Tadmore,J., Cothern, C.R., Smith, J.E., Swaine, D.J., Swaine, D.J. Перевод: Зиновьева К. Э.
Введение
Угольв основном состоит из органического вещества, но эти неорганические вещества вминеральной части угля и микроэлементы — то, что может быть названо в качествевозможных причин медицинских, экологических и технологических проблем, связанныхс использованием угля. Некоторый след элементов в угле естественнорадиоактивен. К таким радиоактивным элементам можно отнести следующие: уран (U),торий (Th), а также их многочисленные продукты распада, в том числе радий (Ra)и радон (Rn). Хотя эти элементы химически менее токсичны, чем другие угольныесоставляющие, такие как мышьяк, селен, или ртуть, поднимались вопросы, касающиесявозможных рисков от радиации. Точное решение этих вопросов, и прогнозированиеподвижности радиоактивных элементов в течение угльного топливного цикла — этоважно для определения концентрации, распределения и формы радиоактивныхэлементов в угле и летучей золе.
Обилие радиоактивных элементов в угле и летучей золы
Оценкарадиационного облучения при сжигании угля в решающей степени зависит отконцентрации радиоактивных элементов в угле и в летучей золы, которая остаетсяпосле сжигания. Данные для урана и тория в угольных содержания доступна изГеологическая служба США (USGS), который ведет крупнейшая база данныхинформации о химическом составе США угля. Эта база данных для поиска по WorldWide Web по адресу: energy.er.usgs.gov/products/databases/CoalQual/intro.htm.
В большинстве проб концентрации урана понижаются в пределах от чуть ниже 1 до 4частей на миллион (промилле). Подобные концентрации урана обнаружены вразличных породах и почвах. Угли с более чем 20 частей на миллион урана редки вСША. Концентрации тория в угле понижаются в аналогичном диапазоне 1-4 промилле,по сравнению со средним показателем в земной коре примерно 10 промилле. Угли сболее чем 20 частей на миллион тория также крайне редки. Во время сжигания углябольшая часть урана, тория и их продуктов распада освобождаются отпервоначальной угольной матрицы и распределяются в газовой фазе и твердыхпродуктах сгорания.
Перегородкимежду газовой и твердой фазами контролируются неустойчивостью и химиейотдельных элементов. Практически 100 процентов радона питает уголь в газовойфазе, и теряется в дымовых выбросах. Однако, менее летучие элементы, такие какторий, уран, и большинство их продуктов распада, почти полностью сохраняются, присжигании, в твердых отходах. Современные электростанции можно восстановитьболее чем на 99, 5 процента от сжигания твердых отходов. Средняя урожайностьзолы от сжигания угля в США составляет примерно 10 процентов веса. Такимобразом, концентрация наиболее радиоактивных элементов при сжигании в твердых отходах,будет примерно в 10 раз больше от концентрации в исходном угле.
Формы возникновения радиоактивных элементов в угле илетучей золе
ВUSGS в настоящее время существует научно-исследовательский проект по изучениюраспространения и способов возникновения (химическая форма) микроэлементов вугле и в продуктах сгорания угля. Этот подход, как правило, включает:
(1)ультра чувствительные химические или радиометрические анализы частиц, разделенныхна основе размера, плотности, минеральных или магнитных свойств$
(2)анализы химического экстракта, который избирательно накапливает определенныекомпоненты углей или летучей золы;
(3)прямое наблюдение и анализ микроизлучений очень небольших площадей или зерна;
(4)радиографические методы определения местоположения и количества радиоактивныхэлементов.
Большинствотория в угле содержится в минералах-фосфатах, таких как моназит или апатит. Вотличие от урана, он находится в минеральных и органических фракциях угля.Некоторые разновидности урана могут добавляться постепенно, в течениегеологического времени так как органические вещества могут извлекать ирастворенный уран из подземных вод. В летучей золе уран больше сосредоточен втонких частицах малых размеров частиц. Если во время сжигания угля некотораячасть урана сосредоточена на поверхности золы как конденсат, то эта поверхностьв его рамках является потенциально более подвержена выщелачиванию. Как бы тонибыло, никаких очевидных доказательств поверхности обогащения урана в сотняхчастиц летучей золы, рассмотреными USGS исследователями, не было найдено.
Приведенныевыше наблюдения, основанны на использовании деления-трек радиографии, сложнуойтехники для наблюдения за распределением частиц урана размером до 0, 001 сантиметра в диаметре. Диаметр стеклянной сферы летучей золы относительно большой, составляетоколо 0, 01 см. Распределение и концентрация урана отмечаются в виде делений натреки, которые появляются, как темно-линейные функции на рентгеновском снимке.Дополнительные изображения получают путем USGS исследователей из различныхчастиц летучей золы подтверждающим преференциальное расположение урана внутристеклянного компонента, частицах летучей золы.
Здравоохраненияи окружающей среды от воздействия радиоактивных элементов, связанных с углем
Радиоактивныеэлементы из угля и летучей золы могут быть в контакте с общественностью, когдаони рассеиваются в воздухе и воде или включены в коммерческие продукты, которыесодержат летучую золу.
Радиационнаяопасность из бортовых выбросов угольных электростанций оценивается в серииисследований, проведенных с 1975-1985. Эти исследования пришли к выводу, чтомаксимальная доза облучения с индивидуальной зоной жизни в пределах 1 км от современной электростанции, эквивалентно несовершеннолетним, может быть от 1 до 5 процентов, возрастаниерадиации происходит и в природной среде. Для обычного гражданина, дозаоблучения при сжигании угля, значительно меньше. Природные источники составляютбольшинство (82 процентов) от радиации. В антропогенных источниках радиациипреобладают медицинские рентгеновские лучи (11 процентов).
