要行业 为保护环境、保护公众健康、促进非铀（钍）矿产资源开发利用可持续发展，生态环境部于2020 年11 月24 日发布了《矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录》（公告2020 年第54 号），其中列出了我国伴生放射性矿开发利用涉及的主要矿产类别和行业活动，见表1.1。该名录将根据辐射环境监督管理的需要适时进行调整。 从世界范围来看，国际原子能机构（IAEA）第49 号安全报告《矿物和原料加工中辐射防护措施的必要性评估》中给出了11 类伴生放射性矿开发利用行业清单，大致以放射性水平从高至低排列［1］：①稀土元素的提取；②钍及其化合物的生产和使用；③铌和铌铁合金的生产；④非铀矿的矿石开采；⑤石油和天然气生产；⑥二氧化钛生产；⑦磷酸盐行业；⑧锆石和氧化锆行业；⑨锡、铜、铝、锌、铅和钢铁的生产；⑩煤的燃烧相关行业；水处理相关行业。 而欧盟则进一步细分为14 个行业，其中磷酸盐行业细分为辐射影响相对较大的磷酸生产（洗涤剂和食品）和相对较小的磷酸盐工业（化肥生产）［2］。 IAEA 在其相关报告中也总结了可能导致工作人员、公众和环境受到天然放射性物质辐射照射的活动，除了上述清单中之外，还包括地热能生产、高矿化度深层水的利用、熟料炉的水泥生产和维护、建筑材料（包括由残留物或副产品制成的建筑材料）生产、石灰石加工和页岩气生产等。 IAEA 于2003 年12 月发布了第419 号技术报告《天然放射性物质（NORM） 对环境的污染程度及缓解技术方案》［3］。该报告归纳总结了受到天然放射性污染的各种活动（表1.2）。 1.1.2 伴生放射性矿开发利用生产工艺环节 在伴生放射性矿开发利用中，会涉及如下几个生产工艺环节或生产、管理阶段：①采矿；②选矿和加工；③产品制造；④产品及副产品使用；⑤残留物的再利用和再循环；⑥废物管理；⑦拆除或补救及修复。 某些行业可能涉及所有上述生产工艺流程或生产、管理阶段；而有些行业可能只涉及其中的一部分。 上述任何生产工艺流程都有可能出现放射性核素浓度升高的问题。这些问题如果不加以适当控制，可能会导致工作人员和公众受到较高的辐射照射，并且会污染环境及使随后动植物受到辐射影响。 涉及伴生放射性矿开发利用行业的副产品和残留物可以被其他行业用作原料，例如建筑材料。在这种情况下，放射性物质被带到地面，或通过其他方式引入到另外工业部门后，就可能进入一个无止境的循环，即放射性物质可以从一个地方迁移和/或再加工转移到另一个地方。因此，由天然放射性物质引起的照射可能贯穿在伴生放射性矿开发利用活动全生命周期的所有阶段。 伴生放射性矿开发利用会导致大范围工作场所辐射照射情景，包括但不限于：①大量的材料，如矿石或原材料、残留物或废物的堆存；②大量残留物或废物，如矿石开采产生的废石、选冶产生的尾矿、废水处理产生的废渣、炉渣；③富集放射性核素的产物，如矿物浓缩物（精矿）、结垢和污泥；④高温作业产生的挥发性物质，如除尘器灰尘和炉烟。 1.1.3 我国主要伴生放射性矿产资源特征 1. 稀土 稀土产品现已成为世界公认的发展高新技术、国防尖端技术产业不可或缺的重要战略资源，被称为“工业维生素”“战争金属”。 我国稀土资源不仅储量极其丰富，且种类齐全，主要的稀土资源集中在包头白云鄂博的混合型稀土矿、川鲁氟碳铈矿以及南方离子吸附型稀土矿中。稀土资源呈现“北轻南重”的特点，白云鄂博、山东微山、四川冕宁等地区以轻稀土为主，这3 个地区的轻稀土储量占全国总稀土储量的94% 以上［4］；离子吸附型中重稀土则主要分布在江西赣州、广东江门等南方地区。