鋼鐵冶煉的放射性排放及其輻射安全監(jiān)管

李金鳳，姜子英，李曉蕓，陳 凌

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 輻射安全研究所，北京 102413

鋼鐵冶煉的放射性排放及其輻射安全監(jiān)管

李金鳳，姜子英，李曉蕓，陳 凌*

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 輻射安全研究所，北京 102413

中國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，2014年的粗鋼產(chǎn)量已達(dá)到世界總量的49.5%。鋼鐵冶煉的原料包括鐵礦石、煤、石灰石等，均含有天然放射性核素(U系、Th系、40K等)。在燒結(jié)、焦化、高爐煉鐵和轉(zhuǎn)爐煉鋼的高溫冶煉過(guò)程中，238U的子體210Po和210Pb達(dá)到熔點(diǎn)和沸點(diǎn)后揮發(fā)，擴(kuò)散吸附到大氣顆粒物上隨其他氣態(tài)污染物排放，增加了公眾照射劑量。本文闡述了德國(guó)、意大利、英國(guó)、荷蘭、澳大利亞、埃及等國(guó)、歐盟和IAEA等國(guó)際組織對(duì)鋼鐵冶煉中天然放射性排放的研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)和煉鐵是天然放射性排放的兩個(gè)主要工藝，部分國(guó)家和組織制定了針對(duì)天然放射性物質(zhì)照射的審管政策。煙囪煙氣中222Rn、210Pb、210Po的測(cè)量方法和輻射影響評(píng)價(jià)需進(jìn)行深入研究。

鋼鐵冶煉；天然放射性物質(zhì)；輻射影響；輻射安全；監(jiān)管

天然存在放射性物質(zhì)(naturally occurring radioactive materials, NORM)是指能自發(fā)放射出α、β或γ射線的天然存在的某些物質(zhì)。地殼中廣泛存在著U系、Th系、40K等天然放射性核素。人類的工業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致天然放射性核素富集并釋放到環(huán)境中，造成輻射水平升高，已成為導(dǎo)致公眾照射和職業(yè)照射增加的主要原因，職業(yè)照射集體劑量比核燃料循環(huán)和核技術(shù)應(yīng)用高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)[1]。

鋼鐵冶煉是重要的NORM工業(yè)之一。以荷蘭為例[2]，1家鋼鐵廠的222Rn的年排放量就達(dá)到了350 GBq，大大超過(guò)單個(gè)燃煤電廠、水泥生產(chǎn)、焦炭生產(chǎn)企業(yè)的排放量。210Pb和210Po的排放量更比其他工業(yè)的排放量高1～3個(gè)數(shù)量級(jí)。鋼鐵冶煉排放大氣顆粒物中放射性核素的遷移，可導(dǎo)致大氣圈、水圈、生物圈、地表土壤中210Pb和210Po的比活度升高。

中國(guó)鋼鐵行業(yè)迅猛發(fā)展，2014年大陸地區(qū)粗鋼產(chǎn)量8.227億噸，占世界鋼產(chǎn)量的49.5%[3]。鋼鐵冶煉排放大量廢氣、廢水和廢渣，2013年中國(guó)鋼鐵冶煉企業(yè)煙(粉)塵排放量為61.9萬(wàn)噸，占重點(diǎn)調(diào)查工業(yè)企業(yè)排放量的6.1%，排放量最大的省份為河北、山西、遼寧和山東，占全國(guó)排放量的61.1%[4]。英國(guó)斯肯索普鋼鐵廠1990年的煙粉塵排放因子為0.36 kg/t[5]，而中國(guó)2013年單位鋼產(chǎn)量的排放因子高達(dá)0.79 kg/t，是英國(guó)的2倍。由此可見(jiàn)，我國(guó)鋼鐵冶煉過(guò)程中有可能會(huì)排放大量的210Pb、210Po等天然放射性核素。

