粉煤灰放射性测定相关研究分析

粉煤灰放射性测定相关研究分析

李光明 郭美玉

贵州省煤炭产品质量监督检验院 贵州 六盘水 553000

摘要：我国是世界上煤资源丰富的国家之一。以能源耗量计，工业用75％，城市民用15％~20％，农村＜10％。研究表明，煤中含微量铀、钍、镭等天然放射性元素，燃烧后，煤灰中的放射性物质直接或间接排向周围环境，污染环境。虽然大部分粉煤灰的放射性元素含量符合国家标准，但由于煤种及燃烧过程的不同，一部分粉煤灰中的放射性元素会超标，因此对粉煤灰放射性的研究具有重要意义。本文就针对粉煤灰放射性测定相关展开详细的研究与分析。

关键词：粉煤灰；放射性；测定；

导言：

粉煤灰中所含的放射性核素对人体产生外照射（γ射线），所施放的氡及其子体又使人们受到内照射（α射线）。γ射线在空气中的电离小、射程长，从人体外部对人体构成危害；而常温下氡及其子体在空气中能形成放射性气溶胶释放α射线，很容易被人体呼吸系统截留，并在局部区域不断累积，从人体内部对人体构成危害，长期吸入高含量氡最终可诱发肺癌。为此，本文对粉煤灰放射性测定相关研究分析具有重要意义。

1 粉煤灰的放射性污染机理

1.1 燃煤中放射性物质的富集

文献报道,煤燃烧后原煤中的²³⁸U、²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K、和²¹⁰Pb等放射性元素会富集于粉煤灰颗粒中,经除尘器使大部分粉煤灰粒子积聚沉降而除去,小部分粉煤灰从烟道排入环境。粒子越小,其表面积越大,对放射性物质的吸附性越高。这些核素能自发地放出粒子,或γ射线,或自发裂变,产生放射性。国内主要煤矿中的原煤、煤渣、除尘灰及土壤中天然放射性核素水平,见表1。由表1可知,原煤的放射性水平与土壤的放射性水平相近,而煤渣和粉煤灰的放射性水平比原煤高1.3～6.3倍。其中,铀为原煤的2.1倍,钍为原煤的2.0倍,镭为原煤的1.3倍,铅为原煤的3.5倍,钋为原煤的6.3倍(粉煤灰与原煤平均值相比)。综上所述,由于放射性核素的相对富集作用,使粉煤灰具有较高的天然放射性比活度,其总α比活度大约为2600Bq/kg,²²⁶Ra、²³²Th、和²³⁸U的比活度是煤的3～6倍,是土壤中总α比活度的4倍。

表1我国煤、煤渣、粉煤灰、土壤的放射性水平

粉煤灰的放射性主要与煤的来源有关,不同原煤的放射性差异很大,同一煤矿煤的放射性也可能因为混杂的矿物差异而变化很大。粉煤灰的放射性核素含量不仅受地理环境和煤种的影响,还受燃烧工艺条件影响。粉煤灰建筑材料中放射性物质含量随粉煤灰的比例不同、原煤产地、品种存在差异。浙江、福建、山东、江西、安徽和江苏6省大型热电厂的16个粉煤灰样品的γ能谱分析表明,其主要放射性成分为²³⁸U、²³²Th两大衰变系和⁴⁰K。

1.2 粉煤灰中放射性物质的污染影响途径

粉煤灰放射性对环境的危害主要有两种方式:一是用于建筑物的粉煤灰,建筑材料制品放射性元素辐射和释放的氡气对人体的影响。人类60%以上的时间生活在室内,粉煤灰建筑材料放射性超标会对人体健康产生很大影响。二是粉煤灰堆放在贮灰场或用于回填、筑路等,粉煤灰中的放射性元素通过渗滤进入地下水,最终影响人类健康。

2 粉煤灰的放射性污染现状

燃煤过程中，由烟囱排人环境及残留在煤渣中的放射性元素，水平不高，但由于我国燃煤量大，其积累量不可忽视，而且煤燃烧后，天然放射性核素大部分富集在煤灰中，粉煤灰的放射性比活度比原煤高几倍甚至一个数量级川。粉煤灰的大量利用，可能对环境产生一定的辐射影响，成为人们生活、工作场所的放射性来源，粉煤灰建材的放射性过量，会对人体健康造成严重危害，如出现头昏、胸闷、目眩、全身无力、脱发等。由于放射性物质的半衰期都比较长，还可能引起人体的远期效应，包括躯体效应和遗传效应。氡是镭的衰变产物，氡及其子体具有α、β、γ三种衰变形式，对人体危害程度各异，其危害主要是氡及其子体在衰变过程中的α射线对人体的内照射，除能损伤肺部和上呼吸道外，还会加速某些慢性疾病的发展。因此，粉煤灰的综合利用必须谨慎对待其放射性污染问题。

