Труды МЭФ-т-1-Версия_5

Примечание – Местность 2 ранга – благоприятная для рекреационной деятельности, КРП – климаторекреационный потенциал, УФ – ультрафиолетовая радиация области В (290–315 нм), т.п. – тёплый период (апрель–октябрь); х.п. – холодный период (ноябрь–март).

22

СЕКЦИОННЫЕ ДОКЛАДЫ

УДК 665.6; 550.42;539.16.04;550.84;553.9

Н. Л. АЛУКЕР, к.ф.-м.н., доцент КемГУ, г. Кемерово

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ГОРЮЧИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Ценность природных ресурсов определяется не только их природными свойствами, но и размещением, величиной запасов, характером залегания и экологичностью добычи и использования [1,2]. В настоящее время используется более 200 видов минеральных ресурсов, основные из которых это топливные полезные ископаемые нефть, газ, уголь, торф.

Рис.1. Элементарный состав древесины, торфа и углей (%). Разведенными запасами нефти более всего обеспечена Канада, далее

следуют Ирак, Иран, Кувейт, Венесуэла. В зарубежной Европе и Австралии обеспеченность нефтью составляет 9 лет, США 11 лет. В России этот показатель равен 32 года. Считается, что при современном уровне потребления в ближайшее десятилетие нефть будет выбрана во многих ныне нефтеносных районах.

Природный газ встречающийся либо с нефтью, либо в виде самостоятельных месторождений состоит в основном из метана (СН4), хотя в газах нефтяных месторождений присутствует бутан, пропан, этан и др. газы. Газ сосредоточен в основном в нефтеносных районах, образуя нефтегазовые

23

залежи. Крупнейшие запасы природного газа сосредоточены в России, странах Средней Азии, Иран, США, Нидерланды, Норвегии и др. Природный газ один из наиболее экологически чистых видов топлива.

Основные запасы каменного угля сосредоточены в России, США, Австралии, Казахстане, Украине, КНР, Канаде, Великобритании и Германии. Крупнейшие запасы антрацита сосредоточены в США, Германии, России и др. Мировых запасов угля достаточно для потребления на сотни лет. По разведанным запасам углей в мире особо выделяются Северная Америка, страны СНГ и зарубежная Азия. На долю США, России и Китая приходится более ½ всех мировых разведанных запасов углей, на долю Саудовской Аравии, Канады и Ирана – 2/5 мировых запасов нефти, а на долю России, Катара и Ирана – почти ½ запасов природного газа (см. табл.1).

Таблица 1 Распределение разведанных запасов по крупным регионам мира

С точки зрения экологии добыча, транспортировка и использование горючих полезных ископаемых создают целый ряд проблем, поэтому все эти циклы подвержены государственному регулированию и сопровождаются рядом законов и нормативных актов. Особенно хорошо в последние годы регулируется нефтедобыча. В угольной отрасли нормативная база, обеспечивающая экологичность и безопасность, развита гораздо слабее [3].

Уголь в основном состоит из органического вещества, но неорганические вещества в минеральной части угля и микроэлементы могут являться возможными причинами медицинских, экологических и технологических проблем, связанных с использованием угля .

Ряд радионуклидов, к которым относится уран (U), торий (Th), а также продукты и распада, в том числе радий (Ra) и радон (Rn) обеспечивают радиоактивность угля, в связи с чем необходимо рассматривать воз-

можные радиационные риски. Еще несколько долгоживущих -активных

нуклидов 4019K, 5023V, 8737Rb, 11549In, 12352Te, 13857La, 17671Lu, 18775Re в первом

же распаде каждого из которых получается стабильные элементы могут содержаться в ископаемых углях. Они на современном этапе никак не контролируются.

24

Точное прогнозирование подвижности радиоактивных элементов в течение всего угольного топливного цикла важно для определения концентрации, распределения и формы радиоактивных элементов в угле и летучей золе.

В почво-грунтах, стройматериалах и т.д. порядка 50% нормируемой величины эффективной удельной активности (Аэфф) формируется за счет К-40, а 50% за счет урана и тория и продуктами распада. В угле более 90 % активности это уран и торий! Их содержание сравнимо с содержанием в почве, но сосредоточены они в 10, максимум 20 % минеральной части, обеспечивающей зольность угля. В связи с этим продукты сгорания угля вследствие выгорания органического вещества сильно обогащены ураном и торием (в 5-10 раз по сравнению с углем), в зависимости от условий озоления, что увеличивает Аэфф, однако оставляя ее для каменных углей чаще всего ниже 370 Бк/кг [4].

Рассевание в атмосферу мельчайших частиц продуктов сгорания приводят к дополнительному облучению населения, проживающего в районе расположения ТЭС или обогатительных фабрик, за счет ингаляционного поступления, с пищевыми продуктами и питьевой водой. Максимальная доза облучения формируется обычно в пределах 1 км от современной электростанции, и составляет несколько процентов от радиационного природного фона. Значительные дозы облучения могут формироваться в помещениях за счет применения золы при изготовлении бетона (см. табл. 2).

Таблица 2. Средние удельные активности некоторых продуктов добычи и пере-

работки угля

Несмотря на высокие содержания урана, в связи с низкими содержаниями калия-40, Аэфф обычно не превышают нормативных значений.

Во время сжигания угля большая часть урана, тория и их продуктов распада освобождаются от первоначальной угольной матрицы и распределяются в газовой фазе и твердых продуктах сгорания. Это же происходит при взрывных работах.

Для изучения распределения микроэлементов в угле и в продук-

25

Она критически зависит от рН. Кислотность (рН меньше 4) или щелочность (рН больше 8) может способствовать повышению растворимости радиоактивных элементов. Нейтрализация кислотных растворов при реакции с природными грунтами способствует выпадению осадков или сорбции растворенных элементов. Высокая щелочность растворов ведет к выделению радионуклидов из стеклянного компонента летучей золы, что может, в частности привести к увеличению растворимости урана. К счастью, большинство частиц летучей золы богаты растворенными сульфатами, и это уменьшает их растворимость благодаря образованию нерастворимых сульфатов.

Прямые измерения растворенного урана и радия в воде при исследовании природной воды вблизи некоторых объектов утилизации золы показывают, что концентрации увеличиваются, но, как правило, ниже нынешнего стандарта 0.2 Бк/л [5].

Вместе с тем, как уже говорилось ранее, в минеральной части угля и отходах его переработки сосредоточен ряд важных элементов, определяющих не только токсичность угля, но и его использование как источника рудного сырья, например, на редкоземельные элементы (см. табл. 3).

По нашим исследованиям и согласно [6-8] ряд добываемых в Кузбассе углей значительно обогащены редкоземельными элементами. В ряде проб нами были обнаружены редкоземельные металлы La, Ce, Nd, а также и Ti, P, Al, Y. В

Только возможность проведения исследований с привлечением современных высокоточных, чувствительных и экспрессных методов, обеспечивающих выявление весьма тонких минеральных фаз на микро – и наноуровне может дать объективную картину возможности извлечения из минеральной части углей и продуктов их переработки рудного сырья (рис.2). В оценке минералов все более важной становится гетерогенность их состава и структуры, предопределяющая необходимость оценки в технологических процессах роли тонких частиц (<10-20 мкм).

27

Таблица 3 Минимальные содержания малых элементов (г/т), определяющие возможную промышленную значимость товарных энергетических углей и продук-

тов обогащения как источников рудного сырья

В настоящее время исследований такого уровня практически не проводиться, а практически единственной промышленной технологией по извлечению является технология извлечения германия из Сахалинских углей.

28