本文闡述了德國(guó)、意大利、英國(guó)、荷蘭、澳大利亞、埃及等國(guó)家、歐盟和IAEA等國(guó)際組織對(duì)鋼鐵冶煉中天然放射性排放的研究進(jìn)展。目前已有一些國(guó)家和組織制訂了針對(duì)天然放射性物質(zhì)照射的審管政策。歐盟于1996年出臺(tái)的《歐洲基本安全標(biāo)準(zhǔn)》(Basic Safety Standards, BSS, Council Directive 96/29/EURATOM)規(guī)定了飛灰中210Pb和210Po的清潔解控水平分別為17 kBq/kg和9.6 kBq/kg。英國(guó)斯肯索普鋼鐵廠燒結(jié)工藝排放的粉塵中210Pb和210Po的比活度分別為11.3 kBq/kg和99.8 kBq/kg，需經(jīng)批準(zhǔn)才能排放[5]。而我國(guó)未見(jiàn)鋼鐵冶煉過(guò)程排放天然放射性核素的相關(guān)報(bào)道，且尚未制定針對(duì)天然放射性物質(zhì)的輻射安全監(jiān)管法律，因此研究其排放因子并對(duì)其加強(qiáng)監(jiān)管具有重要意義。

1 鋼鐵冶煉工藝流程及放射性來(lái)源

鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)流程主要包括焦化、燒結(jié)(球團(tuán))、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)工序。焦化的產(chǎn)品焦炭在高爐中提供碳將鐵礦還原為鐵。為了使高爐能夠在理想狀況下運(yùn)行，進(jìn)入高爐的原料必須符合一定的尺寸，但是由于一些原料太細(xì)小，因此需要先經(jīng)過(guò)燒結(jié)制成燒結(jié)礦再使用。煉鋼包括轉(zhuǎn)爐和電爐兩種工藝，分別利用鐵水的物理熱和電能做熱源氧化爐料中所含的雜質(zhì)。

從全生命周期的角度出發(fā)，在分析鋼鐵冶煉放射性排放的時(shí)候，還應(yīng)考慮其原料鐵礦和煤礦的開(kāi)采、產(chǎn)生的固體廢棄物的循環(huán)再利用。鋼鐵冶煉產(chǎn)生的固體廢棄物包括燒結(jié)粉塵、高爐塵泥、轉(zhuǎn)爐塵泥、高爐渣、鋼渣等，一部分可以在生產(chǎn)過(guò)程中回用，一部分可以用于化工、建材等領(lǐng)域。

鋼鐵冶煉放射性核素的主要來(lái)源是原料自身含有的天然放射性核素在冶煉過(guò)程中的轉(zhuǎn)移和富集(圖1)。在鋼鐵冶煉過(guò)程中使用的一次原料(鐵礦石、煤、石灰石等)、中間產(chǎn)品(燒結(jié)礦、焦炭、生鐵等)、二次利用的廢棄物(燒結(jié)粉塵、高爐塵泥、轉(zhuǎn)爐塵泥等)都含有U系、Th系核素。238U衰變可產(chǎn)生222Rn、210Pb、210Po等子體，是鋼鐵冶煉氣態(tài)放射性流出物中的主要核素。

210Pb和210Po的熔點(diǎn)較低，分別為327 ℃和254 ℃，沸點(diǎn)為1 740 ℃和962 ℃。鋼鐵冶煉的放射性排放的主要機(jī)制是燒結(jié)(約1 400 ℃)、焦化(約1 000 ℃)、高爐煉鐵(約1 500 ℃)和轉(zhuǎn)爐煉鋼(1 500～1 700℃)的高溫過(guò)程，使得210Pb和210Po揮發(fā)成氣態(tài)，吸附到顆粒物中(主要是PM2.5)，隨其他污染物排放到大氣中。高溫冶煉中物質(zhì)結(jié)構(gòu)分子被破壞，原料中所含的222Rn也會(huì)同時(shí)釋放出來(lái)。其中，燒結(jié)和煉鐵是天然放射性排放的兩個(gè)主要工藝。燒結(jié)粉塵、高爐塵泥、轉(zhuǎn)爐塵泥的循環(huán)再利用更促進(jìn)了210Pb和210Po的富集。而原煤、鐵礦石、爐渣、尾礦等物料的堆存也會(huì)逐漸釋放222Rn。

圖1 鋼鐵冶煉放射性來(lái)源及排放途徑Fig.1 Sources and emission paths of radionuclides from iron and steel production

2 國(guó)內(nèi)外鋼鐵冶煉放射性排放研究

2.1 鐵礦石和鋼鐵產(chǎn)量

美國(guó)地質(zhì)勘探局(USGS)2015年發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[6]顯示，2014年全球鐵礦石產(chǎn)量達(dá)到32.2億噸。中國(guó)和澳大利亞的產(chǎn)量最大，分別為15.0億噸和6.6億噸，占全球總產(chǎn)量的47%和20%。

