Исследования радиационной ситуации на базе хранения монацитового концентрата.

А.А. Екидин, И.А. Кирдин, А.М, Шустов.

Институт промышленной экологии УрО РАН, г.Екатеринбург.

А.А. Михеев

Государственное учреждение “УралМонацит”, г.Екатеринбург.
В начальный период развития атомной промышленности в СССР важнейшим сырьем считался торий (²³²Th). Применение тория в ядерной энергетике основано на том, что под действием нейтронов, испускаемых ²³⁵U, в атомном реакторе ²³²Th переходит в легко расщепляющийся ²³³U, который сам является источником нейтронов, причем более эффективным и удобным в работе, чем плутоний. Однако при этом производство ТВЭлов с U²³³ труднее вследствие высокого уровня γ-излучения от U²³². В мире существует практика использования смешенного топлива из карбидов урана и тория для высокотемператур­ного графито-газового реактора. В настоящее время отечественная атомная промышленность полностью ориентирована на урановый топливный цикл. Тем не менее, в стране остались невостребованными запасы минерального сырья, обогащенного природным торием. Благодаря присутствию в торийсодержащих минералах значительных количеств редкоземельных элементов, они являются весьма ценными комплексными рудами. Колоссальные запасы монацита сосредоточены на территории промышленной площадки филиала Государственного учреждения «Уралмонацит» в г.Красноуфимске. Для определения возможной угрозы для окружающей среды, персонала и населения, проживающего вблизи территории размещения этих запасов, необходимо рассмотреть ряд вопросов. К ним относятся: основные свойства монацита, общие вопросы метаболизма тория в организме человека, существующую ситуацию на базе хранения.
Основные свойства монацита.

Торий не встречается в природе в элементарной форме, а входит в соединения с кислородом и другими элементами, образуя окислы, силикаты, фосфаты, карбонаты и фториды. Известно около 100 минералов, в состав которых входит торий. Собственно ториевых минералов менее 10. Все они относятся к группе устойчивых в химическом отношении акцессорных компонентов кислых и щелочных магматических горных пород и пегматитов. В этих минералах, в виде небольшой изоморфной примеси, почти всегда содержится четырехвалентный уран. Для тория типичен изоморфизм с ураном U⁴⁺ и элементами группы редких земель (TR) вследствие близости их ионных радиусов [1]. К важнейшим минералам тория относятся монацит, торианит, торит и торогуммит (табл.1).

Таблица 1.

Важнейшие минералы тория [2, 3].

№ п.п.	Название	Соединение	Содержание, %
			ThO2	U3O8
	Монацит	Фосфат редких земель	4 –30	до 6
	Торианит	Оксид тория	58,0 – 93,0	менее 1
	Торит	Силикат тория	25,2 – 62,7	до 10,1%
	Торогуммит	Гидроторит	18,2 – 50,8	2,5 – 31,4

Монацит – безводный фосфат, минерал элементов цериевой группы, главным образом церия и лантана, которые могут изоморфно замещаться торием, в меньшей степени иттрием, кальцием, магнием, железом и т.д. Облик кристалла монацита обычно таблитчатый, реже призматический, изометрический и пирамидальный [4]. Цвет монацита преимущественно желтый, бурый, красновато-бурый, реже зеленый, белый и др. Имеет сильный зеркальный лоск. Минерал хрупок. Твердость 5-5,5; удельный вес 4,9-5,5. С повышением содержания тория удельный вес монацита возрастает. Обладает слабыми магнитными свойствами. Минерал содержит 50-60% окисей редких земель (РЗ). Содержание ThO₂ обычно 5-10% и менее 1% U₃O₈.

Монацит представляет собой фактически три различных минерала. Три монацита имеют различия в процентном составе химических элементов и эти различия отражены в соответствующих им именах:

Монацит - (Ce) – (Ce, La, Th, Nd, Y) PO₄;

Монацит - (La) – (La, Ce, Nd) PO₄;

Монацит - (Nd) – (Nd, Ce, La, Pr, Sm, Gd)(P, Si) O₄;

Шералит - (Ce) – (Ce, Сa, Th, U)(P, Si) O₄.

Различие в формуле определяет наибольшее содержание элемента в минерале. Известна редкая разновидность монацита – шералит, содержащий от 4% до 6% урана и от 25% до 31% тория [1]. Скопления более крупных кристаллов связаны с гранитными пегматитами. Монацит обычно встречается в гранитах в виде мелких рассеянных кристаллических зерен, можно встретить отдельные кристаллы и в других горных породах. При разрушении горных пород и пегматитов монацит накапливается в делювиальных или морских россыпях, которые и представляют собой наиболее крупные месторождения монацита. В настоящее время монацит является побочным продуктом добычи рутила, циркона, ильменита, магнетита и т.д.

Монацит является основным сырьем для получения некоторых видов редкоземельных металлов. Все эти металлы имеют различное промышленное применение и рассматриваются как довольно ценный материал. Основными производителями монацитового концентрата в мире являются: Австралия, Бразилия, Китай, Индия, Малайзия, ЮАР, Шири Ланка, Таиланд, США и Заир. Ежегодное мировое производство монацитового концентрата составляет в среднем 12 000 тонн [5]. Добытое минеральное сырье проходит необходимые стадии обогащения, поэтому в производственные циклы монацит поступает в виде мелкозернистого песка. В табл. 2 представлен гранулометрический состав монацитового песка из россыпных месторождений Австралии.

Таблица 2.

Гранулометрический состав монацита из россыпных месторождений Австралии, %.

Фракция, мм	До обогащения [6]	После обогащения [7]
+0,2	0,4	0,0
-0,2+0,147	2,1	0,0
-0,147+0,104	19,6	3,2
-0,104+0,074	50,4	78,4
-0,074+0,048	27,5	18,1
-0,048	н.д.	0,3

следующая страница>