เขตสังเวยกากกัมมันตรังสีจากการสกัดแร่หายาก ยูเรเนียมและทอเรียมจากทรายโมนาไซต์ในประเทศไทย

MoU ระหว่างสหรัฐอเมริกา-ไทยที่ลงนามกันไปเมื่อวันที่ 26 ที่กรุงกัวลาลัมเปอร์ได้สร้างปรากฎการณ์ “critical minerals/rare earth rush” และคำว่า ”แร์เอิร์ธ“ ได้กลายเป็น viral ไปทั่วทุกบทสนทนาในขณะนี้

แต่น้อยคนรู้ว่า เมื่อ 30 ปีที่แล้ว เคยมีการสกัดแร่หายากจากโมนาไซต์ในประเทศไทยที่จังหวัดปทุมธานี และปัจจุบันพื้นที่ดังกล่าวกลายเป็น “เขตสังเวยกากกัมมันตรังสี“ จากกระบวนการดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากเหตุการณ์น้ำท่วมใหญ่ในปี 2554

ศูนย์วิจัยและพัฒนาแร่หายาก (RE R&D Center) ตั้งอยู่ที่อำเภอคลองหลวง จังหวัดปทุมธานี ศูนย์แห่งนี้เคยดำเนินการโดยสำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ (OAP) ระหว่างปี พ.ศ. 2538 – 2548 เพื่อดำเนินการสกัดธาตุแร่หายากจากทรายโมนาไซต์รวมถึงกิจกรรมการสกัดยูเรเนียม (U) และทอเรียม (Th) ต่อมาในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2549 หลังจากการปรับโครงสร้างองค์กร ศูนย์ดังกล่าวได้ถูกโอนย้ายมาสังกัดสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (TINT)

อย่างไรก็ตาม กระบวนการแปรรูปแร่หายากและโมนาไซต์ รวมถึงโรงสกัดยูเรเนียมและทอเรียมหยุดดำเนินการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2548 ต่อมาในปี พ.ศ. 2554 ประเทศไทยประสบภัยน้ำท่วมครั้งใหญ่ โรงงานนำร่องและบริเวณโดยรอบถูกน้ำท่วม ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการปนเปื้อนของวัสดุกัมมันตรังสีธรรมชาติ (Naturally Occurring Radioactive Material – NORM)

วัสดุกัมมันตรังสีธรรมชาติ (Naturally Occurring Radioactive Material – NORM) คืออะไร?

NORM ย่อมาจาก “Naturally Occurring Radioactive Material” หรือ “วัสดุกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ” กล่าวคือ เป็นสารที่มีไอโซโทปกัมมันตรังสี (radionuclides) อยู่โดยธรรมชาติ

ของเสียประเภท NORM มักเกิดจากกระบวนการอุตสาหกรรม การทำเหมือง หรือการผลิตที่มีการใช้วัสดุซึ่งมี NORM อยู่แล้ว

ในกรณีนี้ ของเสีย NORM เกิดจากกระบวนการแปรรูปโมนาไซต์ (monazite processing) และการสกัดยูเรเนียม–ทอเรียม (U-Th extraction) ในโครงการนำร่องของศูนย์วิจัยและพัฒนาแร่หายาก (Rare-Earth Research and Development Center) สังกัดสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (TINT) ประเทศไทย

ในประเทศไทย แร่โมนาไซต์ (Ce, La, Nd, Y, Th) พบในแหล่งทรายแร่หนัก (heavy-mineral sand deposits) และแหล่งสายแร่ในแร่ดีบุกเกรดต่ำทางภาคใต้ของประเทศโดยมีปริมาณแร่ธาตุหายากรวมประมาณ 60.20 % REO

