[科普中国]-放射性固体废物

介绍

放射性固 体废渣主要来源于放射性矿物的加工以及放射性物质在核电站、工业、医学和科学研究等方面的利用过程和核武器的试验等。

铀是目前核能 工业的主要原料，每生产1吨铀约有200吨废 渣产生，其中约含1.5×10贝可(400居里) 的镭。一般反应堆每年约产生10～100米放 射性固体废渣。同其他固体废渣相似，放射性废渣应先经回收后再进行处理。

随着核能源的日益发展，放射性固体废物量迅速增加，控制和防止环境中放射性污染，是保护环境的重要方面。

来源①从含铀矿石提取铀的过程中产生的废矿渣。②铀精制厂、核燃料元件加工厂、反应堆、核燃料后处理厂以及使用放射性同位素研究、医疗等单位排出的沾有人工或天然放射性物质的各种器物。③放射性废液经浓缩、固化处理形成的固体废弃物。1

危害铀矿开采为核燃料生产的第一个环节。铀矿石种类繁多，凡含氧化铀的平均品位为0.22%者属于富矿，有工业开采价值的品位一般在0.05%以上。铀常与其他金属如钍、 钒、 钼、铜、镍、铅、钴、锡等共生,甚至在磷酸盐岩、硫化矿物和煤中也有铀。因此含铀矿渣内不仅有放射性核素，而且可能有其他伴生的重金属元素。

铀矿石中所含的天然铀，99.28%是铀，其衰变后所产生的一系列放射性核素（铀镭系）。这些核素分别放出α、β或γ射线。其中镭为重要的污染物，在水冶过程中，约有98%以上留在尾矿渣内，危害最大。氡为气体，在通风不良的作业区，也容易造成危害。镭的三种子体(钋、铅、铋）和钋均为固体，半衰期都较短，如在大气中生成，会迅速附着在灰尘颗粒或其他固体物质的表面，从而延长飘浮的时间，进入人体后可能沉积于呼吸道和肺部。

处理方式对放射性固体废物采取的处理方式：

(1)深埋地下或装入混凝土制的桶内投入海底。但非根本性控制污染的措施，随着排出量的增加仍对人类造成重大的威胁；

(2)通过 焚烧使可燃性固体废物体积减小10—15倍，有利于对放射性有机体的处理；

(3)使受放射性污染的设备、仪器、器材等钢铁制品等可用洗涤剂去污、再用喷涂法消除大面积的表面沾染，必要时熔化，使放射性元素固结在熔渣之内，以消除对环境的影响。

一般可对放射性固体废物回收处理。方法是用硫酸浸提和离子交换。目前美国对含0.045% U3O8的标准尾矿作硫酸浸提，可将78%的铀溶解回收。一般的放射性固体废渣，在粉碎后经硫酸浸出将以离子交换柱吸收，然后用硝酸 铵溶液将放射性元素洗脱，再加碱沉淀回收。 经回收后的残渣如放射性小于0.2×10 希/小时，可不必采取特殊处理措施，如超过此标准，还需进行固化或用混凝土箱封闭，再作埋藏或投海处理。2

铀矿渣处置铀矿渣含有天然放射性元素。关于它的比放射性标准，国际上尚未作统一规定。中华人民共和国《放射防护规定》第三十一条规定：“比放射性大于1×10居里/公斤者，应按放射性废物处理。”

迄今采用的处理含铀尾矿渣的方法是堆放弃置，或者回填矿井。有些国家正在研究根本解决的方法。例如在水冶加工方面，提出地下浸出和就地堆浸技术，只把浸出液送往水冶厂提取金属铀。此外，还研究尾矿渣的固结和造粒技术；利用各种化学药品和植被使尾矿坝层稳定。

受放射性沾污器物的处置 对于沾有人工或天然放射性核素的各种器物，就其比放射性的强弱分为高水平和中、低水平两类；就其性质则区别为可燃性和非燃烧性两种。这类固体废物的主要的处理和处置方法是：

