Изучение химизма процесса рекультивации участков подземного выщелачивания урана, загрязненных радионуклидами

Studying of the chemism of the recultivation process of uranium underground leaching sections contaminated by radionuclides
Цитировать:
Турабджанов С.М., Аллаберганова Г.М., Музафаров А.М. Изучение химизма процесса рекультивации участков подземного выщелачивания урана, загрязненных радионуклидами // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 11 (68). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/8269 (дата обращения: 22.05.2024).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены результаты измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) – гамма излучений локальных участков подземного выщелачивания урана, загрязненных различными радионуклидами, удельной активности естественных радионуклидов К40, Ra226 и Тh232, эффективной удельной активности (Аэфф) и рН-показатель водной вытяжки. На основании проведенного исследования оценены возможности проведения выщелачивания урана в кислотном режиме при концентрациях H2SO4 от 10 г/л до 40 г/л. На основании полученных результатов построены зависимости концентрации выщелоченного урана от повторного применения серной кислоты.

ABSTRACT

This article presents the results of measuring the exposure dose rate (DER) – of gamma radiation from local areas of underground leaching of uranium contaminated with various radionuclides, the specific activity of natural radionuclides K40, Ra226 and Th232, the effective specific activity (Aeff) and the pH-value of water extract. Based on the study, the possibility of leaching uranium in the acid mode at H2SO4 concentrations from 10 g/l to 40 g/l was evaluated. Based on the results obtained, the dependences of the concentration of leached uranium on the repeated use of sulfuric acid are constructed.

 

Ключевые слова: рекультивация, мощность эффективной дозы, подземное выщелачивание урана, радионуклиды, кислотный режим выщелачивания, концентрация кислоты, естественные радионуклиды, суммарная удельная альфа-активность, радиоэкология, цепочка распада урана, удельная активность естественных радионуклидов.

Keywords: reclamation, effective dose rate, underground leaching of uranium, radionuclides, acid leaching, acid concentration, natural radionuclides, total specific alpha activity, radioecology, uranium decay chain, specific activity of natural radionuclides.

 

При геотехнологическом способе добычи урана участки и её локальные части подземного выщелачивания урана загрязняются различными радионуклидами, такими как 238U, 234U, 235U, 230Th, 226Ra и т. д. Концентрации данных радионуклидов в загрязненных почвах определяются путем измерения их величин радиоактивности, а их идентификация проводится на основе измерения энергии выхода.

В соответствии с требованиями международных (рекомендации МКРЗ и МАГАТЭ) и республиканских нормативных документов (СанПиН №0193-06, СанПиН №0079-08 и т. д.) проводится рекультивация загрязненных радионуклидами участков подземного выщелачивания урана [4; 7; 8]. В основе рекультивации лежат химические методы очистки почвы от радионуклидов с выщелачиванием данных радионуклидов – 238U, 234U, 235U, 230Th, 226Ra – и их дальнейшей обработки химическими реагентами.

С учетом вышеперечисленного изучение химизма процесса рекультивации участков подземного выщелачивания урана, загрязненных радионуклидами, является актуальной задачей аналитической химии, ядерной физики и радиоэкологии [1-3; 5; 6].

Целью данного исследования являлось детальное изучение химизма и факторов процесса рекультивации участков подземного выщелачивания урана, загрязненных радионуклидами.

Для достижения цели анализировались и были определены величины различных радионуклидов – 238U, 234U, 235U, 230Th, 226Ra – в загрязненных почвах, а также изучалось их поведение в различных режимах выщелачивания.

Методы эксперимента. На рекультивируемых участках подземного выщелачивания урана проведены измерения мощности экспозиционный дозы гамма-излучения (МЭД) на приборе ДКС-96 для определения загрязненной части локальных участков и отобраны из них пробы почвы, а затем в лабораторных условиях измерена эффективная удельная активность альфа-излучений (Аэфф), определены величины радионуклидов 238U, 234U и 235U альфа-спектрометрическим методом на анализаторе CANBERRA; величина радионуклида 230Th определена фотометрическим методом на КФК-3, удельная активность радионуклида 226Ra определена гамма-спектрометрическим методом на приборе «Прогресс-гамма».

Полученные результаты и их обсуждение. Процесс рекультивации включает в себя приведение нарушенных земель в исходное состояние, выявление локальных участков, загрязненных радионуклидами и химическими реагентами, вывоз данных загрязненных почв на разрешенные полигоны и в хвостохранилища производственных отходов, покрытие данных участков плодоносящим грунтом.

