伊比利亚黄铁矿带铜矿废料的放射性评估及其环境风险研究

本研究针对伊比利亚黄铁矿带(IPB)历史遗留铜矿废料的放射性风险问题，通过多元素分析及α/γ能谱技术，系统评估了浮选黄铁矿(FP)、焙烧黄铁矿(RP)、炉渣(SL)等废料中238U、232Th系列核素及40K的活度浓度，并计算Raeq、Hex等放射学指标。结果表明所有废料的放射性指标均低于国际限值，可安全用于建材回收，为NORM(天然放射性材料)废料管理提供了科学依据。

　　

伊比利亚黄铁矿带(IPB)作为全球最大的块状硫化物矿床聚集区，自公元前4500年至今的采矿活动产生了大量含重金属和潜在放射性物质的废料。这些废料长期暴露于环境中，不仅导致As、Cu、Pb等有毒金属污染，还可能因天然放射性核素(如²³⁸U、²³²Th)的富集引发辐射风险。随着欧盟NORM法规的推行，亟需对IPB矿区废料进行放射性评估以指导其安全利用。

西班牙韦尔瓦大学自然资源、健康与环境研究中心(RENSMA)的研究团队选取Sotiel Coronada、Cueva de la Mora和Tharsis三个典型矿区的浮选黄铁矿(FP)、焙烧黄铁矿(RP)、炉渣(SL)等五类废料，采用ICP-MS/XRF分析多元素组成，结合α/γ能谱测定²³⁸U、²³²Th衰变链核素及⁴⁰K活度浓度，并计算Raeq(镭当量活度)、Hex(外照射指数)等放射学指标。研究发现废料中²³⁸U活度(24-52 Bq/kg)与²³²Th(2.3-54 Bq/kg)均接近未扰动土壤水平，⁴⁰K(19-817 Bq/kg)则因废料类型差异显著。关键指标Raeq(21-177 Bq/kg)和Hex(0.06-0.48)均低于国际限值(370 Bq/kg和1)，证实其放射性风险可忽略。该成果发表于《Heliyon》，为IPB废料的建材化利用提供了放射学依据。

研究采用以下关键技术：1) ICP-MS/OES和XRF对废料中Fe、S、Cu等元素进行定量；2) α能谱通过TBP萃取-电沉积法分离测定U/Th同位素及²¹⁰Po；3) HPGe γ能谱分析²²⁶Ra、²¹⁰Pb等γ核素；4) 基于活度数据计算Raeq、Hex、Ic等放射学指数。

主要结果

1. 多元素特征：废料呈现类型特异性元素组成，如焙烧黄铁矿含Fe达50.2%，浮选废料含S高达42.5%，而炉渣富含Ca(1.20%)和Si(16.0%)。所有废料的Cu、As等重金属含量超土壤3-4个数量级，凸显毒性风险。

2. 放射性活度：²³⁸U与²³²Th系列核素在多数废料中保持衰变平衡，但化学处理导致页岩废料(SH)中²¹⁰Pb(75.5 Bq/kg)和浸出黄铁矿(PY)中²²⁶Ra(79.59 Bq/kg)富集。

3. 放射学指标：页岩废料的Raeq最高(177 Bq/kg)，但仍低于370 Bq/kg限值；Hex(0.48)和Ic(0.65)等指标均满足建材使用标准。

结论与意义

该研究首次系统证实IPB铜矿废料的放射性风险可忽略，突破性地解决了NORM废料资源化利用的放射学壁垒。通过建立废料特征指纹(如⁴⁰K/²³⁸U比值)，为废料分类管理提供了新工具。研究成果直接支持欧盟《2013/35/UE指令》的实施，为全球类似矿区废料处置树立了范例。值得注意的是，尽管放射性安全，废料中重金属污染仍需单独治理，未来可探索放射性-化学协同修复技术。