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摘要：本文介绍了目前国内核工业放射性污染金属现状，从国家政策和法规出发，阐述了放射性污染废金属熔炼后在核行业内循环再利用的趋势和方向。根据废物源项特征及核工业内需求，确定熔炼后金属生产铸铁钢箱、球墨铸铁容器等各种包装容器为产品，并推荐了较为合理的工艺路线，国内放射性污染废金属在核工业体系内循环再利用的接收限值和产品形式及限值标准还需进一步论证。

关键词：放射性污染金属；核行业内循环再利用；接收限值；产品限值标准

引言

随着我国老旧核设施陆续退役、我国核电和核燃料循环相关核设施运行检维修过程中，积存大量的放射性污染废金属，且年产生量日益上升。但目前国内多数中低放固体废物暂存库已超期服役，面临库满的困境[1]。其中大部分放射性污染废金属属于解控水平、极低放、较低放射性金属废物，在放射性废金属总量中占有相当的比重，尽管这些废物的危害性远小于高放废物，但数量却远胜于高放废物。因此，研究放射性污染废金属循环利用技术对社会的持续健康发展具有重要意义。

2017年，国家出台了《关于推进资源循环利用基地建设的指导意见》，要求对废钢铁、废有色金属等废弃物提高综合利用水平。针对放射性金属的再循环、再利用最好方式是将放射性金属废物熔炼减容后，铸造成可再复用的废物包装容器、设备基座等产品，在核系统内循环使用，既符合GB 14500-2002《放射性废物管理规定》中放射废物的管理方针，又可实现金属废物的循环再利用[2]。

1、国内放射性废金属暂存及产生情况

对国内部分主要涉核单位如：秦山核电、大亚湾核电、田湾核电、中核四0四有限公司、四川核环保有限公司、中国原子能科学研究院、清华大学、中国工程物理研究院及其他涉核单位，放射性金属废物暂存情况进行了调研统计，结合现有文献资料[2]，推其总量和预期产生量进行估算。国内放射性污染金属废物暂存情况统计如下表1所示。核电站每年运行和检修过程会产生一定量的待解控和低放射性水平金属。以一台机组每年产生3.5吨污染金属废物测算[1][2]，现有核电机组55台套，国内核电每年产生金属废物190吨，并且此数目随着投入运行机组的数量增加而上升。另一方面，十年后我国核电陆续面临退役问题，届时将产生大量金属废物。以上世纪八十年代退役的“四号机组”为例，退役产生的废金属总重约2000t[1]；拆除俄国的RBMK1000反应堆将产生Cr-Ni钢大约35000t，其中大部分将适合于去污后再循环[5]。

4 铀矿冶、燃料制备生产设施 天然铀污染 1800t 200t

目前，从金属材质分类，这些放射性污染废金属，绝大部分为碳钢、不锈钢，以及占比较少的铜、镍、铝等。核设施运维产生的废物中不锈钢占比相对高一些，而核设施退役产生的废物以碳钢为主，综合估算废物材质占比，70%为碳钢，30%为不锈钢及其他有色金属。按《放射性废物分类》（2017年65号），国内放射性污染金属的放射性水平大概分布：低放水平的约占40%，极低放水平的占30%，解控水平的占20%。

2 循环再利用路线论证

IAEA安全导则提及金属回收和生产工业中无看管源和其他放射性物质的控制，满足监管废金属和金属产品中放射性物质的“安全要求”，考虑就保护工作人员、公众及环境的安排提出了建议，供一般的金属回收及生产行业参考[3]。它适用于处理废金属以便回收和随后处理这种物料的所有作业，就如何根据单个金属回收和生产设施的规模以及可能合理预期会遇到的放射性物质，采用分级办法控制无看管源和其他放射性物质提出了建议。