此外，还有另一种类型稀土矿，其矿物为*居石，产于我国海南、广东、湖南等地，以及从国外进口锆英石（砂）选矿后的重砂矿物中。 包头白云鄂博矿的资源储量当前居世界*位，属于铁、铌、稀土等多金属伴生超大型矿床。该矿现已查明的元素达71 种，矿物多达171 种。稀土矿物以氟碳铈矿和*居石为主，这两种矿物在稀土矿物中的分布率约为73.74%～96.05% 。白云鄂博稀土矿富含轻稀土。稀土元素以铈组元素为主。其中，镧、铈、镨、钕在白云鄂博矿石稀土元素中占97% 以上。白云鄂博矿的稀土储量大，约为3500 万t ［以稀土氧化物（REO）计］，占全国稀土资源储量的80% 左右。但是，原矿品位较低，如白云鄂博矿开采的主东矿中REO 平均含量仅5%左右，且矿物组成复杂，脉石矿物以钠闪石、钠辉石、重晶石、方解石等为主。白云鄂博稀土精矿主要由选铁尾矿经浮选后得到，为氟碳铈矿和*居石的混合矿，具有富铈低钇的特点，铈组稀土占稀土配分超过95%。 山东微山和四川冕宁的稀土矿以氟碳铈矿为主。其中，微山稀土矿是世界第三大轻稀土矿床。稀土矿物有氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、铈磷灰石等，脉石矿物有重晶石、方解石、天青石等。四川冕宁的轻稀土储量达227.49 万t。 离子吸附型稀土矿富含稀缺的中重稀土元素。相比于轻稀土，中重稀土在地壳中的配分更少且分布更加弥散。离子吸附型稀土矿主要分布在江西、广东、福建、湖南、广西等南方省区，稀土矿储量占全国稀土储量约4%。离子吸附型稀土矿以江西赣州为代表，储量约55 万t，约占全国的36.89%，其余主要分布在广东、广西、湖南、福建、云南各省区，约各占30.03% 、22.65% 、2.95% 、2%和7.47% 。 我国离子吸附型稀土矿所含稀土配分全面，并且中重稀土分布广，储量占全球中重稀土总量的80% 以上，是中重稀土的主要来源。离子吸附型稀土矿矿床类型为花岗岩型风化壳离子吸附型，矿物中稀土元素以4 种状态赋存，分别是水溶相、离子相、胶态沉积相和矿物相。但是，75%～95%的稀土以离子相的形式吸附在高岭石、云母等矿物表面。 *居石是分布*广也是重要的稀土矿物之一，学名“磷铈镧矿”，主要作为副矿物产于花岗岩、正长岩、片麻岩和花岗伟晶岩中，或风化形成砂矿。*居石化学组成为(Ce，La，Nd，Th)PO4，晶体属单斜晶系的磷酸盐矿物。*居石中轻稀土（铈组）氧化物占39%～74%，重稀土（钇组）氧化物占0%～5%，同时含有4%～12% 的氧化钍、0.2%～0.5% 的氧化铀、20%～30% 的氧化磷［5］，以及少量的镭。*居石矿是钍资源的重要来源。 2. 锆及氧化锆、锆钛矿 地壳中大部分锆呈分散状态存在于多种矿物中。已知含锆的*立矿物有38 种。其中，锆英石（ZrSiO4）和斜锆石（ZrO2）是主要的具有工业价值的含锆矿物。锆英石主要赋存于海滨砂矿中，是世界冶炼金属锆的主要来源。斜锆石主要产于碱性火成岩中，与霞石、霓石、磷灰石、萤石、钙钛矿、锆石、烧绿石等共生。锆作为一种战略性新兴矿产，广泛应用于陶瓷、玻璃、电子、建材、医药、日用品等领域。 中国锆资源储量约50 万t，占全球储量不足1%，可划分为锆石砂矿和锆石硬岩矿两大类，主要分布在内蒙古和海南。锆硬岩矿储量主要集中在内蒙古，占硬岩矿总储量的99.3% ，占全国锆资源储量的70% 左右，但在目前的选冶技术条件下尚不能开发利用。锆石砂矿主要集中在以海南文昌为代表的东南沿海地区。目前，出于生态环境和资源保护的考虑，海滨砂矿已经禁止开采。由于资源禀赋差、储量低，中国每年需要进口大量锆矿石及锆英砂。 