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 U
233 труднее вследствие высокого уровня γ-излучения от U
232. 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 ThO
2 обычно 5-10% и менее 1% U
3O
8.
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>