对放射性污染金属的处理，目前国内外主要采取固定后处置，表面去污降级，表面去污后熔炼整备暂存方法。固定后处置是一种浪费，而且为了降低处置对环境的潜在风险，必须经过长期的检测，处置费用高。而熔炼整备过程，其实也是一种去污手段，核素经过重新分配，进入气相或炉渣中，金属则被铸成钢锭或产品，进行合理的再利用。故对放射性污染金属而言，熔炼前预处理→熔炼→再利用是一种优化的处理方法[6]。

经调研，核行业内钢铁可以熔炼后循环利用的产品渠道大致有以下几种：

（1）铀矿山机械设备部件（铲、挖、钻、装载等设备的部件）；（2）核设施所用的大型铸铁基座、防护屏蔽材料；（3）处置设施用的废物隔架；（4）用于处置的各种低、中放射性废物包装容器（5）长期使用的废物或废旧源暂存、转运屏蔽容器。

放射性污染金属熔炼循环再利用还受到很多因素影响，主要有：接收放射性污染金属熔炼前的放射性水平限值、产品的限值标准、技术可行性、成本经济合理性。目前因铀矿山改革转型，绝大部分硬岩铀矿企业已处理关停或退役状态，对解控后再利用的金属量严重受限。核设施所用的大型铸铁基座、防护屏蔽材料、处置设施用的废物隔架、转运屏蔽容器等，需求量不稳定、经济性不好。所以，目前熔炼后金属生产铸铁钢箱、球墨铸铁容器等满足最终处置和长期暂存要求的各种包装容器是需求量大且需求稳定，而且使用后将与废物体作为废物包，一直处于监管受控状态直至最终处置。

3 工艺路线

首先污染金属的接收按材质分类，挑选出生铁、废钢、铁合金，同时剔除铅、锡、砷、锌、铜等有色金属，符合熔炼后产品所需钢质要求的原料准备；经放射性取样检测（表面剂量测量与按照抽样原则钻孔化学分析放射性比活度结合），不符合限值的采用用局部高点切割剔除，根据检测废物污染特征如果是深层均匀污染的造成的超限值作为低放废物处理。符合限值的将采用高压水或超声波联合去污后给熔炼炉备料。

常见的熔炼废金属预处理去污技术，有吸尘去污、凝胶去污、泡沫去污、化学去污、超声波去污，电化学去污，高压水射流去污，激光去污等[2]。实践应用表明，高压水射流去污应用普遍，对较为规则的表面污染去污效率高；超声波与电化学去污对小尺寸管道类或孔隙类的表面污染去除效果高。对于熔炼去污，一般有感应炉、电弧炉、电渣重熔炉、等离子熔炼等炉型。感应炉因其钢水组分均匀化较好，也易于烟气控制、升温快等优点，得到广泛应用，电渣重熔炉对钢质组分去除有害杂质更优，韧性强度好，可获得大尺寸的金属铸材。对于熔炼炉型选择，要从产品品质需要、二次废物和流出物等环境因素、能耗经济性等方面[6]还要进一步论证。对于符合限值但水平较高，成分复杂的熔炼源项，预判为不合格批次的可以先浇注成钢锭暂存衰变。对于熔炼形成产品一段时期市场饱和，可先浇注成钢锭减容暂存，后续为扩宽核行业内部市场需求做准备，比如：可重铸提炼高品质钢种和配套精加工的工艺做表面光洁度高、韧性强度高的产品，扩宽产品渠道，做好产业开发的延续。

4 限值标准

4.1 接收限值

2021年国内首条核电站废旧金属熔炼去污处理循环再利用生产线在湖南核工业宏华机械有限公司投运。该条生产线对人工核素污染废弃金属熔炼接收暂定了以下要求[2]：1）β表面污染水平限值不高于30Bq/cm2；2）表面接触剂量不高于15μSv/h；3）含有多种核素时，其γ核素总活度小于106Bq/kg；4）各放射性活度浓度限值见表2。产品形式：废金属熔炼后浇注成屏蔽套或废物转运钢箱。

