CC BY
23
---------------------------------------- © Ю.В. Семенов, О.М. Гридин,
А.А. Лапицкий, В.Н. Лыгач, 2006
УДК 622.763
Ю.В. Семенов, О.М. Гридин, А.А. Лапицкий,
В.Н. Лыгач
ВЛИЯНИЕ БОРОСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК НА РАДИАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ НЕФЕЛИНА
Семинар № 10
ш ш одземные ядерные взрывы в
-М.-М. нашей стране начали производить около тридцати пяти лет назад и продолжали осуществлять в последующие два десятилетия. За этот период на территории России произведено в общей сложности 135 промышленных ядерных взрывов в том числе в отложениях каменной соли в интервалах глубин от 160 до 1500 м - 19 взрывов для опытно -промыш-ленной отработки технологии создания подземных сооружений для хранения углеводородной продукции [1]. Последние были осуществлены на газоконденсатных месторождениях: Астраханском - 15 (Астраханская область), Оренбургском - 2 и Совхозном -1 (Оренбургская область), а также на объекте «Тавда» - 1 (Тюменская область). В настоящее время эти подземные емкости заполнены радиоактивным рассолом и не пригодны для промышленной эксплуатации. На устьях скважин фиксируется рост давления и выход рассола на поверхность земли [2].
В наших ранних работах была предложена принципиально новая об-ласть использования нефелинсодержащих концентратов и отходов для экологической безопасности различных объектов
[3]. Это направление основано на специфических свойствах нефелина - спо-
собности легко разлагаться в минеральных кислотах с последующим образованием гелей, что может быть использовано для получения различных гидроизоляционных составов с заданными свойствами [4]. При этом главной особенностью таких гидроизоляционных составов является то, что они могут в регулируемые сроки (3-48 часа) находиться в состоянии близком к минерализованному раствору, обладая высокой проницаемостью в пористых и трещиноватых грунтах и породах. По истечению заданного срока они переходят в гель, который полностью закупоривает поры и трещины грунтов и пород [5]. Эти свойства нефелина открывают перспективу создания технологии получения из него гелеобразных гидроизоляционных составов, которые с успехом могут быть исполь-зованы для отверждения вредных (в том числе и радиоактивных) концентрированных рассолов, при гидроизоляции нефтяных и газовых скважин и хранилищ, хвостохранилищ, карьеров, гидроплотин ГЭС и т.д.
Целью настоящей работы явилось установить характер распределения уровня радиации по высоте слоя геля и выявить возможность его снижения.
Гелевые составы готовились по методике кислотного разложения, описан-
ной в [4] в количестве по 250 г каждого с кислотами с концентрацией 3,6 К: НС1, Н2Ь04, Н3Р04,. Нефелинсодержащий ге-леобразователь соответствовал ТУ 2111006-05815273 -04. Собственный фон радиоактивности у гелей без радиоактивной добавки соответствовал обычным фоновым значениям (20-30 мкР/ч).
В качестве Р-радиоактивной добавки применялся сульфат стронция ЬгЬ04 «Ч» по ТУ 6-09-4164-84 (ПР = 3,210-7 [6]) в количестве 1,0 % масс. к гелю. Его выбор связан с постоянством состава и с тем, что по данным, приведенным в [7], одним из основных радиационных загрязнителей при промышленных ядер-
900
ных взрывах является изотоп ьг.
Определение Р-радиоактивности
производилось на приборе ДП-5А в соответствии с рабочей инструкцией к прибору. Собственный уровень радиации 2,5 г сульфата стронция, равномерно распределенного на ровной поверхности площадью 5 см2 составил 0,54 Р/час. Аналогично определялась и мощность дозы образцов геля, отобранных по высоте слоя.
Сульфат стронция вводился вместе с нефелинсодержащим гелеобразователем по измельчении до фракции менее 200 меш.
Распределение уровня радиации радиоактивной метки по высоте слоя геля, полученного взаимодействием нефелина с соляной, серной и фосфорной кислотами (рис. 1, а) отличается друг от друга. Наибольший уровень радиации отмечен у образцов, полученных на соляной и серной кислотах и наблюдался в верхних слоях геля (1-2 см от поверхности) и был меньше на глубине. При этом интегральный уровень радиации соответствовал общему уровню радиации введенной радиоактивной добавки. Распределение уровня радиации в образце с
применением фосфорной кислоты отличался, во-пер-вых, равномерностью по высоте слоя, а во-вторых - общее интегральное значение его было примерно на 15 % меньше от соответствующего введенному количеству. Если учесть, что и динамическая вязкость геля на фосфорной кислоте (3500 П) намного выше, чем у образцов, полученных на соляной и серной кислотах (1800 и 2200 П соответственно), то можно предположить, что применение фосфорной кислоты ведет к частичной капсуляции радиоактивного вещества внутри структурной сетки геля, чего не происходило при применении серной или соляной кислот. Отметим, что полученные данные по скорости образования и динамической вязкости гелей полностью соответствуют ранее полученным результатам
[4].
