Các hoạt động thăm dò, khai thác và chế biến các loại khoáng sản chứa chất phóng có nguồn gốc tự nhiên (NORM) như đất hiếm, sa khoáng titan, than đá, dầu khí… hiện ngày càng gia tăng vì những lợi ích kinh tế to lớn mang lại. Tuy nhiên, các hoạt động này có ảnh hưởng không nhỏ đến sức khoẻ con người và môi trường nếu không được quản lý và tuân thủ nghiêm ngặt các quy định an toàn bức xạ.
Chất thải phóng xạ có nguồn ngốc tự nhiên hay chất thải chứa nhân phóng xạ tự nhiên (Naturally occurring radioactive material waste) là chất thải có các chứa nhân phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên, bao gồm K-40 và các nhân phóng xạ nằm trong chuỗi phóng xạ tự nhiên của Urani và Thori. Các nguyên tố phóng xạ tồn tại lâu dài và bất kỳ sản phẩm phân rã nào của chúng, chẳng hạn như radium và radon đều là NORM. Những nguyên tố này luôn hiện diện trong lớp vỏ và khí quyển của Trái đất, và tập trung ở một số nơi, như mỏ quặng uranium. Thuật ngữ NORM tồn tại cũng để phân biệt “chất phóng xạ tự nhiên” với các nguồn chất phóng xạ do con người tạo ra, như các nguồn được sản xuất bằng năng lượng hạt nhân và được sử dụng trong y học hạt nhân. NORM đến bề mặt trái đất do các quá trình tự nhiên (khí radon di chuyển qua các vết nứt trên đá hoặc hòa tan và được vận chuyển nhờ các dòng nước ngầm), hoặc do các hoạt động của con người (khai thác mỏ, khai thác dầu khí, chế biến quặng phóng xạ…). Các hoạt động của con người đưa NORM lên bề mặt có thể khiến NORM trở nên cô đặc hơn trạng thái tự nhiên của nó. Ví dụ, tro than từ các nhà máy điện đốt than chứa dạng NORM đậm đặc hơn so với than khi lấy từ lòng đất.
Hiện có nhiều ngành công nghiệp khác nhau mà NORM có thể có mặt: Khai thác và chế biến khoáng sản, đất hiếm; ngành công nghiệp phân bón phốt phát, hoặc trong các ngành công nghiệp mài mòn và vật liệu chịu lửa; sản xuất dầu và khí; tái chế kim loại; lâm sản và sản xuất nhiệt điện, lượng nhỏ NORM có thể có trong nguyên liệu thực vật và trong than đá; các thiết bị xử lý nước ngọt hoặc nước thải; các công trình đào hầm và ngầm, các khu vực làm việc dưới lòng đất như hang động, hầm điện, đường hầm hoặc hệ thống cống có thể tiếp xúc với NORM (đặc biệt là khí radon), ở những khu vực có NORM trong đá.
Chuỗi phóng xạ tự nhiên sản sinh NORM
Công nghiệp khai thác và chế biến quặng phóng xạ từng được phát triển ồ ạt trong những năm 70 của thế kỷ trước và tạo nên sự dư thừa nguồn nguyên liệu phóng xạ, dẫn tới đóng cửa hang loạt mỏ và nhà máy chế biến quặng phóng xạ. Ngày nay, lượng bã thải cũ và lượng bã thải mới vẫn đang tiếp tục thải ra là rất lớn (riêng 2 mỏ và nhà máy chế biến urani ở Olympic Dam và Ranger (Úc) đã thải ra cỡ 10 triệu tấn bã thải có chứa urani, thori, radi… mỗi năm). Các bã thải này nói chung có hàm lượng các chất phóng xạ thấp và tồn tại ở dạng phóng xạ tự nhiên và thay đổi tuỳ thuộc vào từng mỏ cụ thể.
Mỏ Bayan Obo, Trung Quốc là một mỏ quặng sắt và đất hiếm nổi tiếng. Quặng có các nguyên tố phóng xạ, với hàm lượng ThO2 0,01-0,05% và 0,0005-0,002% U3O8. Mỏ đã được khai thác trong hơn 50 năm. Quặng được vận chuyển bằng tàu đến các nhà máy ở Baotou để chế biến các sản phẩm từ sắt và thép, đất hiếm và các hợp chất của chúng, sinh ra lượng lớn chất thải NORM. Hiện khoảng 560 triệu tấn đá thải được lưu trữ trong các bãi đá thải tại chỗ xung quanh các hố khai thác lộ thiên, 149 triệu tấn chất thải được lưu trữ trong một hồ chứa chất thải, khoảng 55 triệu tấn xỉ sắt được lưu trữ trong một bãi thải xỉ và 437.300 tấn bã thải đất hiếm được lưu trữ trong một cơ sở lưu trữ chất thải phóng xạ.