Для проведения рекультивационных работ последовательно определяются площади загрязненных локальных участков с измерением мощности экспозиционной дозы гамма-излучения (МЭД), то есть дорекультивационная пешеходная гамма-съемка в масштабе 1:2000, определяется удельная суммарная альфа-активность почв, которая должна составлять не более   (300+600)Бк/кг=900Бк/кг. При проведении рекультивации по сельско-хозяйственному направлению все, что имеет значения выше 900 Бк/кг на поверхности почв и на глубине, считается загрязненным радионуклидами. И данные объекты, то есть почву и слой земли, нужно убрать и вывезти на разрешенные полигоны и в хвостохранилище производственных отходов.

Для участков подземного выщелачивания урана с кислотным выщелачиванием выведена корреляция между суммарной альфа-активностью почв и мощностью экспозиционной дозы гамма-излучения (МЭД), и значению суммарной альфа-активности 900 Бк/кг соответствует значение мощностью экспозиционной дозы 35 мкР/час, то есть натуральный фон – (н.ф.+20 мкР/час). Значения натурального фона для местности, в которой проведены эксперименты, составляют 15 мкР/час.

В таблице 1 приведены результаты измерения МЭД, удельной активности естественных радионуклидов К40, Ra226, Тh232, эффективной удельной активности (Аэфф) и показатели рН водной вытяжки рекультивируемых почв.

Как видно из данных, приведенных в таблице 1, значение мощности экспозиционной дозы гамма-излучения (МЭД) отобранных почв прямо пропорционально зависит от эффективной удельной активности (Аэфф), и имеется также зависимость от удельной активности радионуклида Ra226, так как данный радионуклид является главным гамма-излучателем в цепочке распада урана. 

Значение рН водной вытяжки изменяется от 3,60 до 8,69, то есть от сильно кислой среды до нейтральной. Значения удельной активности естественных радионуклидов К40, Ra226 и Тh232 тоже изменяются в широких диапазонах: от 105 Бк/кг до 2282 Бк/кг для радионуклида К40, от 57 Бк/кг до 21020 Бк/кг – для радионуклида Ra226 и от 8,0 Бк/кг до 288 Бк/кг – для радионуклида Тh232. Значения эффективной удельной активности изменяются от 136 Бк/кг до 21602 Бк/кг в зависимости от удельных активностей естественных радионуклидов.

Таблица 1.

Результаты измерения МЭД, удельной активности естественных радионуклидов К40, Ra226 и Тh232, эффективной удельной активности (Аэфф) и рН водной вытяжки

№ пробы Место отбора  МЭД, (мкР/час) Удельная активность почв, (Бк/кг) рН водной вытяжки
К40 Ra226 Тh232 Аэфф
1 (0- 25 см) 29,3-15,6 473 705 8 752 7,52
(25- 50 см) 603 417 25 504 7,97
(50- 75 см) 460 270 19 336 7,83
(75- 100 см) 509 243 25 322 7,79
2 (0- 25 см) 19,3-15,1 445 406 17 467 8,10
(25- 50 см) 529 169 22 245 8,22
(50- 75 см) 563 110 29 199 7,43
(75- 100 см) 558 57 22 136 8,69
3 (0- 25 см) 840,1–343,1 2282 21020 288 21602 7.52
(25- 50 см) 2200 13010 183 13447 7.41
(50- 75 см) 1932 8609 161 8993 7.22
(75- 100 см) 369 8756 25 8822 7.54
4 (0- 25 см) 60,1-33,5 273 829 6 861 5,46
(25- 50 см) 105 1534 0 1543 4,25
(50- 75 см) 343 1348 15 1399 4,00
(75- 100 см) 180 1492 6 1516 3,97
5 (0- 25 см) 60,6-44,2 562 1249 19 1324 5,96
(25- 50 см) 384 1504 16 1560 3,71
(50- 75 см) 383 1088 17 1145 3,60
(75- 100 см) 323 1173 6 1210 3,73
6 (0- 25 см) 47,6-38,2 576 911 22 992 4,05
(25- 50 см) 458 922 15 983 6,96
(50- 75 см) 495 1152 12 1212 6,76
(75- 100 см) 513 1174 3 1224 4,97

 

В целях экономии химических реагентов, применяемых в процессе выщелачивания урана, исследованы возможности повторного применения данных реагентов для рекультивации. Так как подлежащие рекультивации локальные участки подземного выщелачивания урана, загрязненные радионуклидами, обогащены ураном в различной степени. А из данных участков подземного выщелачивания урана, загрязненных радионуклидами,  можно выщелачивать уран в различном кислотном режиме, с изменением  концентрации H2SO4 в пределах от 10 г/л до 40 г/л. В этих режимах проводили эксперименты и построили зависимости концентрации выщелоченного урана при повторном применении реагента. Полученные результаты приведены на рис. 1.

