9.2. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СРЕДУ ПРЕДПРИЯТИЙ, ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ
РАДИОАКТИВНОЕ ИЛИ СОДЕРЖАЩЕЕ РАДИОНУКЛИДЫ СЫРЬЕ

Таким сырьем могут быть урановые, ториевые, а также редкометалльные руды, в которых помимо основных элементов, представляющих экономический интерес (Nb, Та, Ti, Zr, редкоземельные элементы и др.), присутствуют в качестве изоморфной примеси Th и U. Обработка руды заключается в ее измельчении и воздействии на нее теми или иными реагентами для извлечения полезных элементов. Наиболее распространенным реагентом для вскрытия руд этого типа является серная кислота, иногда в сочетании с другими соединениями. Из сернокислого раствора необходимые элементы извлекаются методами экстракции, соосаждения, ионного обмена.

Для нейтрализации кислых жидких отходов часто используют известковое молоко (суспензию СаО) , в качестве сорбента добавляют опилки, торф и др. В целях более полной очистки растворов от солей Ra в них добавляют ВаСl₂ для соосаждения Ra и Рb с сульфатами Ва. Часто используют и другие средства для очистки промышленных растворов (Искра, Бахуров, 1981.) Непрореагировавшие рудные остатки и пульпу, содержащую разнообразные осадки и сорбенты, помещают в специальные открытые хвостохранилища. При сернокислотном выщелачивании в раствор переходят U, Th и менее 1% Ra и Рb. Объем рудных остатков зависит от типа сырья. Так как промышленные урановые руды часто содержат лишь 0,1 - 0,2% U, то после его извлечения в отходы поступает более 90% исходной массы руды. Отходы, содержащие естественные радионуклиды, являются постоянными источниками радона.

Для стабилизации твердых отходов в хвостохранилищах применяют различные способы: засыпку твердой породой или рудными отвалами; покрытие полимерами, битумами или другими связывающими реагентами; рекультивацию.

МИГРАЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ

Наиболее важной экологической и геохимической проблемой является миграция радионуклидов из мест захоронения отходов. Миграция из хвостохранилищ твердых отходов происходит под воздействием ветра, метеорных вод и растительности.

217

Ветровая эрозия может возникнуть лишь при нарушении сплошности дезактивирующего покрытия, которое можно предотвратить, своевременно контролируя состояние покрытия. Наиболее существенна ветровая эрозия в районах аридного климата. Для гумидной климатической зоны главную роль играет водная эрозия отходов и миграция радионуклидов с метеорными водами, фильтрующимися через толщу отходов. При этом резко меняется состав вод, которые в процессе фильтрации обогащаются многими относительно растворимыми компонентами, содержащимися в составе хвостов. В зависимости от технологической схемы в грунтовых водах во много раз может возрастать концентрация анионов (SO

2-

4

, Cl^-, HCO

-

3

, NO

-

3

и др.) и катионов (К⁺, Na⁺, Mg²⁺ и др.). В итоге резко возрастает химическая агрессивность грунтовых вод в толще отходов, что способствует интенсификации перехода радионуклидов в эти воды. Так, модельные эксперименты по периодическому выщелачиванию отходов 0,1 н. раствором НСl, имитирующие природный процесс, показали, что из рудных отходов может извлекаться до 20% ²³⁸U и более 25% ²²⁶Ra.

Для изучения миграции радионуклидов и оценки ее интенсивности, особенно на начальной стадии процесса, когда концентрации элементов, вынесенных за пределы хвостохранилища, значимо не отличаются от флюктуации природного фона, должен использоваться неравновесный изотопный метод. Наиболее информативны в этом случае изотопные отношения: ²³⁴U/ ²³⁸U, ²³⁰Th/ ²³²Th и ²²⁸Th/ ²³²Th. Первые два отношения могут служить трассерами загрязнения, последнее является индикатором интенсивности миграции.

Объектами исследования могут быть почвы и воды. Фоновое значение величины активности ²³⁴U/ ²³⁸U в поверхностных и грунтовых водах и гумусовом горизонте почв обычно превышает равновесное значение (> 1). Типичная величина этого отношения для урановых руд, напротив, близка к единице. Вынос урана из хвостохранилища с жидким стоком в растворенном состоянии или в составе взвеси будет фиксироваться по снижению значения ²³⁴U/ ²³⁸U.

Величина отношения ²³⁰Th/ ²³²Th в незагрязненных почвах (фон) обычно не выходит за пределы значения 1,0 ± 0,2 (Титаева, Таскаев, 1983). В урановых рудах присутствуют в основном уран и продукты его распада (в том числе ²³⁰Th). ²³²Th и его продукты распада находятся в этих рудах в резко подчиненной концентрации, поэтому величина ²³⁰Th/ ²³²Th ≫ 1.

Миграция урана может быть приостановлена с помощью восстановительного барьера (например, торфяные и глеевые почвы).

218

Рис. 9.2. Профиль через хвостохранилише рудных отходов: 1 - ²³⁴U/ ²³⁶U; 2 - ²²⁸Th/ ²³²Th; 3 - ²³⁰Th/ ²³²Th; 4 - концентрация U в условных единицах; 5 - суммарная γ-активность R; 6 - отходы; 7 - дезактивирующий слой

Миграция ²³⁰Th в этих условиях может осуществляться в форме растворимых органических комплексов и будет фиксироваться по превышению ²³⁰Th/ ²³²Th над фоном.

Изотопное отношение ²²⁸Th/ ²³²Th является чувствительным индикатором выщелачивания (см. гл. 5). Выщелачивание рудных отходов кислыми грунтовыми водами, сформировавшимися при взаимодействии вод метеорного происхождения с "хвостами", приводит к появлению аномально низких значений этого отношения (< 0,5) при фоновом значении для почв около 0,8 - 1,0 (рис. 9.2).

По опубликованным данным (Бахуров, Луценко, Шашкина, 1965), на расстоянии 500 - 1000 м от действующего хвостохранилища на одном из урановых заводов СССР грунтовая вода содержала до 1,5 · 10^-4 г/л U и до 1,3 · 10^-11 г/л Ra, что на два порядка превышало фоновые значения. При этом такое загрязнение вод под хвостохранилищем прослеживалось на глубину', около 100 м. В водных потоках миграция U была обнаружена на расстоянии до 100 км.

Нахождение отходов на поверхности почв создает резкоградиентные двухзвенные системы, где из отходов в почвы идет постоянный диффузионный вынос наиболее подвижных радионуклидов,

219

в первую очередь атомов отдачи. При этом из пограничного горизонта может выноситься более 90% радионуклидов, что хорошо видно по величинам отношений дочерних и материнских радионуклидов в табл. 9.1. Можно заметить, что из подошвы отходов (горизонт 20 - 35 см) в первую очередь выносятся дочерние радионуклиды ²³⁴U и ²²⁶Ra, в несколько меньшей степени - fTh. В верхнем горизонте почв радионуклиды частично фиксируются, особенно малоподвижный изотоп тория ²³⁰Th.

Таблица 9.1

Отношения радионуклидов (в единицах активности) в почвенном разрезе, загрязненном отходами уранового производства
(по Титовой, Таскаеву, Овченкову, 1978)

220