แร่หายากเข้มข้น (rare earth concentrates) จะถูกนำไปผ่านกระบวนการทางเคมีเพื่อสกัดสารประกอบแร่หายากชนิดผสมออกมา ในกรณีทั่วไป การแปรรูปทางเคมีของแร่จากหินแข็งเริ่มจากการเผา (calcining) เพื่อขับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และทำให้ซีเรียม (cerium) ถูกออกซิไดซ์ไปอยู่ในสถานะวาเลนซ์ จากนั้นจะผ่านขั้นตอนต่าง ๆ เช่น การบด การชะด้วยด่าง (caustic leach) แล้วตามด้วยการชะด้วยกรดไฮโดรคลอริก (hydrochloric acid) เพื่อทำให้แร่หายากชนิดที่ไม่ใช่ซีเรียมละลายออกไปได้เป็น สารเข้มข้นซีเรียม(cerium concentrate) ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าต่ำได้โดยตรง หรือแยกต่อให้ได้ธาตุหายากบริสุทธิ์แต่ละชนิด

ศูนย์วิจัยและพัฒนาแร่หายาก

พื้นที่ศูนย์ประกอบด้วยอาคารประมาณ 18 หลัง สำหรับการดำเนินกิจกรรมต่างๆ อาคารหมายเลข 8 (B8) เป็นอาคารหลักสำหรับกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับรังสีประกอบด้วยโรงแปรรูปโมนาไซต์และโรงสกัดยูเรเนียม–ทอเรียม อาคารหมายเลข 9 (B9) เป็นโรงแปรรูปแร่หายากสำหรับสกัดธาตุแร่หายาก อาคารหมายเลข 14(B14) เป็นสถานที่เก็บกักยูเรเนียมและทอเรียมในรูป “เค้ก” (uranium/thorium cake) อาคารหมายเลข 18(B18) ใช้เก็บทรายโมนาไซต์ซึ่งมีปริมาณจำนวนมาก

จนถึงช่วงที่มีการทำการศึกษาโครงสร้างพื้นฐานด้านความปลอดภัยทางรังสี เพื่อรองรับการจัดการของเสียที่เกิดจากกระบวนการแปรรูปแร่ ซึ่งมีวัสดุกัมมันตรังสีธรรมชาติหรือ NORM (Naturally Occurring Radioactive Material) รวมถึงการ ติดตามตรวจสอบการปนเปื้อน (Contamination Monitoring) ในพื้นที่ที่เคยใช้ดำเนินการสกัดและแปรรูปแร่หายากในปี พ.ศ.2559 หลังจากเหตุการณ์น้ำท่วมใหญ่ในปี พ.ศ.2554 อาคารเหล่านี้ยังคงมีเครื่องมือและวัสดุเดิมอยู่ แต่มาตรการความปลอดภัยยังไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม ของเสียยังไม่ได้ถูกจำแนกประเภทอย่างเป็นทางการ โดยภายในอาคารมีการปะปนกันของเครื่องมือ สารเคมี ตะกอน NORM และของเสียอื่นๆ รวมถึงมูลนกที่สะสมอยู่เป็นจำนวนมาก

การศึกษาครั้งนี้ยังได้ทำการเก็บข้อมูล ความเข้มข้นของเรดอน (Radon Activity Concentration) ภายในอาคารแต่ละหลัง

ข้อค้นพบหลักจากการศึกษาโครงสร้างพื้นฐานด้านความปลอดภัยทางรังสีเพื่อรองรับการจัดการของเสียที่เกิดจากกระบวนการแปรรูปแร่ซึ่งมีวัสดุกัมมันตรังสีธรรมชาติหรือ NORM (Naturally Occurring Radioactive Material) รวมถึงการติดตามตรวจสอบการปนเปื้อน (Contamination Monitoring)

