Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Техногенные месторождения (ТМ)
– техногенные образования (отвалы горнодобывающих предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы топливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургического производства, шламо-, шлако- и т.д. отвалы химической отрасли) на поверхности Земли по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья пригодные для промышленного использования в настоящее время или в будущем по мере развития науки и техники и изменения экономических условий.
Появившиеся в последние десятилетия техногенные месторождения являются результатом интенсивного развития горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Техногенные месторождения представляют собой класс месторождений, сформировавшихся в районах горнорудной промышленности (Украина, Казахстан, Северо-запад и Юго-восток европейской части Росси, Урал, Юго-восток и Восток азиатской части, Центр Сибири и др.). Эти месторождения обычно обладают своеобразным минеральным составом и являются потенциальным источником разнообразных полезных ископаемых, в частности цветных, редких и благородных металлов, а также строительных материалов (щебень, песок, гравий и т.д.).
На территории Украины в результате деятельности 500 промышленных предприятий только твердых отходов накоплено около 25 млрд. тонн. Эти отходы негативно влияют на природные ландшафты и экологические условия, занимая площадь около 150 тыс. га плодородных земель и ухудшая среду обитания человека. Техногенные месторождения приводят к исключению из хозяйственного оборота больших площадей земель, занятых отходами производства. Так, например, площадь золоотвалов топливно-энергетического комплекса Урала составляет около 3 000 га, а площадь нарушенных земель в медной подотрасли превышает 60 000 га. Значительную площадь (260 га) занимает Черемшанское шламохранилище Высокогорского ГОКа, в котором сосредоточено около 40 млн т отходов обогащения железных руд. Кроме того, происходит уничтожение или снижение качества земель из-за пылевых заносов с отвалов и хвостохранилищ. Например, с 1 га отвалов КМА ежегодно сносится до 500 тонн пыли. Идет загрязнение окружающей среды (почв, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха) тяжёлыми металлам и солями в концентрациях, нередко превышающих допустимые нормы. Так ориентировочный суммарный объём сброса загрязнённой оборотной воды с золоотвалов АО «Свердловэнерго» составляет не менее 7,6 млн.м3/год. Содержание в сбрасываемой воде таких элементов как F, V и Mn превышает ПДК в десятки и сотни раз. С отвалов Садонских месторождений ежегодно выносится в р. Терек до 3 000 тонн цинка.
На 01.06.2000г имелась информация о 1600 техногенных объектах Украины по 13 областям. За 200 лет промышленной добычи каменных углей в Донбассе и их переработки накоплено громадное количество отходов: на каждого жителя этого региона приходится их около 4000 т. Из 1257 терриконов и отвалов угольных шахт до 35% подвержены процессам самовозгорания угля. Выделяющиеся при этом из очагов горения горячие газы отлагают на поверхности самородную серу, нашатырь и другие техногенные минералы. В радиусе до 3-х км каждый террикон является источником загрязнения воздушной, водной и поверхностной природной среды различными токсинами, в том числе мышьяком, ртутью и др.
В развитых индустриальных странах мира уровень использования промышленных отходов достигает 70-80%, тогда как в Украине и ближнем зарубежье он не превышает 12-15%.
В США, например, из промотходов получают 20% всего алюминия, 33% железа, 50% свинца и цинка, 44% меди и т.д. Подобная тенденция использования вторичных ресурсов наблюдается в Канаде, Великобритании, ЮАР, Испании и других странах. Например:
• В штате Монтана (США) из отвалов рудника Мандиски получают ежегодно 2 т Au и 4 т Ag при содержании в отвалах золота – 0,84 г/т и серебра – 2,8 г/т.
• В штате Мичиган (США) из хвостов обогащения, содержащих 0,3% Cu, достигнуто из-влечение 60% меди.
• В ЮАР из отвалов золотоизвлекательных фабрик при содержании золота – 0,53 г/т и урана – 40 г/т получают 3,5 т золота и 696 т урана в год при производительности 50000 т/сутки.