2014年全球粗鋼產(chǎn)量為16.615億噸，亞洲產(chǎn)量最大，約為11.323億噸，占全球68%，其次為歐洲和北美。最大的3個(gè)產(chǎn)鋼國(guó)為中國(guó)、日本和美國(guó)，粗鋼產(chǎn)量分別為8.227億噸、1.107億噸、0.883億噸[3]。德國(guó)和意大利是歐盟鋼鐵產(chǎn)量最大的兩個(gè)國(guó)家，2014年粗鋼產(chǎn)量分別為0.429億噸、0.237億噸[3]。2000年以后，中國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，焦炭、生鐵和粗鋼的年產(chǎn)量都大幅度增加[7](圖2)。

○——焦炭(Coke)， ——生鐵(Iron)，— ——粗鋼(Steel)圖2 1998—2014年中國(guó)焦炭、生鐵、粗鋼產(chǎn)量Fig.2 Annual production of coke, iron and steel in China during 1998-2014

2.2 原料中放射性核素的含量

鋼鐵冶煉的原料包括鐵礦石、煤、石灰石、石灰、焦炭等，均含有天然放射性核素(U系、Th系、40K等)，主要是煤中的含量較高(表1)。各國(guó)原料中的放射性核素的比活度差別很大，例如中國(guó)煤中的238U最大可達(dá)到9 020 Bq/kg，而英國(guó)最少僅為7 Bq/kg。即使在同一個(gè)國(guó)家，不同地區(qū)、不同種類原料中的放射性核素的比活度也有幾十倍的差別，例如德國(guó)煤中40K的波動(dòng)范圍在10～700 Bq/kg。

目前我國(guó)僅掌握了鋼鐵行業(yè)部分原料和固體廢棄物中部分天然放射性物質(zhì)的比活度(表1)。2006—2009年的第一次全國(guó)污染源普查結(jié)果顯示，鐵礦石中238U、232Th、226Ra的平均比活度分別為270、68、288 Bq/kg，而煤中238U、232Th、226Ra的平均比活度分別為383、51、212 Bq/kg[8]。而且各地的煤中放射性核素的含量差異很大，甚至達(dá)到3～4個(gè)數(shù)量級(jí)[9]。我國(guó)的煤炭可分為動(dòng)力煤和煉焦煤兩種，這兩個(gè)調(diào)查中的煤礦數(shù)據(jù)代表了全國(guó)煤炭的總體放射性水平，但這些煤炭只有一部分用于鋼鐵冶煉，還有一部分用于燃煤發(fā)電。

表1 國(guó)內(nèi)外鋼鐵冶煉所用原料放射性水平比較

2.3 氣態(tài)流出物中天然放射性核素的含量

鋼鐵冶煉氣態(tài)流出物中的主要放射性核素是210Pb和210Po(表2)，因?yàn)樗鼈兊娜埸c(diǎn)較低，由于210Po的熔點(diǎn)比210Pb更低，因此氣態(tài)流出物中210Po的比活度要高于210Pb。從不同工藝的排放情況對(duì)比來(lái)看，轉(zhuǎn)爐煉鋼大于高爐煉鐵，高爐煉鐵大于燒結(jié)，這跟它們的溫度也是有密切關(guān)系的，溫度越高，排放量越大。電爐煉鋼有所不同，因?yàn)樗玫脑鲜菑U鋼，210Pb和210Po的含量小，因此氣態(tài)流出物中的比活度也小。

表2 鋼鐵冶煉排放粉塵中天然放射性水平Table 2 Natural radionuclides in dusts from iron and steel production Bq/kg

從意大利ILVA鋼鐵廠的研究結(jié)果[11]來(lái)看，氣態(tài)流出物中的210Po的比活度要高于210Pb。煙囪排放的氣態(tài)流出物中210Pb和210Po的比活度最高，其次是第二級(jí)和第一級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)。而第一級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)的顆粒物粒徑是最大的，由此可見(jiàn)，210Pb和210Po主要吸附在小顆粒物上。這一點(diǎn)從意大利鋼鐵廠周圍大氣顆粒物中的210Po和210Pb的比活度[11]也可以看出，PM2.5和PM10中的210Po和210Pb的比活度接近，說(shuō)明大部分210Po和210Pb都吸附在PM2.5中。這是因?yàn)殇撹F冶煉過(guò)程中排放的顆粒物多為氧化鐵粉塵，其粒徑在1 μm以下的為主。由于粒徑小，比表面積大，吸附力強(qiáng)，因此粒徑更小的顆粒物易成為吸附有害氣體、重金屬的載體。鋼鐵冶煉排放的氣態(tài)210Po、210Pb和其它氣態(tài)污染物經(jīng)過(guò)冷凝、核化等過(guò)程可以轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒物，再與其它顆粒物凝并和聚結(jié)，或凝結(jié)到更大的顆粒物上。

