С л
радиоактивность угаей
V___J
Кандидат технических наук Д.А. КРЫЛОВ
(НИЦ "Курчатовский институт"), доктор технических наук В.А. ОВСЕЙЧУК, кандидат технических наук Г.П. СИДОРОВА (Забайкальский госуниверситет)
По данным статистического отчёта Бритиш петролеум, опубликованного в 2014 г., "несмотря на растущую экологическую озабоченность мирового сообщества, использование угля в мире не только не сокращается, но продолжает расти: в 2003-2013 годах среднегодовой рост составил 4.6%. Это вдвое больше, чем в предыдущее десятилетие, и в четыре раза превышает темп роста потребления нефти. Доля угля в глобальном потреблении первичных энергоносителей достигла 30.1%, самого высокого уровня с 1970года".
На базе угля базируется 41% мирового производства электроэнергии. В Энергетической стратегии России на период до 2030 г., а также в Долгосрочной программе развития угольной промышленности России на период до 2030 г. намечено опережающее развитие угольной генерации в России. Одно из самых уязвимых мест угольной энергетики - экологичес-^ кие проблемы. Увеличение объёмов | использования угля в качестве энер-1 гетического топлива соответственно | приведёт и к увеличению экологиче-« ских проблем.
£ Радиоактивные элементы в углях
| На предприятиях угольного топлив-1 ного цикла внимание природоохранных 1 организаций привлекают такие мощ-I ные загрязнители, как оксиды серы и ^ азота, зола, тяжёлые металлы, содержащиеся в углях, и выбросы этих загрязнителей в окружающую среду при
сжигании угля на ТЭС. В последние годы внимание привлекает также и радиационное загрязнение, создаваемое угледобывающими предприятиями и угольными ТЭС.
Радиационная опасность угольных шахт и угольных ТЭС из-за содержания в углях естественных радионуклидов (ЕРН), - одна из важных проблем угольной энергетики, которая порой недооценивается в современном мире, но требует особого внимания. Уран в углях был обнаружен еще в 1875 г., и на начальном этапе развития отечественной атомной энергетики его извлекали большей частью из угля. В связи с исключительным вниманием геологов к урану, ураноносным углям в мире посвящены сотни исследований. Остальные радиоактивные элементы в углях изучены слабо и только на отдельных месторождениях.
По данным известного российского геохимика Я.Э. Юдовича и его сотрудников1, кларковое2 (среднее) содержание урана в углях составляет 3.6 г/т, а тория в бурых углях - 6.3 г/т, в камен-
1 Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Мерц А.В. Элементы-примеси в ископаемых углях. Л.: Наука. 1985.
2 Различают весовые (в %, в г/т или в г/г) и атомные (в % от числа атомов) кларки. Обобщение данных по химическому составу различных горных пород, слагающих земную кору, с учётом их распространения до глубин 16 км впервые было сделано американским учёным Ф.У. Кларком (1889). Полученные им числа процентного содержания химических элементов в составе земной коры, впоследствии несколько уточнённые А.Е. Ферсманом, по предложению последнего были названы числами Кларка или кларками.
2
© Д.А. Крылов, В.А. Овсейчук, Г.П. Сидорова
ных - 3.5 г/т. Угли, содержащие уран в концентрациях на один-два порядка выше кларка, известны во многих странах мира: в России, Киргизии, Турции, Франции, США и других странах. Содержание урана в ураноносных бурых углях в США в штатах Северной и Южной Дакоты и на востоке штата Монтаны колеблются в пределах четырёх порядков (0.001-10)%. Среднее содержание урана в углях обоих штатов Дакоты и восточной части Монтаны составляет около 80 г/т3. Приводятся данные о том, что в США в штате Южная Дакота при ежегодной добыче около 1.4 млн т бурого угля было попутно извлечено свыше 660 т U3Oj4. Удельная радиоактивность в углях различных месторождений различается в 100, 1000 и более раз (например, активность 238U варьируется в пределах от 0.6 до 3600 Бк/кг при среднем значении 18^28 Бк/кг)5.
В большей части месторождений России содержание урана в углях не превышает кларкового, но имеются месторождения, в которых оно превышено в несколько раз. Причём эти месторождения разрабатываются без всякого радиационно-гигиенического контроля, уголь используется на ТЭС, в котельных и частных домах. Зола и шлак, образующиеся при сжигании таких углей, обогащены ЕРН. Золошла-ковые отвалы ТЭС занимают огромные территории, образуя с годами, по сути, техногенные месторождения ЕРН. Выбрасываемая в атмосферу из труб ТЭС летучая зола оседает на растениях и почве.
В целом по миру средняя удельная активность в углях 238U и 232Th оценивается в 20 Бк/кг, а 40K - 50 Бк/кг. При наличии в районах угольных месторождений урановых аномалий вариации
3 Юдович Я.С., Кетрис М.П. Уран в углях. Сыктывкар. Коми научный центр Уро РАН. 2001.
4 Юдович Я.С. Грамм дороже тонны: Редкие элементы в углях. М.: Наука, 1989.
5 Давыдов М.Г., Тимонина Ю.А. Радиационная обстановка в районе расположения ГРЭС Ростовской области //Теплоэнергетика. 2003. № 12.