Для Казахстана, России и Украины, стран, производящих значительную долю всей минеральной продукции мира и обладающих мощным горнопромышленным потенциалом, проблема утилизации промышленных отходов имеет первостепенное значение. Важным обстоятельством является то, что себестоимость товарной продукции из промышленных отходов в 5-15 раз меньше, чем из добываемых традиционными способами руд месторождений полезных ископаемых. Активное использование промышленных отходов минерального сырья позволит получить прибыль в миллиарды долларов ежегодно.
Например, вторичная переработка 150 млн. тонн отходов обогащения марганцевых руд Никопольского района и 500 млн. тонн отходов обогащения железных руд Криворожского бассейна могут дать товарной продукции на 5-7 млрд. долларов. Эти, а также другие данные показывают настоятельную необходимость изучения и утилизации техногенных месторож-дений Украины и, особенно, Донбасса.
1.1 Способы образования и классификация техногенных месторождений
Множественность показателей, характеризующих ТМ, к которым относятся:
• условия образования,
• объёмы,
• вещественный состав,
• характер процессов, преобразующих первичное вещество,
• неоднородность влияния отдельных показателей на принятие технологических решений и экономических оценок и некоторые другие
предопределяют сложность их классификации и типизации.
По морфологическим признакам ТМ можно разделить на 2 типа:
1.Месторождения насыпные, представляющие собой холмы и терриконы. К этому типу относятся:
• терриконы угольных шахт и разрезов;
• отвалы рудников и карьеров руд цветных, чёрных и редких металлов, сложенные дезинтегрированными вскрышными и вмещающими породами, а так же убогими забалансовыми рудами;
• техногенные россыпи, образующиеся при разработке россыпных месторождений и из отходов золоторудных фабрик;
• шлакоотвалы цветной и чёрной металлургии.
2. Месторождения наливные, образующиеся при заполнении впадин земной поверхности. Представителями этого типа ТМ являются:
• отходы обогащения руд (шламо- и хвостохранилища горнообогатительных фабрик);
• шламоотвалы цветной и чёрной металлургии;
• золо- и шлакоотвалы энергетического комплекса, возникающие при гидравлическом удалении золы и шлаков с теплоэлектростанций;
• шламоотвалы химических производств.
По составу техногенные месторождения подразделяются на 4 типа:
1. Породные ТМ, состоящие из природных горных пород и представленные глыбово-щебенистым материалом и шламо- и хвостохранилищами обогатительных фабрик.
2. ТМ пирометаллургических процессов цветной и чёрной металлургии, сложенные шламами и шлаками.
3. ТМ теплоэлектростанций, сложенные золой и шлаками ТЭС.
4. ТМ химического производства (шламы).
По возможным областям использования ТМ подразделяются на 3 типа:
1. ТМ строительного сырья.
2. ТМ (по извлекаемому металлу) – медные, цинковые и т.д.
3. ТМ смешанного типа, т.е. пригодные для получения стройматериалов и металла.
Разработка месторождений первого типа обеспечивает освобождение площадей земли от техногенных отходов с последующей их рекультивацией, второго типа - позволяет осуществить доизвлечение металла, но не решает проблемы освобождения территории отвалов от отходов, так как вторичная переработка отвалов, учитывая низкое содержание в них полезных компонент, практически даёт то же самое количество отходов.
Третий тип техногенных месторождений позволяет осуществлять и рекультивацию земель и доизвлечение металла.
По экологическому воздействию среди техногенных месторождений выделяют:
1. Неопасные, представленные горными породами и глыбовощебенистыми и щебенистыми шлаками цветной и чёрной металлургии, слабо разрушающимися в течение хранения.
2. Поражающие атмосферу и гидросферу, если они сложены окисляющимися или глинизирующимися породами, окисляющимися шлаками и шламами, пылящими шламами и высохшей пульпой хвостохранилищ.
В настоящее время терминология, классификация ТМ, критерии принадлежности их к тому или иному типу меняются и дополняются по мере углубления исследований и практических работ в области разработки техногенных месторождений.