2.4 天然放射性核素的年排放量

根據(jù)文獻(xiàn)[2,5,11]整理英國(guó)、荷蘭和意大利鋼鐵廠氣態(tài)、液態(tài)流出物、爐渣的產(chǎn)生量列于表3。一個(gè)鋼鐵冶煉廠的年放射性排放水平取決于年處理鐵礦量、原料中放射性核素的比活度和除塵設(shè)施、污水處理設(shè)施的工作效率、固體廢物的綜合利用率。對(duì)鋼鐵冶煉產(chǎn)生大氣顆粒物中210Po、210Pb的排放量估算主要有基于原料特性和基于排放物特性的兩種方法。

基于原料特性的估算法是指根據(jù)鋼年產(chǎn)量和原料中鐵的含量估算鐵礦石、石灰石、石灰、煤(或焦炭)等原料的總量，再根據(jù)原料中210Pb和210Po的比活度和原料總量估算放射性排放總量，意大利鋼鐵廠的排放量計(jì)算即采用該法[11]，該方法是基于原料中的鐵會(huì)全部轉(zhuǎn)化為鋼、原料中210Pb和210Po會(huì)全部釋放到環(huán)境中這兩個(gè)前提假設(shè)，但是由于高爐爐渣中也會(huì)含有210Pb和210Po，而且廢渣和廢水處理后的塵泥等固體廢物有可能原位處置和儲(chǔ)存，并不排放到周圍環(huán)境中，因此會(huì)高估排放總量。

表3 國(guó)際鋼鐵廠氣態(tài)、液態(tài)流出物、爐渣的產(chǎn)生量對(duì)比Table 3 Discharges of radionuclides in the aerial and water effluents and the slags from global iron and steel production

基于排放物特性的方法是指根據(jù)燒結(jié)、焦化、煉鐵、煉鋼等工藝流程中的煙囪廢氣排放量、210Pb和210Po的比活度估算放射性排放總量，如英國(guó)斯肯索普鋼鐵廠[5]即采用此方法，但其只考慮了燒結(jié)廠和煉鐵高爐中氣載流出物的排放，該方法由于忽略了廠區(qū)逸散等無(wú)組織排放、焦化廠和煉鋼高爐的排放，因此存在一定的低估。

2.5 固體廢棄物中放射性核素含量

鋼鐵冶煉產(chǎn)生的固體廢棄物中，燒結(jié)塵泥和高爐塵泥中富集的核素主要是210Pb和210Po，燒結(jié)塵泥中210Po的富集程度顯著高于210Pb，因?yàn)?10Po的熔點(diǎn)比210Pb更低，所以更易揮發(fā)；而高爐爐渣中富集的核素主要是238U和232Th，比原料中的含量高一個(gè)數(shù)量級(jí)，210Pb和210Po的比活度大幅衰減(表4)。

第一次全國(guó)污染源普查得到的中國(guó)鋼鐵冶煉固廢(尾礦、廢渣)中238U、232Th、226Ra的平均比活度分別為246、135、247 Bq/kg，都低于IAEA[18]的清潔解控水平(1 000 Bg/kg)。

2.6 鋼鐵冶煉對(duì)公眾的輻射影響及輻射安全監(jiān)管現(xiàn)狀

IAEA對(duì)天然鈾和釷衰變鏈中每種放射性核素規(guī)定的清潔解控水平為1 Bq/g，40K的清潔解控水平為10 Bq/g[18]。歐盟于1996年5月13日出臺(tái)了關(guān)于NORM規(guī)定的歐洲基本安全標(biāo)準(zhǔn)，將NORM廢物分為廢石、飛灰、砂礫、爐渣、油氣工業(yè)的泥漿等五種，分別給出了清潔解控水平，其中和鋼鐵冶煉有關(guān)的是廢石、飛灰和爐渣，飛灰中210Pb和210Po的清潔解控水平分別為17、9.6 kBq/kg[16]。歐盟還給出了使用含有天然放射性核素物質(zhì)的清潔解控水平，即238U和232Th達(dá)到長(zhǎng)期平衡時(shí)的比活度為500 Bq/kg[16]。歐盟將NORM工業(yè)活動(dòng)劃分為5類[19]。荷蘭鋼鐵冶煉屬于B類，即劑量水平為一般情況下0.1～1 mSv/a，特殊條件下1～6 mSv/a，主要是在燒結(jié)廠的劑量較高。