Летучаязола обычно используется в качестве добавки в бетон, в строительные материалы, норадиоактивность типичной летучей золы существенно не отличается от болеетрадиционных бетонных добавок или других строй-материалов, таких, как гранитили красный кирпич. Один крайний расчет предполажил, высокую пропорцию летучейзолы в качестве добавки в бетон, по сравнению с нормальным бетоном, 3 процентаот естественной радиации окружающей среды.
Ещеодно соображение заключается в том, что с низкой плотностью, конкретныепродукты, богатые летучей золой, могут стать источником радона. Прямыеизмерения этого вклада радона внутри помещений, усугубляется гораздо большийвклад от лежащих почвы и породы. В эманации, радон из летучей золы менее опасен,чем из природных почвенных аналогичного содержания урана. Нынешние расчетыпоказывают, что бетонному зданию продукции всех видов способствуют менее 10процентов от общего объема помещений радона.
Приблизительнотри четверти от годового производства летучей золы, предназначенных длязахоронения, в инженерии поверхности запруд и свалки, или в заброшенных шахтахи карьерах. Главной экологической проблемой является возможность загрязнениягрунтовых вод. Стандартные тесты на leachability токсичных микроэлементов, такихкак мышьяк, селен, свинец и ртуть из летучей золы свидетельствует о том, чтосумма растворенных достаточно низка, чтобы оправдать регулированияклассификации летучей золы, как nonhazardous твердых отходов. Максимальнодопустимая концентрация в этих стандартизированных тестах — 100 раз стандартампитьевой воды, но эти пределы концентрации редко подходят для летучей золы.
Вleachability радиоактивных элементов, из летучей золы имеет значение, в связи сСША Агентством по охране окружающей среды (USEPA) питьевой водой стандартногодля растворенного радия (5 пикокюри за литр) и предлагаемым добавлениемпитьевой воды стандартов и радон урана к 2000 году. Предыдущие исследованиямобильности радиоэлементов в окружающей среде, и, в частности, внепосредственной близости от урановых шахт и заводов, служат основой дляпрогнозирования химических условий, которые могут оказывать влияние на leachabilityурана, бария (химический аналог для радия) и тория с летучей золы. Например, leachabilityрадиоактивных элементов критически зависит от рН, результат реакции воды слетучей золой. Экстремальность либо кислотность (рН меньше 4) или щелочность(рН больше 8) может способствовать повышению растворимости радиоактивныхэлементов. Кислотность — нападения различных минеральных фаз, которые находятсяв летучей золе. Вместе с тем, нейтрализации кислотных растворов последующиереакции с природными скалами или почвами способствует выпадению осадков илисорбции многих растворенных элементов, в том числе урана, тория, а многие из ихпродуктов распада. Высокая щелочность растворов содействия распада изстеклянного компонента летучей золы, является принимающей урана, что может, вчастности, может привести к увеличению растворимости урана, уран-карбонатныевиды. К счастью, большинство частиц летучей золы богаты раствореннымисульфатами, и это уменьшает растворимость бария (и радий), которые образуютвесьма нерастворимые сульфаты.
Прямыеизмерения растворенного урана и радия в воде, что связался с летучей золойограничивается небольшим числом лабораторных исследований выщелачивания, в томчисле путем USGS исследователей и разреженными данными для природной водывблизи некоторых объектов утилизации золы. Эти предварительные результатыпоказывают, что концентрации, как правило, ниже нынешнего стандарта питьевойводы для радия (5 пикокюри на литр), либо изначально предложили стандарт дляурана питьевой воды из 20 частей на миллиард.
Резюме
Радиоактивныеэлементы в угле и летучей золе не должны быть источником тревоги. Подавляющеебольшинство из угля, и большинство из летучей золы, не существенно обогатилирадиоактивные элементы или связанные радиоактивностью, по сравнению с общейпочвой или породами. Это замечание является полезной геологической точкойзрения общества для решения проблем, касающихся возможной радиационнойопасности и радона.
Расположениеи форма радиоактивных элементов в летучей золе определяет наличие элементов длявыщелачивания пепла во время использования или утилизации. Существующиеизмерения распределения частиц урана в летучей золе свидетельствуют оравномерном распределении урана всех стекловидных частиц. В явном пренебреженииизобилии поверхности ограниченных, относительно доступных частиц уранасвидетельствует о том, что темпы высвобождения его в основном контролируютсясравнительно медленным растворением пребывания золы.
Предыдущиеисследования радиоэлементов растворенных в окружающей среде, а такжесуществующие знания о химических свойствах урана и радия, могут бытьиспользованы для прогнозирования наиболее важного химического контроля, как, например,рН на растворимость урана и радия, когда летучая зола взаимодействует с водой.Ограниченность измерения растворенного урана и радия в воде летучей золы иприродной воды из пепла свидетельствуют о том, что концентрации растворенныхэтих радиоактивных элементов находятся ниже уровня человеческого здоровья.
Списоклитературы
Tadmore, J., 1986, Radioactivity from coal-fired power plants: Areview: Journal of Environmental Radioactivity, v. 4, p. 177–204.
Cothern, C.R., and Smith, J.E., Jr., 1987, Environmental Radon: New York, Plenum Press, 363 p.
Ionizing radiation exposure of the population of the United States, 1987: Bethesda, Md., National Council on Radiation Protection and Measurements,Report 93, 87 p.
Swaine, D.J., 1990, Trace Elements in Coal: London, Butterworths,278 p.
Swaine, D.J., and Goodarzi, F., 1997, Environmental Aspects of TraceElements in Coal: Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, 312 p.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта masters.donntu.edu.ua