锆英砂也称“锆英石”“锆石”“风信子石”，为岛状构造的正硅酸盐类矿物，分子式为ZrSiO4，常因类质同象而混入Th、U 等元素，因而常伴生有放射性。 目前，我国锆英砂消费量和进口量均为世界**。随着我国化工产业、精密仪器等行业的不断发展，锆英砂消费量将继续升高；核电产业、高端耐酸碱设备的发展也将推动海绵锆需求量的增长。中国锆资源匮乏，对外依存度长期在90% 以上，存在较高的进口风险。 3. 铌钽矿 铌（Nb）、钽（Ta）具有耐高温、耐摩擦、耐腐蚀等材料学特征，被广泛用于电子、机械、化工、钢铁、宇航、原子能、光学等工业部门，是重要的关键金属。铌钽矿物一般都是铌、钽系列矿物。常见的铌钽矿物有铌铁矿族矿物及重钽铁矿系列、烧绿石-细晶石系列、锡锰钽矿系列等，金红石、锡石也可以富集铌钽；此外，褐钇铌矿、铈铌钙钛矿等在一些特殊类型的岩石中也较常见。钽铌矿是一种伴生放射性矿物资源，其矿石中伴生有铀、钍、镭等天然放射性元素。 我国是钽铌矿产资源较为丰富的国家之一，钽铌资源储量主要分布于江西、内蒙古、新疆、广东、福建、湖南、四川、湖北等省区。其中江西、内蒙古和广东三省区的钽矿储量分别占全国总储量的25.8% 、24.2% 和22.6% 。我国铌资源则主要集中在内蒙古和湖北两省区，其中内蒙古白云鄂博、扎鲁特旗巴尔哲以及湖北竹山庙垭三大矿区的铌矿储量约占全国总储量的96%［6］。内蒙古白云鄂博Fe-REE-Nb 矿床作为全球最大的稀土矿床，伴生的铌资源量（以Nb2O5 计）预计可达660 万t，占全国铌储量近70%，是我国*应该重视的铌资源。铌主要富集在烧绿石、易解石、铌铁矿和富铌金红石中。与全球铌钽矿床类型类似，我国铌钽矿床主要与铝质花岗岩、花岗伟晶岩、碱性-过碱性花岗岩和碳酸岩有关。但是，相对而言，我国与花岗岩有关的铌钽矿床分布更为普遍，伟晶岩分布范围较为有限，碱性岩零星分布。铝质花岗岩型铌钽矿床主要分布在华南，特别是南岭地区。我国铌钽矿床在空间上主要分布于环太平洋构造域、特提斯构造域、古亚洲洋构造域以及扬子板块和华北克拉通边缘，成矿作用主要发生于5 个地质时期：中-新元古代、古生代、早中生代、晚中生代和新生代。据对我国近50 个已查明储量的铌钽矿床（点）统计，我国铌资源储量（以Nb2O5 计）约为267 万t（不包括白云鄂博Fe-REE-Nb 矿床的铌储量），钽资源量（以Ta2O5 计）约为17 万t［7］。我国铌钽资源量喜人，但矿床规模不大，单个铌矿床储量一般在2 万～3 万t，而且大部分钽矿床储量不足万吨。 与全球相比，我国铌钽资源呈现的特点是品位低，绝大部分氧化物含量低于0.02% ，且隐伏矿床居多，开采成本高，位于东部地区多，环境压力大。目前，我国每年的铌、钽精矿产量分别仅为50～60 t 、90～100 t ，远远满足不了生产需求，对外依存度极高，接近或超过90% ，铌矿产品主要从巴西、加拿大等国进口原料，钽主要从非洲国家进口原料［7］。 4. 铝土矿 铝土矿，也称铝矾土、矾土矿，是指工业上能利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。根据2022 年《中国矿产资源报告（2022）》［8］，2021 年我国铝土矿矿石储量71113.74 万t，主要分布在广西、河南、贵州三省（区）。这三省（区）的铝土矿储量约占全国铝土矿储量的83% 。其中，广西铝土矿储量约占全国铝土矿储量的49%。 铝土矿是目前氧化铝生产中*主要的矿石资源。世界上99% 以上的氧化铝是以铝土矿为原料生产的。我国的铝土矿资源主要以高岭土-一水硬铝石（D-K）型为主，约占9
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