荷蘭2001年頒布的《荷蘭輻射防護(hù)法》(Dutch Radiation Protection Decree)規(guī)定了一系列天然放射性核素的清潔解控水平，與2003年歐盟的指導(dǎo)文件RP122/Ⅱ有較大的差異，荷蘭法律中規(guī)定的210Pb和210Po的比活度為100 kBq/kg，是歐盟RP122/Ⅱ的20倍[20]。其中還規(guī)定了每個(gè)裝置的氣態(tài)和液態(tài)天然放射性流出物的清潔解控水平(表5)，建立了較為完善的清潔解控、報(bào)告、批準(zhǔn)體系。氣態(tài)流出物中天然放射性核素210Pb和210Po的清潔解控水平均為10 GBq/a，而荷蘭艾默依登鋼鐵廠1990年氣載放射性年排放量為55 GBq/a210Pb、91 GBq/a210Po，因此該鋼鐵廠氣載放射性物質(zhì)需要批準(zhǔn)才能排放，并需要進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，1993—2007年荷蘭艾默依登鋼鐵廠燒結(jié)和球團(tuán)工藝每年排放到大氣中的210Po活度約為100 GBq，210Pb活度小于50 GBq[21]。

表4 國(guó)內(nèi)外鋼鐵冶煉產(chǎn)生的固體廢棄物的放射性水平比較

表5 《荷蘭輻射防護(hù)法》規(guī)定工業(yè)活動(dòng)每個(gè)裝置天然放射性流出物的清潔解控水平[20]Table 5 Clearance levels of aerial and liquid discharges of natural radionuclides as a consequence of work activities per installation in the Netherlands [20] GBq/a

IAEA建議將10 μSv/a的劑量限制作為清潔解控水平。1990年英國(guó)康力斯集團(tuán)(CORUS)的四家鋼鐵廠煙囪排放引起的全年個(gè)人有效劑量為3.5～30.6 μSv/a，正在運(yùn)行的雷德卡鋼鐵廠、斯肯索普鋼鐵廠、塔爾博特港鋼鐵廠煙囪排放引起的個(gè)人劑量分別為3.5、5.8、9.4 μSv/a，均低于10 μSv/a，主要年齡組是嬰兒，主要暴露途徑是食物[5]。意大利ILVA鋼鐵廠煙囪排放引起的平均個(gè)人劑量為27.2 μSv/a，主要年齡組是成人，主要暴露途徑是吸入[11]。荷蘭艾默伊登鋼鐵廠的放射性排放會(huì)造成周圍地區(qū)最大40 μSv/a的有效劑量，該工廠必須設(shè)法將其降至4 μSv/a[2]。

英國(guó)于1993年頒布的《放射性物質(zhì)法案》對(duì)210Pb、210Po的比活度給出了具體的規(guī)定，分別為0.74、0.37 kBq/kg，燒結(jié)除塵系統(tǒng)收集的粉塵中210Pb、210Po比活度較大，分別為0.91、3.94 kBq/kg，因此這些固體廢棄物需要通過(guò)批準(zhǔn)才能排放。并且，相關(guān)監(jiān)管部門還給出了各個(gè)鋼鐵廠最大允許排放的210Pb和210Po的量，針對(duì)斯肯索普鋼鐵廠制定的210Pb和210Po的氣載放射性排放限值分別為29、53 GBq/a，而該鋼鐵廠1990年氣載放射性年排放量分別為6.22 GBq/a210Pb、39.6 GBq/a210Po，達(dá)到排放要求[5]。填埋場(chǎng)粉塵中210Pb和210Po的比活度低于英國(guó)1962年頒布的放射性物質(zhì)(磷酸鹽、稀土元素等)的解控法令中的規(guī)定，因此其排放不需要批準(zhǔn)。表面使用含爐渣材料的停車場(chǎng)和游樂(lè)場(chǎng)的劑量都低于10 μSv/a，即處于痕量水平。使用含爐渣的建材造成的輻射影響與假設(shè)條件有關(guān)，最多可使得居民的劑量增加81 μSv/a。高爐工人的劑量較高，達(dá)到84 μSv/a，主要暴露途徑為不經(jīng)意攝入，占74%，煙囪排放造成的集體劑量為6.5人·Sv[5]。