удельной активности ЕРН составляют 3600-8400 Бк/кг.
Примером отработки углей с повышенным содержанием ЕРН может служить многолетний опыт, применяемый при добыче углей Уртуйского месторождения. Геологоразведку этого месторождения проводило геологическое объединение, специализирующееся на поисках и разведке радиоактивного сырья. Промышленное освоение Уртуйского месторождения начато в 1986 г. Приаргунским производственным горно-химическим объединением (ОАО "ППГХО") - крупнейшим уранодо-бывающим предприятием России, что обусловило профессиональный подход к обеспечению радиационной безопасности как при разведке и добыче угля, так и при его использовании. Накопленный опыт обозначил проблемы, связанные с обеспечением радиационной безопасности персонала и населения, а также пути их решения. За основу были приняты требования норм радиационной безопасности о непревышении дозы облучения населения в 1 мЗв в год (на каждого человека) и активности золошлаковых отходов (ЗШО), которые могут использоваться в строительных целях в населённых пунктах, не более 370 Бк/кг.
Специалисты в обоснованиях использования уртуйских углей учитывали условия их сжигания на Краснокамен-ской ТЭЦ, входящей в ППГХО, и в бытовых печах, рассеяние выбрасываемых с продуктами сжигания радионуклидов, закономерности поступления радиоак- чи тивных веществ по ингаляционной и пи- § щевой цепочкам в организмы животных i и человека. На основе расчётов опре- § делены зависимости для определения ^ дозы облучения человека и предель- | ные нормы выбросов радиоактивных г веществ в зависимости от содержания § ЕРН в углях. Результаты исследований | получили положительные заключения § Института биофизики, НИИ радиаци- i онной гигиены и Федерального Управ- ® ления медико-биологических проблем ^ при Минздраве РФ и стали основой организации системы контроля качест-
Контроль автосамосвалов с углём на радиометрической контрольной станции разреза "Уртуйский".
ва угля по радиационно-гигиеническо-му фактору6.
Угли Уртуйского месторождения весьма существенно (более чем в 100 раз) различаются между собой по содержанию в них ЕРН, что обусловлено особенностями их накопления и перераспределения в процессе формирования угольного месторождения. Уртуйские угли по содержанию урана разделены на 3 сорта:
1 сорт (потребительские угли) - с содержанием урана менее 0.001% (с удельной активностью до 123 Бк/кг);
2 сорт (энергетические угли) - с содержанием урана 0.001-0.01% (с удельной активностью 123-1230 Бк/кг);
3 сорт (комплексные угли) - с содержанием урана более 0.01% (с удельной активностью более 1230 Бк/кг).
£ Угли 1-го сорта можно использовать S в бытовых целях. Радиоактивность | золы и шлака, образующихся при сжи-° гании угля 1-го сорта, не превышая- ет допустимых значений активности | строительных материалов, разрешён® ных нормами радиационной безопас-I ности для населённых пунктов. Такой
о _
X
О
m 6 Суханов Р.А., Сидорова Г.П. Проблемы исполь-| зования углей с повышенной радиоактивно® стью // Горный журнал. 2009. № 2; Сидорова « Г.П. Радиационно-гигиеническое качество углей Уртуйского месторождения: экологические проблемы и методы решения // Горный журнал. 2012. № 8.
уголь сертифицирован региональным центром Санэпиднадзора. Его активность составляет в среднем 77.5 Бк/кг. При сжигании такого угля образуются золошлаковые отходы активностью 327 Бк/кг, которые по классификации относятся к строительному материалу 1-го класса, разрешены для применения в зонах перспективной застройки в населённых пунктах.
Угли 2-го сорта можно использовать на ТЭС. Уровень радиоактивности золы и шлака, образующихся при сжигании этих углей, соответствует активности строительных материалов 2-го и 3-го класса, применение которых ограничено санитарными нормами. На предприятии их хранение осуществляется в золошлакохранилище, а применение разрешено только по решению санитарно-эпидемиологического надзора и только в качестве материала для закладки выработанного пространства при добыче урановых руд подземным способом.
При сжигании комплексных углей 3-го сорта образующиеся зола и шлак имеют активность, при которой использование их недопустимо в строительных целях. До 1995 г. в специальных отвалах с покрытием их поверхности инертным материалом из вскрышных пород было складировано 750 тыс. т углей 3-го сорта. При сжигании этого угля могло бы образоваться более 100 тыс. т золы и шлака. Такой материал классифицируют как низко радиоактивные отходы, требующие специальных условий хранения (захоронения).
На Уртуйском угольном разрезе создан пункт управления качеством угля по типу автомобильной радиометрической контрольной станции для сортировки урановых руд. Через опытный пункт пропускают все без исключения углевозы (см. рисунок), что позволяет сортировать уголь по радиационно-ги-гиеническому фактору. Кроме радиометрической контрольной станции, в систему геофизического контроля качества угля вошли гамма-опробование (основанное на измерении характерис-
Таблица 1
Товарная продукция предприятий угледобычи в Кемеровской области с повышенным содержанием в углях урана и тория, г/т
Шахта, разрез
Уран, г/т
Торий, г/т
Бутовская
им. Волк
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.