Наиболее удобной представляется классификация ТМ, в основу которой положены условия их формирования, так как они определяют обычно и морфологию, и вещественный состав, и возможные области использования, и экологическое воздействие на ОС (рис.1).
Пользуясь классификацией, представленной на рис.1, можно оценить основные характеристики любого типа месторождений. Например, ТМ горнодобывающих предприятий, возникающие при обогащении руд и представляющие собой хвостохранилища, относятся к месторождениям
• наливного типа (морфологический признак);
• по составу – породные;
• по возможным областям использования – смешанного типа, т.е. пригодные для доизвлечения металла и получения стройматериалов;
• по экологическому воздействию на окружающую среду – поражающие атмосферу (пыль) и гидросферу (фильтрация вод хвостохранилищ через защитные дамбы).
Вовлечение в переработку техногенного сырья обеспечивает:
1. Сокращение расходов на поиски новых и разведку эксплуатируемых месторождений.
2. Сохранение истощающихся минеральных ресурсов в недрах, так как запасов полезных компонент, накопившихся в отходах ГОК’ов, достаточно чтобы удовлетворить потребности на многие десятилетия вперёд.
3. Повышение производительности труда за счёт рентабельной переработки уже добытого сырья, являющегося, по существу, готовым полупродуктом и находящегося вблизи действующих предприятий, что особенно важно для тех из них, для которых вследствие истощения сырьевой базы оказываются незагруженными производственные мощности, и высвобождается рабочая сила.
4. Улучшение условий труда, так как техногенные месторождения расположены на поверхности Земли в отличие от всё более глубокозалегающих обычных месторождений полезных ископаемых.
Рис.1
5. Производство дешёвых стройматериалов (песок, щебень, гравий, цемент, абразивы, материал для отсыпки дорожного полотна, строительства плотин, дамб, и т.д.), а из шлаков - шлаковаты, шлакового литья (брусчатка, тюбинги, плитки, бордюрный камень и т.д.), литого шлакового щебня, стеклокерамических изделий, вяжущих добавок в цемент, минеральных добавок для улучшения почв, удобрений для сельского хозяйства и др.
6. Освобождение занимаемых им земель и их рекультивацию и ликвидацию источников загрязнения окружающей среды , улучшая тем самым экологическую обстановку вокруг действующих предприятий. Это относится к тем техногенным месторождениям, освоение которых сопровождается производством стройматериалов. Если же осуществляется только добыча металлов (цветных, редких и благородных), то из-за низкого их содержания количество техногенных отходов практически не уменьшается.
Глава 2. УСТАНОВКА ДЛЯ СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ФЛЮИДНОЙ ЭКСТРАКЦИИ КОМПЛЕКСОВ УРАНА ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Украина обеспечена собственными урановыми ресурсами лишь на 30 %. В то же время в стране имеются техногенные месторождения с высокой концентрацией радиоактивных и токсичных компонентов, представляющие опасность для окружающей среды и здоровья населения. Так, в Днепродзержинске на площади 2,5 млн м2 расположено 7 хвостохранилищ, в которых накоплено около 42 млн т отходов переработки урана, содержащих уран, продукты его распада, мышьяк, селен, торий, радий и т. п.
В ряде промышленных регионов Украины радиоэкологическая обстановка определяется деятельностью угольных шахт. Например, в Донбассе за 200 лет добычи каменных углей и антрацитов образовано 1 257 терриконов общим объемом 1 056 519,9 тыс. м3. Угольные породы занимают 5 526,3 га. Отвалы, особенно горящие, являются источниками пыли и токсичных соединений. Исследования показали, что в отходах гравитационного и флотационного обогащения угля содержание урана составляет 15—150 г/т, тория — 20 г/т.
Таким образом, возникает необходимость в разработке технологий:
— уменьшения количества радиоактивных отходов в процессах получения и переработки ядерного топлива;
— глубокого извлечения актинидов и других элементов из техногенных месторождений.
Внедрение таких технологий позволит повысить объем производства ядерного топлива, а также решить экологические и социальные проблемы регионов.