德國(guó)主要考慮處理高爐塵泥的工人所受的職業(yè)照射，通過(guò)情景分析發(fā)現(xiàn)最主要的暴露途徑是粉塵的吸入[22]。如果比活度在50 Bq/g以下，則工人所受的參考劑量值不超過(guò)1 mSv/a，而公眾的暴露水平很小，與工人相比可以忽略，因此只要比活度低于50 Bq/g，這些廢棄物就可以得到政府輻射防護(hù)管理的豁免。

3 結(jié)論與展望

鋼鐵冶煉是重要的NORM/TENORM工業(yè)活動(dòng)之一。目前，德國(guó)、意大利、英國(guó)、荷蘭、澳大利亞等國(guó)家已在鋼鐵冶煉的天然放射性排放和輻射照射管理方面取得了很多的進(jìn)展，我國(guó)尚處于起步階段，有很多相關(guān)問(wèn)題值得進(jìn)一步研究。

(1) 鋼鐵冶煉的放射性來(lái)源是其原料(鐵礦石、煤、石灰石等)中含有的U系、Th系核素。天然放射性核素排放的兩個(gè)主要階段是燒結(jié)和煉鐵。氣態(tài)流出物中210Po的富集程度顯著高于210Pb。高爐爐渣中富集的核素主要是238U和232Th，210Pb和210Po比活度大幅衰減。從國(guó)外研究結(jié)果看，大多只關(guān)注燒結(jié)、煉鐵等工藝，未將鐵礦開(kāi)采、煤礦開(kāi)采、焦化等工藝納入其中。從全生命周期的角度考慮，應(yīng)對(duì)鋼鐵冶煉過(guò)程涉及的鐵礦開(kāi)采、焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、廢棄物再利用等環(huán)節(jié)進(jìn)行全面分析和評(píng)價(jià)。

(2) 歐盟基于荷蘭艾默依登鋼鐵廠的數(shù)據(jù)給出了單位鐵產(chǎn)量的放射性排放因子，廢氣為10.5 GBq/Mt210Pb和17.5 GBq/Mt210Po，廢水為0.31 GBq/Mt210Pb、1.6 GBq/Mt210Po。英國(guó)斯肯索普鋼鐵廠單位鐵產(chǎn)量210Pb和210Po的放射性排放因子分別為1.68、1.07 GBq/Mt，意大利ILVA鋼鐵廠單位鋼產(chǎn)量210Pb和210Po的放射性排放因子為22.6、22.0 GBq/Mt。我國(guó)尚無(wú)相關(guān)數(shù)據(jù)，需要開(kāi)展鋼鐵冶煉放射性排放研究。

(3) 目前已有部分國(guó)家和國(guó)際組織制訂了針對(duì)天然放射性物質(zhì)排放的審管標(biāo)準(zhǔn)，建立豁免、報(bào)告、批準(zhǔn)的分級(jí)審管體系，給出各放射性核素的清潔解控水平、單個(gè)裝置的排放總量限值，對(duì)低于清潔解控水平的廢物進(jìn)行豁免，對(duì)高于清潔解控水平的廢物進(jìn)行監(jiān)管。IAEA建議將10 μSv/a的劑量限值作為清潔解控水平。歐盟規(guī)定飛灰中210Pb和210Po的清潔解控水平為17 kBq/kg和9.6 kBq/kg。荷蘭規(guī)定每個(gè)工業(yè)裝置氣態(tài)流出物中210Pb和210Po的清潔解控水平均為10 GBq/a。歐盟規(guī)定238U、232Th、226Ra清潔解控水平為500 Bq/kg，IAEA為1 000 Bq/kg。從標(biāo)準(zhǔn)和各國(guó)的排放水平來(lái)看，燒結(jié)排放的210Pb和210Po高于清潔解控水平，需要批準(zhǔn)才能排放。