2023年中核环保有限公司王琪等人采用倒推法，从放射性金属再利用最终产品所遵从的照射剂量率约束值出发，确定了熔炼后中间产品中的放射性核素活度浓度限值，最后推导出了熔炼厂接收放射性金属废物的表面剂量率限值。1） 最终产品的表面剂量率限值为：对于钢桶和钢箱，表面剂量率低于10μSv/h；对于屏蔽体，表面剂量率低于100μSv/h。2）用于制造钢桶和钢箱的钢锭中Co60活度浓度应低于40Bq/g；用于制造屏蔽体的钢锭中Co60活度浓度应低于180Bq/g，由此得到的废金属表面剂量率的包络值计算值100μSv/h。3）废金属表面剂量率接收限值可保守估计低于200μSv/h。

4.2 产品放射性控制限值

虽然我国对达到清洁解控标准要求的金属可以无限制再利用，例如：GB17567-2009专门给出了核设施运行和退役中产生的钢铁、铝、镍、铜材料、设备和工具再循环再利用的清洁解控水平。但因放射性等敏感问题，去污后的废金属基本都是在核工业行业范围内再循环。另外，核工业系统以外铸造、冶炼厂家均因金属放射性原因，即使去污后金属完全满足无限制循环再利用条件，但大都不愿接收该金属；而国内熔炼中心产能有限，配备各种铸造、冶炼设备经济性，例如对于冷轧、热轧设备，熔炼金属量远达不到最低产能要求[2]。国内放射性污染废金属在核工业体系内循环再利用的接收限值和产品形式及限值标准正处于研究论证阶段。例如：中国辐射防护研究院模拟验证了核电废金属经熔炼后（以Co60为主要核素）比活度为1Bq/g铸锭制作为LID-Ⅱa型合金钢桶和FA-Ⅳ型合金钢箱，对年累积操作时间为700h的工作人员的职业照射有效剂量满足国家标准[4]。如果产品为最终处置和长期暂存废物包装容器，一直处于监管受控状态，那么其接收限值和产品限值应可经过论证评估相应提高，这样可接收熔炼的污染金属范围和量更广，宜于形成可持续生产规模集约化处理形成产品。

5、结论及建议

5.1 我国核工业产生并已积累了大量放射性污染废金属，直接整备后处置增加处置成本，浪费资源。经去污后废物做成的包装容器来包装废物，符合循环经济发展要求，具有重大的社会效益和经济效益。

5.2 通过论证，目前预处理去污后熔炼对于放射性污染废金属是最优的处理方法，加工产品为铸铁钢箱、球墨铸铁容器，需求量大、加工工序相对简单、经济合理。后续需明确熔炉去污炉型的选择，及进一步延伸钢锭重铸产品的产业规划。

5.3 加快推进国内放射性污染废金属在核工业体系内循环再利用，以预处理去污后熔炼的工艺路线形成产业化，需要尽快建立国内放射性污染废金属在核工业体系内循环再利用的接收限值和产品形式及限值标准。

参考文献：

[1]魏方欣.核电可持续发展与低中放固体废物处置困境[J].能源环境保护.2013，27（2）.

[2]张根，周进，李利等.放射性污染金属再循环、再利用处理工艺研究[J].新型工业化.2022.8

[3]IAEA.Safety Guide[s].2002，No.SSG-17.

[4]罗恺，李洋，赵杨军.核电废金属熔炼为容器的剂量限值研究[J].四川环境.2018，37（5）.

[5]邓浚献，李昕.反应堆退役放射性废金属的熔炼处理[J].核安全.2008，1（1）

[6]王晓黎，林良元，罗西林.放射性污染金属的再利用[C].中国核学会辐射防护分会.小型循环经济学术研讨会论文汇编，2008：108-111.

[7]王琪，任丽丽，姚振宇.放射性金属废物再利用的表面剂量率接收限值研究[J].南华大学学报（自然科学版）.2023，37（6）