УДК 553.
СОВРЕМЕННАЯ РАДИАЦИОННАЯ ОБСТАНОВКА НА ПРОМОБЪЕКТАХ
КАРА-БАЛТИНСКОГО ГОРНОРУДНОГО КОМБИНАТА И ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЯХ
, ,
,
В настоящем сообщении рассмотривается уровень мощности дозы g-излучения на территории промышленного комплекса по переработке урановых руд и на прилегающих к нему территориях, в том числе и жилых массивах.
Наиболее характерным и самым крупным в Кыргызстане промышленным предприятием подобного типа является Кара-Балтинский горнорудный комбинат (КГРК), включающий, в частности, Гидрометаллургический завод (ГМЗ) по переработке урановых руд с хранилищем радиоактивных отходов производства. Этот производственный комплекс расположен в западной части Чуйской долины в г. Кара-Балта Кыргызской Республики.
Взаимное расположение уранового производственного комплекса с хвостохранилищем и прилегающих территорий, в том числе и населенных пунктов, показано на рис.1. Основными объектами возможных радиационных воздействий являются г. Кара-Балта, села Вознесеновка, Алексеевка, Ново-Николаевка и др., расположенные севернее, северо-западнее и северо-восточнее названного комбината с подветренной стороны. Основная часть этого района, являющаяся предметом наших исследований, ограничена с севера Большим Чуйским каналом (БЧК), с востока и запада руслами рек Кара-Балта и Чонг-Кайингды, на юге – границей сочленения четвертичных отложений с породами плиоценового возраста.
Климат района умеренно континентальный с высокими летними, умеренными зимними температурами и с небольшим количеством атмосферных осадков (в среднем за год 380мм). Наибольшая их часть выпадает в виде дождя и приходится на весну и осень. Атмосферные осадки и талые воды на площади предгорий, равнины и склона инфильтруются в рыхлообломочный материал, в том числе и поверхность хвостохранилища, пополняя запасы подземных вод.
Гидрогеологические условия участка, занимаемого хвостохранилищем, характеризуются [1, 2] высокой проницаемостью отложений зоны аэрации и очень слабой защищенностью подземных вод маломощным покровом суглинков (0,7–1,0 м).
Основными этапами переработки урановых руд на Гидрометаллургическом заводе КГРК являются [3]: радиометрическое обогащение, процессы химического разложения, последующего извлечения урана и очистки его от других радиоактивных и стабильных элементов. Для наиболее полного извлечения урана используется [3] сернокислотное выщелачивание при повышенных температуре и давлении, с использованием в качестве окислителя кислорода воздуха.
В соответствии с используемой технологией твердые отходы производства в виде песков и илов, также, как и жидкие, доставляются гидротранспортом на хвостохранилище.
В процессе переработки руд из них извлекается практически только уран [4, 5]. Радий и продукты его распада, также как и другие радиоэлементы попадают в твердые и жидкие отходы и, в конечном счете, в хвостохранилище. В твердых отходах радиоэлементы находятся, как правило, в виде нерастворимых соединений.
Хвостохранилище Гидрометаллургического завода КГРК относится к намывным, равнинного типа, вытянуто с юга на север и состоит из 9 карт разной высоты, примыкающих друг к другу и располагающихся частично одна на другой (рис. 2). Общая площадь хвостохранилища около 300 га. Вместе с отходами уранового производства оно аккумулирует золу ТЭЦ, являющуюся частью производственного комплекса КГРК.
Схема исполнения карт хвостохранилища в основном идентична. Дно состоит из слоя суглинка, на нем последовательно залегают: дренажный слой (гравийно-галечник), суглинок, полиэтиленовая пленка, песок, гравийно-галечное покрытие. Расстояние от днища хвостохранилища до верхней границы подземных вод от 40 до 90м.
Твердые отходы хвостохранилища содержат SiO2 (до 90%), Al2O3 (до 15%), Fe2O3 (до 9%). Содержание S, CaO, K2O, Na2O, MgO, MnO не превышает 0,3-4,0%. Химический состав хвостохранилища характеризуется наличием более 30 компонентов.
Переходя к проведенным нами исследованиям, отметим, что для построения g-полей на изученных территориях проведена как обычная площадная g-съемка (см., например, [6]), так и несколько видоизмененная, в связи с возникшими в ходе исследований затруднениями в интерпретации полученных данных, о чем будет сказано ниже.