Quặng, đá và chất thải chứa nhân phóng xạ tự nhiên NORM
Trên thực tế, các nhà máy nhiệt điện than trên thế giới thải ra môi trường nhiều chất phóng xạ hơn là các nhà máy điện hạt nhân, tro xỉ của chúng là nguồn tạo ra lượng rất lớn NORM. Việc khai thác quặng cũng làm phát sinh NORM như khai thác than thải ra lượng đất đá kèm theo nước thải có thể có mức độ phóng xạ, đặc biệt ở các mỏ than chìm còn có thể phát hiện thấy mức radon cao; khai thác sa khoáng có monazite chứa nhiều loại khoáng chất hiếm (đặc biệt là cerium và lanthanum), 5-12% (thường là khoảng 7%) thorium và xenotime – yttri phosphate với nguyên tố vết của uranium và thorium. Ở Việt Nam, chất thải NORM trong sa khoáng đang là mối quan tâm hàng đầu của các doanh nghiệp khai thác và chế biến sa khoáng ven biển. Hơn 95% thị trường zirconium yêu cầu zircon ở dạng zirconium silicate. Khoáng chất này được sử dụng chủ yếu trong các xưởng đúc, sản xuất vật liệu chịu lửa và công nghiệp gốm sứ. Zircons thường có hoạt độ lên tới 10.000 Bg/kg U-238 và Th-232. Thông thường, người ta không loại bỏ các hạt nhân phóng xạ khỏi zircon vì điều này không kinh tế. Do zircon được sử dụng trực tiếp trong sản xuất vật liệu chịu lửa và men, nên các sản phẩm làm từ zircon sẽ chứa lượng phóng xạ tương đương. Bột từ các bộ lọc được sử dụng trong quá trình sản xuất zirconia đã được phân tích và có nồng độ hoạt độ phóng xạ lên tới 200.000 Bq/kg Pb-210 và 600.000 Bq/kg Po-210, rất độc hại.
Đá tự nhiên có chứa NORM trong các hầm mỏ
Khai thác và chế biến quặng kim loại, ngoài uranium, cũng có thể tạo ra một lượng lớn chất thải NORM. Những chất thải này bao gồm quặng đuôi và xỉ luyện kim, một số trong số đó có chứa nồng độ cao uranium, thorium, radium và các sản phẩm phân rã của chúng. Cũng như đối với than, mức độ NORM gặp phải thay đổi theo khu vực và sự hình thành địa chất. Thông thường, hoạt độ phóng xạ trong chất thải có thể đạt tới hàng nghìn Bq/kg, ví dụ: 3500 Bq/kg U-238 và 8800 Bq/kg Pb-210 trong quặng đồng Nam Phi. Chỉ những kim loại đặc dụng và kim loại đất hiếm mới vượt qua được mức này. Đối với sản xuất phosphat và phân bón: đá phosphat được sử dụng làm phân bón chính là NORM do có cả hai thành phần urani và thori. Phosphat chủ yếu được khai thác từ đá apatit và phosphat, trong đó nồng độ phốt phát được tăng cường bởi các quá trình trầm tích núi lửa, phong hóa và sinh học. Hàm lượng phosphat cao thường trùng với hàm lượng urani cao (50-300 ppm). Độ phóng xạ của các quặng này có thể lên tới 10.000 Bq/kg. Ngoài ra, vật liệu xây dựng cũng có thể chứa mức độ hạt nhân phóng xạ cao, đặc biệt là Ra-226, Th-232 và K-40. K-40 có ý nghĩa nhất trong dữ liệu được công bố của Úc, lên tới 4.000 Bq/kg trong đá tự nhiên và 1.600 Bq/kg trong gạch đất sét và bê tông. Gạch cũng có thể chứa tới 2.200 Bq/kg Ra-226. Hiện tại, ở Việt Nam, công nghiệp chế biến quặng photsphát hoặc quặng bô xit, chế biến dầu mỏ vẫn chưa được xem là công nghiệp chế biến quặng có liên quan đến NORM. Các chất thải sinh ra từ các quá trình sản xuất này vẫn được xem là chất thải rắn công nghiệp hoặc chất thải rắn công nghiệp độc hại và chịu sự chi phối của các chính sách quản lý tương ứng, trong đó yếu tố phóng xạ chưa được quan tâm.
Hiện nay, Bộ Khoa học và Công nghệ đã tiến hành xây dựng dự thảo Thông tư ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) về quản lý chất thải có chứa nhân phóng xạ tự nhiên. Thông tư sẽ có tác động trực tiếp đến các tổ chức, cá nhân trong và ngoài nước có hoạt động làm phát sinh chất thải NORM ở Việt Nam và các tổ chức, cá nhân làm công tác xử lý, vận chuyển và lưu giữ chất thải NORM mà không phải là chủ nguồn chất thải.
Từ khóa: NORM; đất hiếm; khai thác quặng; chế biến quặng phóng xạ;
– CMD&DND –