去污

受放射性沾污的设备、器皿、仪器等，如果使用适当的洗涤剂、络合剂或其他溶液在一定部位擦拭或浸渍去污，大部分放射性物质可被清洗下来。这种处理，虽然又产生了需要处理的放射性废液等，但若操作得当,体积可能缩小,经过去污的器物还能继续使用。另外，采用电解和喷镀方法也可消除某些被沾污表面的放射性。

压缩

将可压缩的放射性固体废物装进金属或非金属容器并用压缩机紧压。体积可显著缩小，废纸、破硬纸壳等可缩小到1/3至1/7。玻璃器皿先行破碎，金属物件则先行切割，然后装进容器压缩,也可以缩小体积,便于运输和贮存。

焚烧

可燃性固体废物如纸、 布、 塑料、木制品等，经过焚烧，体积一般能缩小到1/10至1/15，最高可达1/40。焚烧要在焚烧炉内进行。焚烧炉要防腐蚀，并要有完善的废气处理系统，以收集逸出的带有放射性的微粒、挥发性气溶胶和可溶性物质。焚烧后，放射性物质绝大部分聚积在灰烬中，残余灰分和余烬要妥加管理以防被风吹散。已收集的灰烬一般装入密封的金属容器，或掺入水泥、沥青和玻璃等介质中。焚烧法由于控制放射性污染面的要求很高，费用很大，实际应用受到一定限制。

埋藏

选择埋藏地点的原则是：对环境的影响在容许范围以内;能经常监督;该地区不得进行生产活动；埋藏在地沟或槽穴内能用土壤或混凝土覆盖等。场地的地质条件须符合：①埋藏处没有地表水；②埋藏地的地下水不通往地表水；③预先测得放射性在土壤内的滞留时间为数百年,其水文系统简单并有可靠的预定滞留期;④埋藏地应高于最高地下水位数米。

有些国家认为天然盐层比较适宜作为这种废物的贮存库。理由是盐层的吸湿性良好，对容器的腐蚀性较小，易于开挖，时间久了，有可能形成密封的整体，对长期贮存更为安全。德意志联邦共和国正在一座废弃的阿瑟盐矿进行试验，美国国立橡树岭实验室(ORNL)提出了理想的盐穴贮藏库的模型。

海洋处置

近海国家采用桶装废物掷进深水区和大陆架以外海域的海洋处置法。要求盛装容器具有足够的下沉重量，能经受住海底的碰撞，能抵御深水区的高压作用，并能防止腐蚀和减少放射性的浸出量。经过实践认为，处置区必须远离海岸、潮汐活动区和水产养殖场。此法对公海会造成潜在危害，国际上颇有争议。

放射性废液转化成的固体废物的处置 放射性废液浓缩产物经过固化处理而转化成的放射性固体废物，一些国家倾向于采取埋藏的办法处置，认为这样能保证安全。依照所含放射性强度的自发热情况，低水平废物可直接埋在地沟内。中等水平的则埋藏在地下垂直的混凝土管或钢管内。高水平固体废物每立方米的自发热量可达430千卡/小时以上，必须用多重屏障体系:第一层屏障是把废物转变成为一种惰性的、不溶的固化体，第二层屏障是将固化体放在稳定的、不渗透的容器中；第三层屏障是选择在有利的地质条件下埋藏。

最终处置

放射性固体废物管理的根本问题是最终处置。目前在探讨中的高水平放射性废物的最终处置方法有：将重要的放射性核素如铯、锶、氪和碘等置于反应堆中照射，使之转变成尽快衰变的短寿命核素或转变成稳定性核素；利用远程火箭将放射性物质运载到地球引力以外的太空中去；或是置于南极冰上，利用其释放的热能溶化冰块形成一井穴而将废物封锢等。这些设想，涉及国际条约，并且有技术和经济上的困难，近期内难于实现。

放射性固体废物的回收利用

对于铀矿石和废矿渣，主要是提高铀、镭等资源的回收率和回收提炼过程中所使用的化学药品等。至于大量裂变产物和一些超铀元素的回收必须先把它们从废液或灰烬的浸出液中分离，然后根据核素的性质和丰度分别或统一纯化,作为能源辐照源或其他热源、光源等使用，也可考虑把高水平的放射性固体废物制成固体辐射源，用于工业、农业及卫生方面。