• ผลการตรวจวัดที่ผนังของอาคารหมายเลข 18 พบว่า ค่าอัตราปริมาณรังสีสูงสุด (maximum dose rate) บริเวณผนังอยู่ที่ 62.2 ไมโครซีเวิร์ตต่อชั่วโมง (µSv/hr) ค่าเฉลี่ยของอัตราปริมาณรังสีรอบผนังอยู่ระหว่าง 30–60 µSv/hr ซึ่งสูงกว่า ระดับพื้นหลัง (1 µSv/hr) ที่ศูนย์วิจัยและพัฒนาแร่หายาก (RE R&D Center) ถึง ประมาณ 30–60 เท่า (อาคารหมายเลข 18 เต็มไปด้วยทรายโมนาไซต์ (monazite sand) ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดกัมมันตรังสีสูง) เจ้าหน้าที่ความปลอดภัยทางรังสี (Radiation Safety Officer) ไม่อนุญาตให้ทีมสำรวจศึกษาเข้าไปภายในอาคารเนื่องจากมีความเสี่ยงจากก๊าซเรดอน (radon gas) ที่อาจสะสมอยู่ในพื้นที่ซึ่งถูกปิดไว้นานเป็นเวลาหลายปี
• ผลการตรวจวัดอัตราปริมาณรังสีภายใน อาคารหมายเลข 9 ซึ่งเคยใช้เป็นโรงงานแปรรูปแร่หายาก พบว่าค่าอัตราปริมาณรังสี (dose rate) โดยรวมอยู่ในระดับพื้นหลังปกติ (background level) ประมาณ 1 ไมโครซีเวิร์ตต่อชั่วโมง (µSv/hr) ไม่พบการปนเปื้อนของรังสี (no contamination) ภายในพื้นที่ดังกล่าว
• อาคารหมายเลข 8 ถูกแบ่งออกเป็น 2 ส่วนหลัก ได้แก่ ส่วนการสกัดยูเรเนียมและทอเรียม (Uranium and Thorium Processing Section) ส่วนการแปรรูปโมนาไซต์ (Monazite Processing Section) ได้ใช้วิธีการแบ่งตาราง (Grid Method) เพื่อประเมินค่าอัตราปริมาณรังสี (dose rate) และระดับการปนเปื้อน (contamination level) รวมถึงปริมาตรวัสดุ(ในถังขนาด 80 ลิตร) ผลการสำรวจพบว่าใน อาคารหมายเลข 8 มีพื้นที่กว้างที่เกิดการปนเปื้อนของรังสีในระดับสูงโดยเฉพาะในส่วนการสกัดยูเรเนียมและทอเรียม ซึ่งเป็นจุดที่ให้ค่ารังสีสูงที่สุดในอาคาร นอกจากนี้ ยังพบว่าภายในส่วนสกัดยูเรเนียมและทอเรียม (U/Th processing section) มีภาชนะบรรจุของเสียประมาณ 185 ถัง ซึ่งภายในประกอบด้วยตะกอน NORM และตัวทำละลายเคมี (chemical solvents) ที่ต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมเพื่อความปลอดภัยทางรังสี
• ในการติดตามตรวจสอบตัวอย่างสิ่งแวดล้อมในพื้นที่ (Monitoring Environmental Sample Onsite) ทีมสำรวจศึกษาได้วิเคราะห์ค่ากัมมันตภาพรังสีรวมของรังสีแอลฟาและเบตา (Gross Alpha – Gross Beta) ในน้ำที่เก็บจากบ่อต่าง ๆ ภายในพื้นที่ จากผลการวิเคราะห์ พบว่าค่ารังสีแอลฟารวมของตัวอย่างน้ำทั้งหมด ต่ำกว่าค่าขีดจำกัดการตรวจวัด (DL) ส่วนค่ารังสีเบตารวมมีค่าระหว่าง 0.426 – 0.922 Bq/L ซึ่ง สูงกว่าค่าพื้นฐานของน้ำผิวดินก่อนเริ่มดำเนินการในปี 1991 (0.274 Bq/L) ผลการวิเคราะห์ยังแสดงให้เห็นว่าค่าความเข้มข้นของ Ra-226, Th-232 และ K-40 ในน้ำจากบ่อต่าง ๆ มีค่าค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับค่าพื้นฐานในปี พ.ศ.2534 ซึ่งอาจบ่งชี้ถึงการสะสมของวัสดุกัมมันตรังสีธรรมชาติ (NORM) จากกิจกรรมในพื้นที่
• ผลการวิเคราะห์ยังพบว่า ของเสียเหลวส่วนใหญ่มีค่ากัมมันตภาพรังสีของ Ra-226, Th-232 และ K-40 อยู่ในระดับสูง ซึ่งอาจเกิดจากสารละลายที่ปนเปื้อนจากกระบวนการแปรรูปแร่โมนาไซต์ ความแตกต่างขององค์ประกอบของธาตุเหล่านี้ในของเสียแต่ละตัวอย่างขึ้นอยู่กับ ลักษณะของกระบวนการสกัดยูเรเนียม–ทอเรียมจากทรายโมนาไซต์