 

Рисунок 1. Зависимость концентрации выщелоченного урана от повторного применения реагента: 1, 2, 3, 4 – кривые отражают зависимости шестиразового повторного использования серной кислоты концентрацией 10 г/л, 20 г/л, 30 г/л и 40 г/л с концентрацией выщелоченного урана

 

Как видно из построенных зависимостей, чем больше концентрация серной кислоты, тем интенсивнее происходит процесс выщелачивания. В нашем эксперименте установлено, что после шестого раза повторного использования серной кислоты масса максимально насыщается и повторное использование не дает ожидаемого выщелачивания. Процесс выщелачивания в данном случае почти не происходит. 

Проведенная по предлагаемому варианту рекультивация локальных участков подземного выщелачивания урана, загрязненных радионуклидами, соответствует всем требованиям международных и республиканских норм.

На основании проведенных исследований за последние 5 лет возвращено в расположение местных органов власти более 1000 гектаров земель для дальнейшего использования в сельском хозяйстве.

Данные исследования и разработанные на их основе мероприятия позволяют снизить величину техногенного радиационного вклада в экосистему региона. 

 

Список литературы:
1. Аллаберганова Г.М., Музафаров А.М. Мониторинг и оценка мощности эффективной дозы в техногенных объектах урановых производств // Горный вестник Узбекистана. – 2019. – № 2. – С. 105-107.
2. Аллаберганова Г.М., Туробжонов С.М., Музафаров А.М. Методика предварительной оценки природных вод на радиоактивность ураноносного региона // Горный вестник Узбекистана. – 2019. – № 3 (78). – С. 106-108.
3. Возможности применения инструментальных приборов для решения технологических и радиоэкологических задач урановых производств / А.М. Музафаров, Г.М. Аллаберганова, Е.О. Черчиева, Г.С. Саттаров // IX Междунар. конф. «Ядерная и радиационная физика» (Алматы, 24-27 сентября 2013 г.). – Алматы, 2013. – С. 182-183.
4. Каримов И.А. Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его преодоленению. – Ташкент: Узбекистан, 2009. – 48 с.
5. Комплексная оценка радиационно-дозиметрической и экологической обстановки в зоне деятельности НГМК / А.М. Музафаров, Г.С. Саттаров, Б.Р. Темиров и др. // Инновационные технологии горно-металлургической отрасли: Тез. докл. респ. конф. (Навои, 21 октября 2011 г.). – Навои, 2011. – С. 213-215.
6. Методы оценки техногенного влияния хвостохранилищ промышленных предприятий на окружающую среду / А.М. Музафаров, Г.С. Саттаров, Ф.М. Кадиров, В.Е. Латышев // Горный вестник Узбекистана. – 2002. – № 2. – С. 85-89.
7. Муранов В.Г. Методика расчета толщины покрытия для захоронения радиоактивных отходов // Горный вестник Узбекистана. – 2006. – № 24. – С. 78-83.
8. Нормы радиационной безопасности (НРБ-2006) и основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-2006). – Ташкент: 2006. – 86 с.

 

Информация об авторах

д-р техн. наук, профессор Ташкентского государственного технического университета им. Ислама Каримова, Узбекистан, г. Ташкент

D.Sc., Professor, Islam Karimov Tashkent State Technical University, Uzbekistan, Tashkent

PhD по хим. наук, Навоийский государственный горно-технологический университет, Республика Узбекистан, г. Навои

PhD in chemistry Sciences, Navoi State Mining and Technology University, Republic of Uzbekistan, Navoi

главный инженер ЦНИЛ НГМК, д-р техн. наук (PhD), Национальный университет Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Chief Engineer of the Central Scientific Research Laboratory of NMMC, PhD in technical sciences, National University of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top