Стаття Радіоактивні елементи у вугіллі та летючій золі Достаток, форми та екологічне значення
Tadmore, J., Cothern, C.R., Smith, J.E., Swaine, DJ, Swaine, DJ. Переклад: Зінов'єва К. Е.
Вугілля в основному складається з органічної речовини, але ці неорганічні речовини в мінеральній частині вугілля та мікроелементи - те, що може бути названо як можливі причини медичних, екологічних та технологічних проблем, пов'язаних з використанням вугілля. Деякий слід елементів у вугіллі природно радіоактивний. До таких радіоактивних елементів можна віднести такі: уран (U), торій (Th), а також їх численні продукти розпаду, у тому числі радій (Ra) та радон (Rn). Хоча ці елементи хімічно менш токсичні, ніж інші вугільні складові, такі як миш'як, селен, або ртуть, порушувалися питання щодо можливих ризиків від радіації. Точне вирішення цих питань, та прогнозування рухливості радіоактивних елементів протягом вугільного паливного циклу - це важливо для визначення концентрації, розподілу та форми радіоактивних елементів у вугіллі та летючій золі.
Розмаїття радіоактивних елементів у вугіллі та летючій золи
Перегородки між газовою та твердою фазами контролюються нестійкістю та хімією окремих елементів. Майже 100 відсотків радону живить вугілля в газовій фазі, і губиться в димових викидах. Однак, менш леткі елементи, такі як торій, уран і більшість їх продуктів розпаду, майже повністю зберігаються, при спалюванні, у твердих відходах. Сучасні електростанції можна відновити більш ніж на 99,5 відсотки від спалювання твердих відходів. Середня врожайність золи від спалювання вугілля США становить приблизно 10 відсотків ваги. Таким чином, концентрація найбільш радіоактивних елементів при спалюванні у твердихвідходах буде приблизно в 10 разів більше від концентрації у вихідному вугіллі.
Форми виникнення радіоактивних елементів у вугіллі та летючій золі
В USGS в даний час існує науково-дослідний проект з вивчення поширення та способів виникнення (хімічна форма) мікроелементів у вугіллі та в продуктах згоряння вугілля. Цей підхід, як правило, включає:
(1) ультра чутливі хімічні або радіометричні аналізи частинок, розділених на основі розміру, щільності, мінеральних або магнітних властивостей
(2) аналізи хімічного екстракту, який вибірково накопичує певні компоненти вугілля або летючої золи;
(3) пряме спостереження та аналіз мікровипромінювань дуже невеликих площ або зерна;
(4) радіографічні методи визначення місцезнаходження та кількості радіоактивних елементів.
Більшість торію у вугіллі міститься в мінералах-фосфатах, таких як моназит або апатит. На відміну від урану, він знаходиться у мінеральних та органічних фракціях вугілля. Деякі різновиди урану можуть додаватися поступово протягом геологічного часу так як органічні речовини можуть витягувати і розчинений уран з підземних вод. У летючій золі уран більше зосереджений тонких частинках малих розмірів частинок. Якщо під час спалювання вугілля деяка частина урану зосереджена на поверхні золи як конденсат, то ця поверхня в його рамках є потенційно більш схильна до вилуговування. Як би там не було, жодних очевидних доказів поверхні збагачення урану в сотнях частинок летючої золи, розглянутими USGS дослідниками, не було знайдено.
Наведені вище спостереження, засновані на використанні поділу-трек радіографії, складної техніки для спостереження за розподілом частинок уранурозміром до 0,001 сантиметра у діаметрі. Діаметр скляної сфери летючої золи відносно великий, становить близько 0,01 см. Розподіл та концентрація урану відзначаються у вигляді поділів на треки, які з'являються як темно-лінійні функції на рентгенівському знімку. Додаткові зображення отримують шляхом USGS дослідників з різних частинок летючої золи, що підтверджує преференційне розташування урану всередині скляного компонента, частинках летючої золи.
Охорони здоров'я та навколишнього середовища від впливу радіоактивних елементів, пов'язаних з вугіллям
Радіоактивні елементи з вугілля та летючої золи можуть бути в контакті з громадськістю, коли вони розсіюються в повітрі та воді або включені до комерційних продуктів, що містять летучу золу.
Радіаційна небезпека з бортових викидів вугільних електростанцій оцінюється у серії досліджень, проведених із 1975-1985. Ці дослідження дійшли висновку, що максимальна доза опромінення з індивідуальною зоною життя в межах 1 км. від сучасної електростанції, еквівалентно неповнолітнім, може бути від 1 до 5 відсотків, зростання радіації відбувається і в природному середовищі. Для звичайного громадянина доза опромінення при спалюванні вугілля значно менше. Природні джерела становлять більшість (82 відсотки) від радіації. В антропогенних джерелах радіації переважають медичні рентгенівські промені (11 відсотків).