Выбор нами соединений бора связан с их широкой применимостью для защиты от радиации на предприятиях атомной промышленности [1], распространенностью и дешевизной. Боросодержащие добавки (борная кислота Н3ВО3 «Ч» по ГОСТ 9656-75 или натрия тетраборат Ка2В407 -10Н20 «Ч» по ГОСТ 4199-76) вводились вместе с нефелинсодержащим гелеобразователем количестве 1 % масс. в расчете на Н3ВО3. по измельчении до фракции менее 200 меш.
Борная кислота является слабой кислотой (рКа1 = 9,15 [6]) и поэтому ее ввод не отражается на кислотную обстановку процесса гелеобразования. Тетраборат натрия, образованный сильным основанием и слабой кислотой сильно гид-ролизован и рН 1 %-го раствора равен 8,0. Поэтому, в этом случае отмечено более быстрое созревание гелей (в среднем примерно на 0,5 часа по сравнению с образцами без
Распределение уровней радиации по высоте слоя геля (к): а) без ввода и б) с вводом в гель боросодержащей добавки 1,0 % масс по В2О3
борных добавок или с добавкой борной кислоты). Средняя динамическая вязкость гелей, полученных при вводе боросодержащих добавок составила на фосфорной, соляной и серной кислотах соответственно 3600, 2200 и 2600 П и независимо от того, вводилась она в виде буры или борной кислоты. Это несколько выше, чем для образцов без борных добавок.
Существенно изменился характер распределения радиоактивного вещества по слою геля (рис. 1, б). Во-первых, он стал более равномерным по высоте слоя для всех кислот, сохраняя выраженный максимум уровня радиации для соляной кислоты. Во-вторых, во всех случаях интегральная величина уровня радиации стала меньше, чем для исходных образцов. Это свидетельствует о частичной
1. Мирные ядерные взрывы. Обеспечение общей и радиационной безопасности при их проведении. Факты. Свидетельства. Воспоминания./ под ред. Логачева В. А. - М.: ИздАТ.-
2001.- 518 с.
2. Лапицкий А.А. Разработка и обоснование технологических параметров консервации и ликвидации подземных емкостей, созданных ядерными взрывами в каменной соли. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. - М. -МГГУ.- 2005.- 24 с.
3. Лыгач В.Н., Ноздря В.И., Семенов
Ю.В. Комплексное использование нефелинсодержащего сырья для решения экологических задач. В сб.: Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: Матер. 1-й междунар. конф. Москва, 16-18 сент. 2002 г.- М.- Изд-во РУДН.
2002. - с. 153-154.
4. Лыгач В.Н., Ноздря В.И., Семенов
Ю.В., ШустровВ.П., Лапицкий А.А. Иссле-
капсуляции радиоактивного вещества внутри структурной сетки геля. Наиболее полная капсуляция отмечена при применении фосфорной кислоты.
Таким образом, установлена принципиальная возможность разработки составов, способных не только отверждать вредные рассолы, но и существенно снизить выход во внеш-нюю среду вредных компонентов (в т.ч. и радиоактивных изотопов) за счет их частичного капсулирования внутри структурной сетки геля. При этом уровни радиации снижаются на 15-20 %. Можно предположить и возможность применения с целью снижения уровней радиации жидких фаз боросодержащих отходов или глауконитов с учетом возможного влияния на изменение кислотности среды при их применении.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
дование и выявление оптимальных параметров кислотного разложения нефелинсодержащего сырья с целью получения гидрогелевых составов для гидроизоляции буровых скважин и обезвреживания жидких отходов. Горный информационно-аналитический бюллетень.-
2004.- № 3.- с. 337 -340.
5. Шустров В.П., Лапицкий А.А., Семенов Ю.В. Технология подачи гелеобразующих материалов в емкость.- Наука и техника в газовой промышленности.- 2002 г.- № 4- с. 42 - 45.
6. Краткий справочник физико-химических величин./ под ред. Мищенко К.П., Равделя А.А.- изд.5-е.- Л.- Химия.- 1967.-184 с.
7. Лурье А.А. Радиоэкологическое исследование последствий подземных ядерных взрывов с выбросом грунта на севере Пермской области. Ч.1. Радионуклидное загрязнение местности (почва, вода, донные отложения). Изв. ТСХА.- 2002.- № 4.- с. 3 - 17.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------
Семенов Ю.В., Гридин О.М., Лыгач В.Н. - Московский государственный горный университет, Лапицкий А.А. - ООО «Подземгазпром»