3 放射性污染控制与管理

放射性核素的测定方法主要有γ能谱分析法、放射化学分析法和中子活化分析法等。放射化学分析法多采用闪烁法。测定²²⁶Ra时，需预先将²²⁶Ra制备成Ra(Ba)CO₃沉淀，再在氡、钍分析仪上测定。测定²³²Th时，先进行液相萃取色层分离预处理，再以分光光度计测定。铀则以液相萃取色谱分离，分光光度法测定。⁴⁰K可用火焰光度法测定。

3.1 天然放射性核素含量测定

采用《建筑材料放射性核素限量》中规定的测定方法。

3.1.1仪器

低本底多道γ能谱仪。

3.1.2取样与制样

3.1.2.1取样。随机抽取样品两份，每份不少于2 kg。一份密封保存，另一份作为检验样品。

3.1.2.2制样。将检验样品破碎，磨细至粒径不大于0.16 mm。将其放入与标准样品几何形态一致的样品盒中，称重(精确至0.1g)、密封、待测。

3.1.2.3测量。当检验样品中天然放射性衰变链基本达到平衡后，在与标准样品相同的测量条件下，测定其活度。

3.1.2.2.4测量不确定度的要求。当样品中²²⁶Ra,²³²Th,⁴⁰K放射性比活度之和大于37Bq／kg时，要求测量不确定度(扩展因子k=1)不大于20％。

3.2 超标判断值I_Ra和I_r的计算

引用《建筑材料放射性核素限量》,来判别粉煤灰中天然放射性核素含量是否满足国家限制标准。

3.2.1内照射指数。内照射指数是用建筑材料中的天然放射性核素²²⁶Ra的放射性比活度除以本标准规定的限量：I_Ra=C_Ra/200

3.2.2外照射指数。外照射指数是用建筑材料中的天然放射性核素²²⁶Ra、²³²Th、⁴⁰K的放射性比活度分别除以其各自单独存在时的标准规定限量之和。

3.3 放射性污染控制

为了减少和控制粉煤灰的放射性污染,可采取这样的防护措施:首先火力发电厂选择放射性低的燃煤以免产生二次放射性污染。第二,对放射性超标的粉煤灰,应与其它放射性低的物质混合使用,以“稀释放射性比活强度,降低辐射损伤”。第三,随着大掺量粉煤灰烧结砖和高性能绿色混凝土技术的应用,对由于粉煤灰掺量超过最高限量百分比而引起制品放射性超标的,可通过添加防护剂,使粉煤灰颗粒新接相位处产生结晶或胶结。为了减少放射性污染,加强放射性污染管理,2001年国家又制定了新的标准GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》。总之,尽管粉煤灰具有放射性,但若能有效地加以防护,采取一定的改善措施,则可防止或减少粉煤灰放射性对人类健康的危害,严格按照国家制定的标准合理利用,粉煤灰就可以作为一种原料,加以应用。由于我国原煤中放射性核素含量低于世界其它国家(均值)因而其应用前景比较乐观。

4 结语

综上可知，煤中含有微量铀、钍、镭等天然放射性元素,燃烧后粉煤灰中的放射性物质污染环境,影响人体健康,对粉煤灰的放射性研究有重要意义。本文介绍了粉煤灰的应用和放射性污染现状，指出了粉煤灰的放射性对人体健康具有潜在威胁。详细分析了放射性物质在燃煤中的富集规律，以及粉煤灰中放射性物质的污染影响途径。介绍了天然放射性核素含量的测量方法以及检测标准，并对减少粉煤灰放射性污染提出了几点建议。

参考文献：

[1]任书霞,要秉文,王长瑞.粉煤灰活性的激发及其机理研究[J].2017.

[2]张卫，刘普灵，郝玉怀等.山西燃煤电厂粉煤灰及煤矿矸石中天然放射性核素含量测定[J].2017.

[3]吴珂，赵孝文，范庆丽等.哈尔滨某电厂粉煤灰的天然放射性水平测量[J].2018.