(4) 我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量巨大，鋼鐵冶煉的PM2.5排放因子較高，鋼鐵冶煉所用原料(煤、鐵礦石等)中的放射性核素的比活度處于較高的水平，說(shuō)明210Po、210Pb的排放應(yīng)引起特別關(guān)注。從我國(guó)研究現(xiàn)狀來(lái)看，目前僅針對(duì)廢鋼、高爐渣、尾礦等固體物質(zhì)進(jìn)行了一定的研究，而對(duì)鋼鐵冶煉過(guò)程中的氣態(tài)和液態(tài)流出物排放尚未開(kāi)展研究，特別是氣態(tài)流出物中天然放射性核素210Pb和210Po排放對(duì)周圍公眾有較大的影響。我國(guó)對(duì)NORM廢物的輻射監(jiān)管處于初期尚需規(guī)范化，而鋼鐵冶煉的放射性污染防治至今尚未納入輻射監(jiān)管，對(duì)其開(kāi)展深入調(diào)查分析對(duì)于制定我國(guó)的NORM監(jiān)管策略具有重要意義。

(5)210Pb和210Po更易吸附在超細(xì)顆粒物上，目前主流的煙囪氣溶膠采樣裝置采用的玻璃纖維濾膜無(wú)法將其完全捕獲，而且采樣量通常較小，無(wú)法滿足測(cè)量210Pb的要求，因此需要開(kāi)發(fā)大流量濾膜吸收液聯(lián)合采樣裝置，用含HCl的吸收液采集超細(xì)顆粒物或氣態(tài)210Pb和210Po。此外，我國(guó)目前尚未制定氣溶膠中210Pb和210Po的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，特別是采樣量較小時(shí)，210Pb通常低于γ譜檢測(cè)限，因此需要研究氣溶膠210Pb的放射化學(xué)分析法，通過(guò)其子體210Po或210Bi進(jìn)行測(cè)量。

(6) 放射性氣體222Rn是226Ra的子體，在高溫冶煉的過(guò)程中，隨著原料物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞，幾乎全部通過(guò)煙囪排放到大氣中，對(duì)公眾造成的劑量也不可忽視。但是目前國(guó)際普遍忽視了對(duì)222Rn的測(cè)量和劑量評(píng)價(jià)。荷蘭鋼鐵廠根據(jù)原料226Ra的含量推算222Rn的排放量達(dá)到350 GBq/a，遠(yuǎn)高于210Po、210Pb的排放量。因此需要深入研究煙氣中222Rn的直接測(cè)量方法，并評(píng)價(jià)其排放對(duì)公眾造成的輻射影響。

[1] 潘自強(qiáng),劉森林.中國(guó)輻射水平[M].北京:原子能出版社,2010：8-9.

[2] Leenhouts H P, Stoop P, van Tuinen S T. Non-nuclear industries in the Netherlands and radiological risks, Report No 610053003[R]. Bilthoven: National Institute of Public Health and the Environment, 1996.

[3] Worldsteel Association. World crude steel output increases by 1.2% in 2014[OL]. Brussels: Worldsteel Association, 2015, [2015-04-26]. http:∥www.worldsteel.org/media-centre/press-releases/2015/World-crude-steel-output-increases-by-1.2-in-2014.html.

[4] 環(huán)境保護(hù)部.2013年中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)[R].北京:環(huán)境保護(hù)部,2014.

[5] Crockett G M, Smith K R, Oatway W B, et al. Radiological impact on the UK population of industries which use or produce materials containing enhanced levels of naturally occurring radionuclides: Part Ⅱ the steel production industry, NRPB-W48[R]. Chilton: National Radiological Protection Board, 2003.

[6] Tuck C A. Mineral commodity summaries, iron ores[R]. Reston: U.S. Geological Survey, 2015.

[7] 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.1998—2014年工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量[OL].北京:中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局,2015[2015年11月28日].

[8] 劉華,羅建軍,馬成輝.第一次全國(guó)污染源普查伴生放射性污染源普查及結(jié)果初步分析[J].輻射防護(hù),2011,31(6):334-341.

[9] 劉福東,潘自強(qiáng),劉森林,等.全國(guó)煤礦中煤、矸石天然放射性核素含量調(diào)查分析[J].輻射防護(hù),2007,27(3):171-180.

[10]Cooper M B. Naturally occurring radioactive materials (NORM) in Australian industries: review of current inventories and future generation, ERS-006[R]. Beaumaris, Enviro Rad Services, 2003.

[11]Jia Guogang. The radiological impact of210Pb and210Po released from the Iron- and Steel-Making Plant ILVA in Taranto (Italy) on the environment and the public[J]. Journal of Chemistry, 2013, Article ID 964310, 1-19.