В ННЦ ХФТИ создана экспериментальная установка СФЭ-U (рис. 1) для извлечения радионуклидов с использованием метода сверхкритической флюидной экстракции углекислым газом (СФЭ-СO2).
Рис. 1.
Установка
СФЭ-
U
Сверхкритическая флюидная экстракция — новейший, перспективный, экологически чистый, сухой метод получения различных материалов из растительного, минерального и техногенного сырья с использованием экстрагентов, находящихся при температуре и давлении выше критических. Наиболее часто применяют углекислый газ, циркулирующий в замкнутом объеме без сброса в атмосферу. Он нетоксичен, неактивен, доступен, дешев и обладает невысокими критическими параметрами (температура 37 °С, давление 7,3 МПа). В отличие от традиционных методов жидкостной экстракции при СФЭ-СО2 экстрагируемое вещество не содержит следов экстрагента.
Содержание урана в материалах определяли гамма-спектрометром СЭГ-50(П) с детектором ДГДК-60В. Погрешность измерения концентраций излучающих изотопов 15 %. На этапе пробоподготовки и установления эффективности экстракции применяли рентгеновский флуоресцентный анализатор КРАБ-3УМ и спектрофотометр СФ-2000 с использованием реагента Арсеназо-III. Суммарная погрешность определения количества урана в образцах составила 10 %.
Модельными материалами служили граниты. Из пяти образцов выбраны № 2 и 4 (условно) с содержанием урана 5,5 и 3,1 мкг/г соответственно.
Образцы дробили, измельчали в порошок с размером зерна менее 50 мкм, после чего заливали 30%-й азотной кислотой в массовом соотношении 1: 1 и выдерживали в течение суток. Полученный раствор смешивали с 20%-м раствором ТБФ в уайтспирите и взбалтывали. После расслоения на лист фильтровальной бумаги диаметром 150 мм наносили 1 мл органической фазы, высушивали для удаления растворителя и помещали в экстракционную ячейку.
Экстракция включала две стадии: быструю (давление 90 атм, температура 38 °С, время 2 мин) и медленную (давление 185 атм, температура 45 °С, время 60 мин). После каждой стадии продукт сбрасывали на стопку из пяти пронумерованных бумажных ф
На рис. 2 и 3 представлены спектры поглощения комплексов Арсеназо-Ш с продуктами экстракции гранитов.
Рис. 2. Спектры оптического поглощения комплексов Арсеназо-Ш с продуктами СФЭ-СО2 гранита № 4
Анализ спектров свидетельствует, что основная часть комплексов урана извлекается при быстрой экстракции. Спектр поглощения (сплошная кривая на рис. 2 с характерной резонансной полосой 651 нм) совпадает со спектром поглощения комплекса Арсеназо-Ш—уранилнитрат и указывает на 6-валентное состояние урана в экстракте.
На рис. 3 видно количественное различие в спектрах поглощения продуктов быстрой и медленной стадий. По-видимому, изменение давления и температуры влияет на эффективность извлечения отдельных компонентов исходного материала, в результате чего примеси других элементов экстрагируются в ТБФ и дают дополнительные цветовые реакции с Арсеназо-Ш.
Рис. 3. Спектры оптического поглощения комплексов Арсеназо-Ш с продуктами СФЭ-СО2 гранита № 2
В таблице приведены результаты СФЭ-СО2 урана из исследованных образцов гранита.
Количество урана на фильтрах после экстракции
| Образец | Экстракция | Количество урана, мкг | Суммарная эффективность, % | |
| СФ-2000 | KPAБ-3УM | |||
| № 2 | медленная | 10,8 | 0 | 36 |
| быстрая | 6,9 | 42 | ||
| № 4 | медленная | 10,2 | 32 | 62 |
| быстрая | 5,2 | 12 | ||
Полученные результаты дают основание считать СФЭ-СО2 перспективным методом извлечения комплексов урана из низкообогащенных отвалов урановой руды и техногенных месторождений и позволяют сформулировать основные требования к технологическим параметрам промышленной установки.