จนถึงปัจจุบัน(พ.ศ.2568) จากการสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม คาดว่ายังมีกากของเสียกัมมันตรังสีจำนวนมากบรรจุอยู่ในถังภายในพื้นที่ศูนย์ นำไปสู่คำถามเรื่องการให้ความสำคัญต่อการจัดการและโครงสร้างพื้นฐานด้านความปลอดภัยทางรังสีสำหรับการจัดการของเสียเหล่านี้ ของเสียกัมมันตรังสีทั้งแบบของแข็งและของเหลวยังคงรอการจัดการอย่างถูกต้องตามหลักมาตรฐาน

เรียบเรียงจาก  Study on Developing Safety Infrastructure for Mineral Processing Waste (NORM Waste) and Contamination Monitoring at the TINT Rare Earth Research & Development Center, Khlong 5, Pathumthani, Thailand

โมนาไซต์ (Monazite) มาจากภาษากรีก “Monazeiu” หมายถึง โดดเดี่ยว (Solitary) เนื่องจากความหายากของแร่นี้

คุณสมบัติทางฟิสิกส์ : ผลึกอยู่ในระบบหนึ่งแกนเอียง ผลึกหายากและพบส่วนใหญ่เป็นผลึกเล็กมาก ๆ รูปแบนหรือยาว โดยปกติมักพบเป็นมวลเม็ด ในลักษณะเม็ดทรายจนเรียก “ทรายโมนาไซต์ สีเหลือง เหลืองอมเขียว หรือน้ำตาลแดง สีผง สีขาว ความแข็ง 5-5.5 เปราะร่วน ความถ่วงจำเพาะ 4.6-5.4 จะเพิ่มขึ้นถ้ามีทอเรียมมากขึ้น โปร่งแสง วาวแบบยางสน รอยแตกแบบก้นหอยหรือขรุขระ ถ้าเป็นผลึกจะเห็นแนวแตกเรียบได้ในบางก้อน แต่มักไม่ค่อยเห็นเพราะโครงสร้างของผลึกถูกทำลายโดยกัมมันตรังสี มีแนวแยก 1 แนวตามขวาง

คุณสมบัติทางเคมี : เป็นแร่ที่ประกอบด้วยธาตุหายาก สูตรเคมี (Ce, La, Y, Th)PO4 ปริมาณทอเรียม (Th) มีตั้งแต่น้อยมากจนถึง 20% ThO2 ทอเรียมมักแทนที่ซีเรียมหรือแลนทานัมบ่อย ๆ โมนาไซต์ไม่หลอมละลาย หลังจากหลอมกับโซเดียมคาร์บอเนต จะละลายในกรดไนตริก เมื่อใส่สารละลายแอมโมเนียมโมลิบเดตจะให้ตะกอนสีเหลือง (เป็นการทดสอบฟอสเฟตวิธีหนึ่ง)

