CC BY
11А.Ю. Сидоров, А.Г. Ковал ев,Л.Н. Руденко
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЦЕСС МИГРАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ ПРИ ПИРОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ
(Сибирский государственный технологический университет)
e-mai I: rebel_star@.ramblerxu
Приводится информация & загрязнении лесных территорий техногенными радионуклидами. Кратко рассматривается необходимость проведения исследований но определению содержания радионуклидов. Приведена .четодика выбора участка и отбора образцов для испытаний. Определено содержание цезия-137 и стронция-90 в исходном сырье для технологического процесса пиролиза. Определены температурные режимы пиролиза и получена готовая продукция из древесины березы - древесный уголь. Результаты исследований показывают, что перемещение техногенных радионуклидов в определенных условиях зависит от условий и режимов переработки.
К настоящему времени четко определились два направления древесноугольного производства, основанные на традиционно периодическом получении древесного угля и непрерывном его производстве. Камерные печи легко монтируемы, не требуют при тготовлении дорогих жаропрочных легированных сталей, сокращают инвестиции, в сравнении с печами непрерывного действия. Леспромхозы Сибири облапают огромным невостребованным потенциалом запасов пиролизного сырья, топливных дров, древесных отходов лесозаготовок и деревообработки, использование которых на месте позволит лесозаготовительным предприятиям превратиться из убыточных в прибыльные. Потребители древесного угля, размещенные в Восточной Сибири, за счет снижения затрат на ж ел ез нодорож н ы е тарифы получают возможность покупать продукт на (30-40) % дешевле, чем при приобретении древесного угля произведенного на лесокомбинатах У рала [Г].
Вследствие вышеуказанных причин для проведения анализа возможностей использования древесных отходов с повышенным содержанием техногенных радионуклидов Sr-90 Cs-137 был взят процесс пиро генетической переработки отходов березовой древесины (ветви мелкие неокоренные диаметром до 30 мм), аналогичный проводимому в периодически действующей печи камерного типа.
В качестве территории для отбора древесного сырья был выбран стационарный участок в Сух обузим с ком лесхозе - квартал 45, расположен
между деревнями Атаманов© и Кононово, на левом берегу р. Енисей на расстоянии 6 км от места выбросов с ГХК.
В результате производственной деятельности ГХК загрязнено около 7 тыс. га площадей; в
том числе на нромплощадке - 3,3 тыс. га (плотность загрязнения 0,75-35000 Ku/кв.км, в основном- Cs-137), в санитарно защитной зоне -260 га (плотность загрязнения 1-107 Кт/тжм Со-60, €s-137, Eu-152, Fu-154). Мощность дозы гамма-излучения составляет для промплощадки 25 -50000 мкР/ч, для санитарно защитной зоны ~ 40 -230 мкР/ч, в зоне наблюдения - от 26 до 58 мкР/ч [2].
Отбор растительных материалов производился летом 2003 года по общепринятым методикам [3]. Определили необходимое и достаточное
количество деревьев, с которых должны опираться пробы. Установлено, чтобы с вероятностью 95 % определить содержание строиция-90 и цезия-137 з древесине березы, произрастающей в одинаковых условиях, необходимо исследовать не менее трех деревьев. Представительность пробы для каждой породы древесины учитывалась с помощью коэффициента представительности Кп, значение которого различно и зависит от количества модельных деревьев [4, 5],
После валки дерева производили отбор проб веток толщиной от 1,5 до 3 см с той части кроны, которая при валке дерева не касалась земли. Пробы отбирали равномерно по ярусам деревьев: е верхней, средней и нижней частей кроны. Масса одной пробы была не менее 1 кг. Отобранную пробу упаковывали в двухслойный полиэтиленовый пакет, между пакетами помещали этикетку установленного образца, где указывали место отбора, место расположения пробы, дату отбора [6].
Приготовление счётных образцов для измерения активности радионуклидов в исходном
сырье для пиролиза, включало последовательное выполнение следующих процедур:
- предварительно отобранные пробы древесины измельчали на мельнице до фракции не более 0,5 см;
- образцы растении высушивали до воздушно-сухого состояния в сушильном шкафу в течении 3 часов при температуре 105 °С, затем охлаждали в эксикаторе и взвешивали. Повторяли высушивание s течение 1 часа и последующее взвешивание до тех пор, пока не достигали постоянной массы (разница в весе при двух последовательных взвешиваниях должна быть не более 0,1 % от исходного веса образца).
Минерализацию материала пробы осуществляли методом сухого озоления в муфельной печи. Первоначально образец осторожно обугливали на электроплитах при температуре (150-300) °€. Полученную золу насыпали в фарфоровые тигли и прокаливали в муфельной печи при температуре 500 °С в течении 3 часов. Затем тигли с золой охлаждали в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивали. Повторное прокаливание в течение 1. часа и взвешивание проводили до достижения постоянного веса пробы. Вес счётного образца определяли путём нахождения разницы между весом тиглей с пробой и пустых тиглей. О правильном озелени и свидетельствует цвет золы -белый, охристый, розоватый или кремовый.
В пробах древесного сырья содержание стронция-90 и цезия-137 определяли по типовой методике радиохимическим методом [7]. Содержание стронция-90 определялось по дочернему итрию-90, включающем стадии кислотного растворения золы, выделения суммы радионуклидов, очистки стронция-90 от мешающих его определению радионуклидов и выделения дочернего ит-рия-90 в виде оксалата, радиометрию осадков которого проводили на малофоновой установке с торцовым счётчиком СБТ-16 при ошибке счёта не более 15 %.
Данные оценки содержания радионуклидов Sr-90 и Cs-137 в древесном сырье для пироге-нети чес кой переработки приведены в табл. 1.