Глава 3. ОЧИСТКА НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ СОЛЕЙ С ЕСТЕСТВЕННЫМИ РАДИОНУКЛИДАМИ
По литературным данным, на территории России складировано и несанкционированно захоронено не менее 200 млн т отходов добычи нефти и газа с повышенным содержанием естественных радионуклидов (ЕРН).
Содержащиеся в пластовых водах изотопы радия отлагаются на внутренних стенках трубопроводов и оборудования в результате процессов соосаждения и адсорбции и, главным образом, сокристаллизации с сульфатными осадками бария и стронция. Проблема отложения солей при добыче нефти актуальна для месторождений России, Казахстана, Белоруссии, Азербайджана, США, Канады, Великобритании, Вьетнама и других стран. Так, в Северном море в одной из скважин месторождения Mиллеpa за 24 часа добыча упала с 4 770 до 0 м3/сут.
Для обеспечения радиационной безопасности на нефтедобывающих предприятиях необходимо проводить систематическую очистку насосно-компрессорных труб (НКТ) и элементов погружных электроцентробежных насосов, запорной арматуры и другого технологического оборудования, загрязненного солями с ЕРН. Это весьма трудоемкая и дорогостоящая работа. Способы очистки выбирают в зависимости от характера отложений, их зон, состава, радиоактивности и прочих факторов. В основном используют химический и гидромеханический методы, а при невозможности дальнейшего использования радиоактивное оборудование плавят.
Согласно исследованиям компании «SchlumbergerCambridgeResearch», в условиях скважины использование гидродинамических методов ограничено, поскольку из-за значительного противодавления эффективность очистки снижается в четыре раза и более. Требуемые давления нагнетания с поверхности превышают 150—200 MПa. В таких случаях применяют гидроабразивные методы, позволяющие обеспечить скорость очистки 0,2—5,0 м/мин.
Для очистки извлеченных НКТ с осадками сульфата бария и ЕРН экономичнее использовать гидродинамические методы без добавок абразивов. Такой подход позволяет:
- удалять комплексные отложения (солевые, с органическими соединениями нефти и продуктами коррозии) без ограничений по их прочности, толщине и химическому составу (в том числе с естественными и искусственными радионуклидами);
- предохранять очищаемые НКТ от деформирования и разрушения, что обеспечивает возможность их дальнейшего использования;
- исключить образование пыли и аэрозолей с ЕРН;
- собирать удаленные отложения в компактном виде для захоронения в могильниках радиоактивных отходов;
- снизить себестоимость работ и упростить конструкции установок по сравнению с гидроабразивным методом очистки.
Проведены экспериментальные и опытно-промысловые исследования зависимости производительности очистки от конструктивных и технологических параметров оборудования, в результате чего определены их оптимальные значения и разработаны конструкции гидравлических распределителей и насадков. Они позволяют снизить время и повысить производительность очистки НКТ. Производительность установок гидродинамической очистки в зависимости от применяемых насосных агрегатов представлена в таблице. Определяющее значение имеют прочность отложений солей и их адгезия к поверхности НКТ.
3.1 Расчетная производительность установок гидродинамической очистки НКТ от отложений солей с ЕРН (для труб 60, 73 и 89 мм)
Мощность эквивалентной дозы гамма-излучения от НКТ после очистки соответствовала фоновой. На рисунке представлены фотографии НКТ до и после гидродинамической очистки и сцинтилляционного аппарата с зафиксированными значениями мощности эквивалентной дозы гамма-излучения.
НКТ диаметром 73 мм с отложениями солей и сцинтилляционный аппарат:
а — до очистки (4,07 мкЗв/ч); б — после очистки (0,07 мкЗв/ч)
Насадки высоконапорных гидродинамических установок подвержены значительной кавитационной эрозии и коррозии, что необходимо учитывать при выборе материала для их изготовления.
Таким образом, использование гидродинамических высоконапорных технологий позволяет дезактивировать глубинно-насосное и другое оборудование, загрязненное в результате нефтедобычи, и обеспечить радиационную безопасность в нефтяной и газовой промышленности.
Глава 4. ЭКСТРАКЦИОННЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ УРАНА
флюидная экстракция уран техногенный месторождение
Известен способ извлечения урана из водных растворов экстракцией смесью раствора 1-фенил-3-метил-4-(2-хлорбензил)-пиразолона-5 и ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты в хлороформе. Процесс ведут из сернокислых растворов при рН 1,63. Для извлечения [U6+ 1,138˙10-4 М требуется использование многократного избытка органических реагентов.
Недостатки этого способа возможность осуществлять экстракцию лишь из сернокислых растворов, удорожание процесса из-за применения двух экстрагентов, сложность регенерации последних [1].
Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ экстракционного извлечения урана с помощью N,N-диалкиламидов. Экстракцию ведут из азотнокислых растворов, причем максимальное извлечение происходит из растворов 3-4 М HNO3. Концентраця экстрагента в алифатическом углеводороде (например додекане) составляет 1 М, что обеспечивает извлечение урана с коэффициентом распределения 8-9.
Недостатки способа неполная очистка водного раствора от урана (в оптимальных условиях экстракции остаточное содержание урана в водной фазе составляет 3,78˙10-2 г/л), использование концентрированного раствора экстрагента (1 М), т.е. большой расход реагента, а также проведение процесса экстракции из сильнокислых растворов. Последнее обстоятельство ведет к тому, что применение данного способа при очистке от урана сточных вод, имеющих, как правило, близкие к нейтральным значениям рН (6-8), требует дополнительной корректировки (подкисления) среды азотной кислотой [2].
Указанный органический реагент синтезирован по реакции Манниха и предложен в качестве экстрагента бора [3].
Сопоставительный анализ заявляемого способа с известными показал, что использование бис-(2-окси-5-амилбензил)амина для извлечения урана из нейтральных растворов неизвестно, что отвечает критерию "новизна". Анализ известных способов извлечения урана показал, что применение экстракции органическими реагентами для извлечения урана известно, однако использование бис-(2-окси-5-амилбензил)амина при его концентрации в керосине 0,04-0,05 М, рН 5,0-8,5 и Vo:Vв 2:(3-5) в литературе не описано, что позволяет сделать вывод о "существенных отличиях".
Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Урансодержащий водный раствор контактируют путем перемешивания в течение 10 мин с 0,04-0,05 М раствором бис-(2-окси-5-амилбензил)амина в керосине при рН 5,0-8,5 и Vo:Vв 2: (3-5). После расслаивания фаз, на что требуется 2-3 мин, их отделяют и анализируют на содержание урана.
Для регенерации экстрагента (для повторного использования) достаточна обработка урансодержащего экстрагента растворами NaOH, Na2CO3 или (NH4)2CO3. В результате экстрагированный уран полностью удаляется из экстрагента.
П р и м е р 1. К 100 мл урансодержащего водного раствора с концентрацией урана 6,5˙10-4 г/л добавляют 66,7 мл 0,04 М керосинового раствора бис-(2-окси-5-амилбензил)амина и перемешивают при рН 5,0 в течение 10 мин. Анализ фаз после их расслаивания и отделения показал, что весь уран переходит в органическую фазу, в которой концентрация металла составила 9,75˙10-4 г/л, т.е. степень извлечения равна 100%
П р и м е р ы 2-5 проводятся аналогично примеру 1 и сведены в таблицу.
Из представленных в таблице данных следует, что оптимальным пределом концентрации экстрагента является 0,04-0,5 М.
Заявляемая концентрация (0,035 М) не обеспечивает полноту извлечения урана, а при более концентрированных растворах 0,06 М), хотя степень экстракции и максимальна, но органическая фаза становится более вязкой, что затрудняет расслаивание фаз. Оптимальным пределом значений рН среды является рН 5,0-8,5, ниже и выше которого степень экстракции уменьшается.
Оптимальным соотношением объемов фаз является интервал Vo:Vв 2:(3-5). При увеличении объема водной фазы понижается степень извлечения урана. При увеличении объема органической фазы возрастает расход экстрагента.