[12]IAEA. Extent of environmental contamination by naturally occurring radioactive material (NORM) and technological options for mitigation, IAEA technical reports series No. 419[R]. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2003.

[13]Khater A E M, Bakr W F. Technologically enhanced210Pb and210Po in iron and steel industry[J]. J Envir Radioa, 2011, 102(5): 527-530.

[14]Martin A, Mead S, Wade B O. Materials containing natural radionuclides in enhanced concentrations, EUR17625 EN[R]. Luxembourg: European Commission, 1997.

[15]Chen M, Degrange J-P, Gerchikov M Y, et al. Effluent and dose control from European Union NORM industries, assessment of current situation and proposal for a harmonised community approach, volume 1: main report, radiation protection 135[R]. Luxembourg: European Commission, 2003.

[16]EC. Practical use of the concepts of clearance and exemption: Part Ⅱ application of the concepts of exemption and clearance to natural radiation sources, radiation protection 122[R]. Luxembourg: European Commission, 2002.

[17]蔡珂,蔡英茂,劉志鵬.對(duì)包鋼新高爐渣綜合利用途徑的探討[J].包鋼科技,2008,34(5):77-80.

[18]IAEA. Radiation protection and safety of radiation sources: international basic safety standards: general safety requirements, interim edition, No GSR Part 3 (Interim)[R]. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2011.

[19]Penfold J S S, Degrange J-P, Mobbs S F, et al. Establishment of reference levels for regulatory control of workplaces where materials are processed which contain enhanced levels of naturally-occurring radionuclides, radiation protection 107[R]. Luxemburg: European Commission, 1999

[20]Van der Steen J, Van Weers A W. Radiation protection in NORM industries[C]∥Proceedings of 11thInternational Congress of the International Radiation Protection Association IRPA11, Madrid, Spain, 22-28 May 2004. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2004.

[21]Tanzi C P. Industries processing naturally occurring radioactive materials: twenty years of emission data in the Netherlands[C]∥IRPA 12: 12thCongress of the International Radiation Protection Association (IRPA): Strengthening Radiation Protection Worldwide, Buenos Aires, Argentina, 19-24 October 2008. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2008.

[22]D?ring J, Gerler J, Beyermann M, et al. Identification of enhanced concentrations of210Pb and210Po in iron ore industry[C]∥IAEA Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM Ⅳ), Proceedings of an International Conference Held in Szczyrk, Poland, 17-21 May 2004. TECDOC-1472, Vienna: International Atomic Energy Agency, 2005: 213-216.

Radiological Emissions and Radiation Safety Supervision of Iron and Steel Production

LI Jin-feng, JIANG Zi-ying, LI Xiao-yun, CHEN Ling*

China Institute of Atomic Energy, P. O. Box 275(82), Beijing 102413, China

Iron and steel industry in China developed fast with a crude steel production of 49.5% in the world in 2014. The raw materials used in iron and steel production are iron ore, coal and limestone, which all contain low levels of naturally occurring radioactive materials (NORM) in the U and Th decay chains and40K. Due to high temperature in the process of sintering, coking, iron and steel making,210Pb and210Po in238U series volatile after reaching their melting points and boiling points, and then condense on the atmospheric particles and release with other air pollutants so as to increase the public exposure. This paper demonstrated the recent research progress of NORM emissions from iron and steel making in Germany, Italy, the United Kingdom, the Netherlands, Australia and Egypt, as well as the reports from European Commission and IAEA. Sintering and iron making are the main processes that release naturally occurring radioactive materials. Some countries and organizations have developed management policies on NORM radiation. Measurements and radiological impact assessment of222Rn,210Pb and210Po in stack effluents should be intensively studied.

iron and steel production; naturally occurring radioactive materials; radiological impact; radiation safety; supervision

2015-02-09；

2015-06-01

湖南、湖北和江西三省長(zhǎng)江沿岸非核工業(yè)輻射水平調(diào)查(JC201303)

李金鳳(1985—)，女，山東濰坊人，博士，副研究員，從事能源環(huán)境、NORM研究

*通信聯(lián)系人：陳 凌(1967—)，男，四川筠連人，博士，研究員，從事輻射防護(hù)研究，E-mail: chenling6725@sina.com

X591

A

0253-9950(2015)06-0393-10

10.7538/hhx.2015.37.06.0393