Таблица L
Статистические показатели содержания Sr-90 и Cs-137 в древесном сырье для пи роге нети чес кой переработки (ветви до от 1,5 до 3,0 см), (Бк/кг)
: Показатель Cs-137 Sr-90 |
1 2 3 i
п 30 30
т 6,0 38,5
тт 5,5 34,7 1
тт 6,2 4),5
Примечание, Условные обозначения: п - количество повторностей; m -• среднее арифметическое; min и max .
максимальное и минимальное значения.
Для сравнения был взят контрольный образец древесины березы (ветви диаметром от 1,5 до 3,0 см), отобранной в Козульсксш районе, ха-раггеризующийся более чем на порядок меньшим содержанием радионуклидов, результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2,
Статистические показатели содержания Sr-90 и Cs-137 в контрольном образце (ветви березы диаметром от 1,5 до 3,0 см), (Бк/кг)
Показатель Cs-137 Sr-90
1 2 3
п 30 30 i
т 1.5 2,4 1
mm 1,2 2,1
max 1.6 2,7
Примечание. Условные обозначения: п. количество по-
вторностей; m - среднее арифметическое; min и max ~ максимальное и минимальное значения.
Из полученных данных можно сделать вывод, что в выбранном для исследования районе древесина имеет более высокую удельную активность Sr-90 и Cs-137 по сравнению с контрольным
образцом.
В качестве основной технологии для получения древесного угля и продуктов его переработки был взята технология камерного производства
древесного сырья.
Исходное сырье было подготовлено следующим образом: измельчение веток мелких производилось распиловкой их по длине таким образом, чтобы размер конечного сырья составил не более (3x3x2) см, проводилась сушка до воздушно-сухого состояния, после чего производилось усреднение проб методом квартования до необходимого объема. Отбиралось по 30 порций сырья со средней массой в среднем 200 г для загрузки в реторту на каждый из температурных режимов. Влажность древесины перед загрузкой в реторту составила (5±2) %.
Пиролиз проводился в периодически действующей стальной реторте, выполненной из нержавеющей стали, с возможностью вывода и конденсации парогазов, в диапазоне температур (350-650) °С. Нагрев реторты осуществлялся mine с помощью электрической печи, температура внутри реторты определялась градуированной термопарой.
После охлаждения полученного древесного угля и жидких продуктов пиролиза для измерения активности радионуклидов проводилась минерализация материала пробы методом сухого озоления в муфельной печи по вышеописанной методике.
В качестве контрольного образца был взят древесный уголь, полученный из древесины березы, отобранной в Козульском районе,
В результате проведенных нселслованип древесного угля получены следующие данные, приведенные в таблице 3,
Таблица 3.
Содержание техногенных радионуклидов в древесном угле
Температура : пиролиза, °С Показатель Удельная активность. Бк/кг |
Cs-137 Sr-90 I
п 30 30
т 5,6 36,0
350 min 4,7 32,5
max 6,9 39,2
п 30 30
500 m 5,5 35,6
mitt 4,2 29,9
max 6.6 40,1
n 30 30
У I>х ASb m 3,5 22.9 1
650 mhi 2.8 . 18,7
max 4,1 25,1
Примечание. Условные обозначения: о - количество повторностей; m - среднее арифметическое; min и max -максимальное и минимальное значения.
В пробах жидких продуктов пиролиза при их анализе техногенных радионуклидов Sr-90 и Cs-137 не обнаружено.
Таким образом, в результате анализа полученных данных можно выявить определенную зависимость содержания техногенных радионуклидов Sr-90 и Cs-137 в древесном угле от температуры пиролиза. Вектор перемещения техногенных радионуклидов в процессе » иро ге нети чес ко й переработки древесины при повышении температуры. направлен в сторону их миграции из древесины.
В результате проведенных исследований можно с уверенностью утверждать, что при переработке древесины техногенные радионуклиды
перемещаются в ходе технологического процесса
в определенной зависимости от условий и режимов переработки. На основе подученных данных с достаточной степенью достоверности установлено, что сконденсированные продукты пиролиза можно использовать в хозяйственной деятельности человека, не опасаясь превышения содержания в них Sr-90 и Cs-137, полученные продукты будут полностью соответствовать всем нормам в области радиационного контроля и пригодны для дальнейшей переработки и выделения из них ценных веществ и компонентов. Древесный уголь возможно использовать только если пиролиз проходил при повышенной температуре, при этом за полученным продуктом необходим строгий радиологический мониторинг для достоверного установления факта соответствия требованиям нормативных документов. Одним из наиболее целесообразных путей использования древесины с повышенным содержанием техногенных радионуклидов и проведения ее пирогенетической переработки является конденсация и выделение жидких продуктов для их дальнейшего разделения и переработки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гусяицер И.И., Брюховецкий £.8. Основы камерного производства древесного упш: монографий. Красноярск: СибНИИЛП. 1999. 148 с.
2. Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 1995г. Ежегодник по рея. К П, Махонько. Обнинск. 1996, НПО "Тайфун".
С. 39-75.
3. Базилевич Н.И. и др. Методы изучения биологического круто ворога в различных природных зонах. М.: Мысль. 1978. 183 с,
4. Методические указания но определению удельной активности цезия-137 и строиция-90 в древесине, отпускаемой на корню (с отбором проб). 1998. 22 с.
5. МИ 2491 -98, Содержание цезия-137 и егронция-90 а древесине, отпускаемой на корню. 1998. 21 с,
6. Методика рад иох нм и чес кого определения строк-цня-90 в пробах почвы и растительных материалов. 1994. 12 с.
7. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды / Под ред, А Н. Марся и А.СЛаковдй. М. 1980. С 124-127.