Способ, описанный в прототипе, не позволяет полностью извлечь небольшие количества урана (10-2-10-4 г/л), присутствующие в сточных водах.
Таким образом, использование предложенного экстракционного реагента в оптимальных условиях позволяет полностью извлечь уран из нейтральных сточных вод независимо от их состава без дополнительных операций по корректировке рН (в отличие от прототипа), что упрощает и удешевляет процесс, причем при значительном сокращении расхода реагента (0,04-0,05 М против 1 М в прототипе).
Глава 5. ЛАЗЕРНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗАТОР ДЛЯ ЭКСПРЕССНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛЕДОВ УРАНА И НЕФТЕПРОДУКТОВ В ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ
Современные технологии обеспечения жизненных потребностей человека связаны с загрязнением окружающей среды, в частности природных вод, радионуклидами и нефтепродуктами.
В частности, за последнее десятилетие в воды мировогоо океана сброшено радиоактивных отходов не менее 90 000 ТБк. Из года в год объем сбрасываемых загрязнений увеличивается. Поэтому в подавляющем большинстве цивилизованных стран очень остро стоит вопрос оценки сверхнизких концентраций разных нуклидов, прежде всего в особо чистых продуктах. Кроме того, это важно при исследовании радиационной чистоты территорий, особенно морских и воздушных, а также при разведке урансодержащих руд.
Многолетние исследования, проводимые в лаборатории химических сенсоров позволили разработать уникальные экспрессные лазерно-люминесцентные методы и аппаратуру определения урана(VI) и полиароматических углеводородов, нефтей и нефтепродуктов в природных, питьевых, сточных водах и различных геологических объектах.
Принцип действия анализатора основан на использовании периодического лазерного возбуждения в сочетании с временной селекцией и приемами накопления слабых повторяющихся сигналов. Анализатор оснащен блоком аналоговой обработки, обеспечивающим измерение разности выходных сигналов фотоэлектронных умножителей со стробированием.
Анализатор позволяет решить проблемы:
· контролировать содержание урана, полиароматических соединений, нефтей и нефтепродуктов в питьевых, природных и сточных водах, -селективного и экспрессного определения урана (VI0 как в статическом, так и в динамическом режимах в различных природных, питьевых и сточных водах, а также в поровых растворах и геохимических объектах,
· осуществлять мониторинг экологического состояния различных акваторий и других объектов окружающей среды,
· прогнозировать месторождения урана.
Время анализа - 1 мин., проведение анализа без предварительной пробоподготовки, объем пробы - 0,5-5 мл, обеспечивается определение урана в интервале концентраций 10-7 - 10-12 г/л, нефтей и нефтепродуктов в интервале концентраций - 10-6-10-10 г/л.
Общие размеры прибора 500 х 600 х мм.
Лазерно-люминесцентных анализатор является недорогим прибором (ориентировочная цена - не выше 15 тыс. долл. США), и крайне необходим для атомных станций, хранилищ питьевой воды, отстойников сточных вод, геологических партий, морских экспедиций и т.д.
Лазерно-люминесцентный анализатор не имеет отечественных и зарубежных аналогов, обладает такими преимуществами как минимальны пробоподготовка, низкий предел обнаружения, экспрессность анализа, широкий спектр его применения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Беляев А.М. Радиоэкология
2. По материалам конференции «Безопасность ядерных технологий: экономика безопасности и обращение с ИИИ»
3. Кедровский О.Л., Шишиц Ю.И., Леонов Е.А., и др. Основные направления решения проблемы надежной изоляции радиоактивных отходов в СССР. // Атомная энергия, т. 64, вып.4. 1988, с. 287-294.
4. Бюллетень МАГАТЭ. Т. 42. №3. — Вена, 2000.
5. Кочкин Б.Т. Выбор геологических условий для захоронения высокорадиоактивных отходов // Дис. на соиск. д. г.-м. н. ИГЕМ РАН, М., 2002.
6. Лаверов Н.П., Омельяненко Б.И., Величкин В.И. Геологические аспекты проблемы захоронения радиоактивных отходов // Геоэкология. 1999. №6.