Летуча зола зазвичай використовується як добавка в бетон, в будівельні матеріали, але радіоактивність типової летючої золи істотно не відрізняється від більш традиційних бетонних добавок або інших будівельних матеріалів, таких, як граніт або червону цеглу. Один крайній розрахунок припустив, високу пропорцію летючої золи як добавка до бетону, порівняно знормальним бетоном, 3 відсотки від природної радіації навколишнього середовища.
Ще одне міркування полягає в тому, що з низькою щільністю, конкретні продукти, багаті на летючу золу, можуть стати джерелом радону. Прямі виміри цього вкладу радону всередині приміщень, посилюється набагато більший внесок від ґрунту і породи, що лежать. В еманації радон з летючої золи менш небезпечний, ніж з природних грунтових аналогічного вмісту урану. Нинішні розрахунки показують, що бетонній будівлі продукції всіх видів сприяють менше 10 відсотків загального обсягу приміщень радону.
Приблизно три чверті від річного виробництва летючої золи, призначених для поховання, в інженерії поверхні загатів та звалища, або в занедбаних шахтах та кар'єрах. Головною екологічною проблемою є можливість забруднення ґрунтових вод. Стандартні тести на чутливість токсичних мікроелементів, таких як миш'як, селен, свинець і ртуть з летючої золи свідчать про те, що сума розчинених досить низька, щоб виправдати регулювання класифікації летучої золи, як нехарактерні тверді відходи. Максимально допустима концентрація у цих стандартизованих тестах – 100 разів стандартам питної води, але ці межі концентрації рідко підходять для летючої золи.
У leachability радіоактивних елементів, з летучої золи має значення, у зв'язку з США Агентством з охорони навколишнього середовища (USEPA) питною водою стандартного для розчиненого радію (5 пікокюру за літр) і пропонованим додаванням питної води стандартів і радон урану до 2000 року. Попередні дослідження мобільності радіоелементів у навколишньому середовищі, і, зокрема, у безпосередній близькості від уранових шахт та заводів, є основою для прогнозування хімічних умов, які можутьвпливати на чутливість урану, барію (хімічний аналог для радію) і торію з летючої золи. Наприклад, рівеньактивності радіоактивних елементів критично залежить від рН, результат реакції води з летючою золою. Екстремальність або кислотність (рН менше 4) або лужність (рН більше 8) може сприяти підвищенню розчинності радіоактивних елементів. Кислотність - напади різних мінеральних фаз, що знаходяться у летючій золі. Разом з тим, нейтралізації кислотних розчинів наступні реакції з природними скелями або ґрунтами сприяє випаданню опадів або сорбції багатьох розчинених елементів, у тому числі урану, торію, а багато їх продуктів розпаду. Висока лужність розчинів сприяння розпаду зі скляного компонента летючої золи є приймаючою урану, що може, зокрема, може призвести до збільшення розчинності урану, уран-карбонатні види. На щастя, більшість частинок летючої золи багаті на розчинені сульфати, і це зменшує розчинність барію (і радій), які утворюють вельми нерозчинні сульфати.
Прямі вимірювання розчиненого урану та радію у воді, що зв'язався з летючою золою обмежується невеликою кількістю лабораторних досліджень вилуговування, у тому числі шляхом USGS дослідників та розрідженими даними для природної води поблизу деяких об'єктів утилізації золи. Ці попередні результати показують, що концентрації, як правило, нижчі за нинішній стандарт питної води для радію (5 пікокюрі на літр), або спочатку запропонували стандарт для урану питної води з 20 частин на мільярд.
Радіоактивні елементи у вугіллі та летючій золі не повинні бути джерелом тривоги. Переважна більшість з вугілля, і більшість із летючої золи, не суттєво збагатили радіоактивні елементи або пов'язанірадіоактивністю, порівняно із загальним грунтом чи породами. Це зауваження є корисною геологічною точкою зору суспільства для вирішення проблем, що стосуються можливої радіаційної небезпеки та радону.
Розташування та форма радіоактивних елементів у летючій золі визначає наявність елементів для вилуговування попелу під час використання або утилізації. Існуючі вимірювання розподілу частинок урану в летючій золі свідчать про рівномірний розподіл урану всіх склоподібних частинок. У явному зневазі достатку поверхні обмежених відносно доступних частинок урану свідчить про те, що темпи вивільнення його в основному контролюються порівняно повільним розчиненням перебування золи.
Попередні дослідження радіоелементів розчинених у навколишньому середовищі, а також існуючі знання про хімічні властивості урану та радію, можуть бути використані для прогнозування найбільш важливого хімічного контролю, як, наприклад, рН на розчинність урану та радію, коли летуча зола взаємодіє з водою. Обмеженість вимірювання розчиненого урану і радію у воді летючої золи та природної води з попелу свідчать про те, що концентрації розчинених цих радіоактивних елементів знаходяться нижче за рівень людського здоров'я.
Tadmore, J., 1986, Radioactivity from coal-fired power plants: A review: Journal of Environmental Radioactivity, v. 4, p. 177-204.
Cothern, C.R., і Smith, J.E., Jr., 1987;
Ionizing radiation exposure of population of United States, 1987: Bethesda, Md., National Council on Radiation Protection and Measurements, Report 93, 87 p.