ลักษณะเด่นและวิธีตรวจ : มีกัมมันตรังสี ตามปกติสีและความวาวมักจะเป็นที่สังเกตค่อนข้างชัด สำหรับผลึกใหญ่ต่างกับแร่เซอร์คอนตรงรูปผลึกและอ่อนกว่า ต่างจากแร่สฟีนที่รูปผลึกและความถ่วงจำเพาะสูงกว่า หากไม่แน่ใจควรทดสอบหาฟอสเฟต หรือใช้หลอดแสงอัลตราไวโอเลตคลื่นสั้นที่ถอดแผ่นกรองแสงออก โมนาไซต์จะมีสีเขียว หรือจะ ผสมกับบอแรกซ์แล้วใช้ตรวจโดยวิธีการตรวจสอบเม็ดลูกปัด (Bead Test) จะได้สีเหลืองเมื่อร้อน ทิ้งไว้จะไม่มีสี สามารถใช้เครื่องวัดกัมมันตรังสี (Geiger Counter) ตรวจได้

การเกิด : เกิดเป็นแร่รองในหินแกรนิต หินไนส์ หินเอไพลต์ และหินเพกมาไทต์ มักพบเป็นเม็ดทรายในกรวดทรายซึ่งเป็นผลจากการผุสลายของหินข้างต้น แร่โมนาไซต์เกิดสะสมในกรวดทรายได้ เพราะมีความถ่วงจำเพาะสูงและทนทานต่อการผุสลายทางเคมี จึงมักอยู่ร่วมกับแร่หนักและทนทานชนิดอื่น ๆ เช่น แมกนีไทต์ อิลเมไนต์ รูไทล์ การ์เนต และเซอร์คอน นักพบในบริเวณ ชายหาดและแหล่งลานแร่

แหล่ง : ประเทศไทยพบปนอยู่ในแหล่งลานแร่ดีบุกเกือบทุกแหล่ง พบตามหาดทรายและตามท้องน้ำลำธารทั่วไปที่ใกล้กับภูเขาหินแกรนิตหรือหินไนส์ เช่น จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ ชุมพร ระนอง พัทลุง ภูเก็ต และอำเภอตะกั่วป่า จังหวัดพังงา เป็นต้น

แหล่งสำคัญของโลกมาจากประเทศจีน บราซิล มาเลเซีย และอินเดีย แหล่ง โมนาไซต์ในหินเพกมาไทต์ที่ประเทศแอฟริกาใต้ ในประเทศสหรัฐอเมริกา พบในหินในส์และแหล่งทรายในท้องน้ำลำธารที่มลรัฐคาโรไลนาเหนือ และแหล่งทรายชายหาดที่มลรัฐฟลอริดา นอกจากนี้ พบที่ประเทศสาธารณรัฐเช็ก อิตาลี อินโดนีเซีย คาซัคสถาน เกาหลีเหนือ เกาหลีใต้ คีร์กีซสถาน โมซัมบิก ไนจีเรีย รัสเซีย และเวียดนาม เป็นต้น

เป็น Critical Minerals ที่ให้ ThO2 ซึ่งใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมหลอดไฟฟ้า โดยเฉพาะไส้หลอด ทำไส้หลอดตะเกียงเจ้าพายุ ใช้ทำขั้วถ่านสำหรับ Arc Light นอกจากนี้ เกลือซึ่งเป็นส่วนที่เหลือจากซีเรียมและแลนทานัม ใช้ทำโลหะผสมและทำหินเหล็กไฟแช็ก พวกเมโซทอเรียมใช้แทนเรเดียมได้อีกด้วย ทอเรียม เป็นธาตุกัมมันตรังสี จึงใช้ประโยชน์ เป็นแหล่งพลังงานปรมาณรังสีธรรมชาติของทอเรียม คือ Th-232 สามารถเปลี่ยนไปโดยการยิงด้วยนิวตรอนครั้งแรกจะได้ Th-232 และต่อไปเป็น U-233 ซึ่งเป็น Fissionable Isotope