Э. Б. Хоботова, М. И. Уханёва, Н. В. Меркулова

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Распределение радионуклидов по объему террикона горелых угольных пород

Использование отходов добычи и обогащения угля является одной из важных задач, определяющих пути рационального развития угледобывающей отрасли. Угольные бассейны ежегодно выделяют на поверхность тонны шахтных пород, образующихся при добыче угля и его обогащении. Отходы складируются в терриконы, под которые отчуждаются большие площади земель. В период горения из этих пород выделяются газы, загрязняющие атмосферу. Процессы вымывания и выщелачивания дождевой водой приводят к загрязнению близлежащих территорий тяжелыми металлами и радионуклидами. Накопление отходов угольной промышленности ставит актуальную задачу о необходимости их утилизации. Одним из перспективных направлений которой является использование отходов в строительной отрасли. Для этого необходимо определить многие физико-химические характеристики так называемых угольных шлаков, среди которых и их радионуклидный состав. Бесконтрольное использование отходов промышленности, концентрирующих в себе радионуклиды, может привести к повышению дозы гамма-облучения человека в помещении. Отсюда возникает необходимость радиационного мониторинга терриконов, упреждающего их разработку. Распределение радионуклидов по объему террикона может зависеть от ряда факторов, среди которых основным является выщелачивание водой. Этот фактор, в свою очередь, будет определяться розой ветров данной местности. От преобладания ветра определенного направления зависит и направление потоков дождевой воды, вымывающей радионуклиды. Таким образом, можно предположить, что распределение радионуклидов в поверхностном слое угольной породы должно различаться в зависимости от стороны света. Последующая миграция ионов радиоактивных металлов на определенную глубину зависит от растворимости образующихся соединений, то есть от анионного состава угольной породы. Для того, чтобы однозначно охарактеризовать процессы выщелачивания радионуклидов необходимо проведение серии экспериментов, включающих гамма-спектрометрические исследования и химический элементный и минералогический анализы угольной породы терриконов, отобранной с различных точек и глубины.

Целью работы являлось изучение характера радионуклидного распределения по террикону угольной породы шахты Хмельницкая Луганской области. Для этого были отобраны пробы угольной породы террикона с северной, южной, восточной и западной точек поверхностные и с глубины 0,5 м и 1,0 м (всего 12 образцов). Проведено изучение радиоактивных свойств угольных пород. Гамма-спектрометрический анализ выполнен с помощью сцинтилляционного гамма-спектрометра СЕГ-001 "АКП-С", диапазон измеряемых энергий гамма-излучения которого составляет от 50 до 3000 кэВ. Предел допускаемой основной погрешности измерения активности для геометрии "Маринелли" (Р=0,95) не более 25%.

Результаты гамма-спектрометрического анализа представлены в таблице. Анализ полученных экспериментальных данных проводился по значениям активностей трех обнаруженных природных радионуклидов (ПРН): ⁴⁰K, ²²⁶Ra и ²³²Th, их суммарной активности C_сум. и эффективной удельной активности С_эф., определенной по формуле

С_эф. = С_Ra + 1,31C_Th + 0,085C_K.

Обнаруженные ПРН вносят разный количественный вклад в С_сум.. Наибольший вклад вносит ⁴⁰К: между 88,7 и 92,6 %. Остальное количество составляют ПРН ²²⁶Ra и ²³²Th с приблизительно одинаковыми вкладами. Вклад ПРН в значение С_эф. определяется как их удельной активностью, так и коэффициентами в расчетной формуле С_эф.. В большинстве случаев по вкладу в величину С_эф. ПРН располагаются в ряд убывания: ⁴⁰К> ²³²Th>²²⁶Ra.

Можно отметить наличие неравномерностей в распределении радиоактивности по точкам отбора. В поверхностном слое и на глубине 0,5 м

Таблица – Результаты гамма-спектрометрического анализа образцов угольной породы

Радионук-лид, показатель	Активность радионуклидов в Бк/кг (вклад, %) в разных точках террикона на разных глубинах
	северная			южная			восточная			западная
	0 м	0,5 м	1,0 м	0 м	0,5 м	1,0 м	0 м	0,5 м	1,0 м	0 м	0,5 м	1,0 м
^40K	797,0 (90,2)	721,0 (88,8)	762,0 (88,9)	786,0 (89,6)	847,0 (91,4)	846,0 (90,2)	947,0 (90,9)	942,0 (89,9)	685,0 (89,9)	799,0 (88,7)	1020,0 (92,6)	630,0 (89,0)
^226Ra	44,9 (5,1)	44,1 (5,4)	44,1 (5,1)	49,0 (5,6)	33,5 (3,6)	48,0 (5,1)	48,1 (4,6)	60,0 (5,7)	41,1 (5,4)	60,2 (6,7)	34,5 (3,1)	43,1 (6,1)
^232Th	42,0 (4,8)	47,3 (5,8)	50,8 (5,9)	42,5 (4,8)	46,0 (5,0)	43,5 (4,6)	46,1 (4,4)	46,4 (4,4)	36,1 (4,7)	41,4 (4,6)	47,7 (4,3)	34,7 (4,9)
Cсум.	884,0	812,0	857,0	877,0	926,0	937,0	1040,0	1050,0	763,0	900,0	1100,0	708,0
Сэф.	168,0 27,4	167,0 23,7	175,0 26,0	172,0 25,7	166,0 25,6	177,0 26,3	189,0 30,0	201,0 29,8	147,0 23,2	182,0 27,9	184,0 29,1	142,0 21,3

наивысшее значение С_эф. отмечено для восточной и западной точек отбора, а наименьшее – для северной и южной. Эта же закономерность в пределах ошибки измерений сохраняется и для значений суммарной активности радионуклидов C_сум.. На глубине 1,0 м наивысшее значение С_эф. наблюдается для южной и северной точек, а наименьшее – для западной и восточной. Аналогично изменяется и величина С_сум.. Причем разница между максимальными и минимальными значениями С_эф. в различных точках незначительна: в поверхностном слое 21 Бк/кг, на глубинах 0,5 и 1,0 м – 35 Бк/кг. Однако разброс значений в 21 Бк/кг входит в пределы ошибки измерения С_эф., а разброс в 35 Бк/кг – превышает ее. Поэтому при дальнейшем обсуждении материала необходимо, в большей мере, опираться на различия в радиоактивности на глубине 1,0 м. Они обусловлены как собственной активностью ПРН складированных там шлаков, так и ПРН, выщелоченными из вышележащих слоев. В целом, по точкам отбора картина выглядит следующим образом: на севере и юге наименьшие значения С_эф. и С_сум. в поверхностных слоях, а наивысшие - на глубине 1,0 м. В западном и восточном направлениях террикона обратная закономерность. Таким образом, вертикальная миграция ПРН более выражена в северном и южном направлениях. Если предположить, что химический состав шлаков однородный по террикону, то данная закономерность может быть связана только с преобладанием ветров и, следовательно, потоков выщелачивающей дождевой воды.

Увеличение С_эф. образцов с северной и южной точек с глубиной отбора обусловлено повышением или сохранением на достаточно высоком уровне удельных активностей отдельных ПРН по профилю террикона. Соединения калия наиболее растворимы, потому хорошо мигрируют. Максимальное содержание ⁴⁰К зарегистрировано на глубине 1,0 м. На западном и восточном направлениях максимальное содержание отдельных ПРН зарегистрировано в поверхностных слоях толщиной до 0,5 м.