Для проведения площадной g-съемки использовались полевые радиометры со сцинтилляционными детекторами серии СРП, характеристики которых приведены в соответствующих руководствах (например, [6]).
На рис. 2 . представлены результаты g-съемки хвостохранилища ГМЗ Кара-Балтинского горнорудного комбината и близлежащих территорий, полученные после компьютерной обработки результатов g-измерений примерно в двух тысячах пунктов (точек). Результаты измерений мощности дозы g-излучения (Д) даны в мкР/час. Для компьютерной обработки экспериментальных данных использовался пакет прикладных программ «Surfer-6», работающий в оболочке «Windows-98». Использование названного пакета программ позволило получить изолинии Д, характеризующие ее изменения по площади хвостохранилища и за его пределами. Для наиболее наглядного представления полученных результатов различные пределы изменений Д даны в цветовом (или черно-белом) изображении, а соответствующая шкала значений Д приводится рядом с рисунком.
Площадь хвостохранилища разделена сплошными линиями, отражающими контуры соответствующих карт хвостохранилища: V-IX, объединенной (О), иловой (И), золохранилища (З).
Переходя к интерпретации изображенной на рис.2 картины пространственных изменений Д, можно отметить следующее.
При достаточно сложной картине распределения g-радиоактивных отходов на площади хвостохранилища, обусловленной изменениями содержания главным образом 226Ra и продуктов его распада и историей заполнения карт, можно отметить, что для большинства карт мощность дозы g-излучения меняется в интервале 400-800 мкР/час. Меньшую распространенность имеют мощности дозы g-излучения порядка 200 мкР/час и менее. Наиболее высокие значения Д (около 1,5 мР/час) наблюдаются для иловой карты, что обусловлено, по-видимому, особенностями технологического процесса.
Рис.2. Мощность дозы гамма-излучения на территории хвостохранилища
мкР/час
V-IX – номера карт хвостохранилища; О – объединенная карта;
И – иловая карта, З – золохранилище; //// – защитная дамба
На контакте двух карт, разделяемых дамбой, контрастные изменения величины Д не отмечаются.
Помня о том, что схема пространственных изменений величины Д, построенная на рис.2, отражает эти изменения лишь для верхнего, примерно метрового слоя и не дает информации о всей истории заполнения хвостохранилища, можно было бы на этом и закончить интерпретацию полученной картины g-поля. Однако мы упустили бы может быть самые интересные особенности g-поля на границе перехода от высоких значений Д к фоновым.
Нельзя не заметить того, что на рис.2 контуры распространения g-поля с мощностями дозы g-излучения заметно большими фоновых выходят сравнительно далеко за пределы контуров дамб самого хвостохранилища. Это создает иллюзию «растекания» g-нуклидов за пределы внешней дамбы хвостохранилища и возможности контроля такого процесса во времени путем периодических g-съемок с интервалом, допустим, в несколько лет.
Полученная картина «растекания» g-нуклидов за пределы внешней дамбы хвостохранилища на востоке может быть обусловлена длительными потерями растворов и пульпы из трубопроводов при перекачке их с ГМЗ на хвостохранилище, а также наличием примыкающих с востока к хвостохранилищу складов радиоактивного металлолома. Это радиоактивные детали и агрегаты с помощью которых в прошлом осуществлялся технологический процесс. На западной и северной границах хвостохранилища подобных причин нет. Поэтому для объяснения полученной картины g-поля мы предположили две возможности:
а) ветровой перенос вещества карт за их пределы, в первую очередь с иловой карты, что согласуется в какой-то мере и с розой ветров;
б) влияние на результаты площадной g-съемки g-радиоактивности откосов дамбы.
Для проверки этих предположений нами проведена повторная g-съемка территорий, примыкающих к дамбе хвостохранилища с севера и запада с экранированным детектором радиометра, регистрирующим g-излучение в 2p-геометрии. На рисунках 3 (а и б) и 4 (а и б) сравниваются результаты измерений g-поля на указанных территориях двумя упомянутыми выше методами.
Из приведенной на этих рисунках информации видно, что g-съемка, исключающая регистрацию g-излучения откосов дамбы и рассеянного g-излучения, дает практическое совпадение контуров дамбы с контурами g-поля, превышающего по мощности дозы фоновое g-излучение. При этом необходимо также учесть, что определенные погрешности в определении контуров g-поля вносятся методами обработки экспериментальных данных.
Таким образом, полученная на рис.2 картина g-поля за пределами дамбы хвостохранилища на северной и западной границах не обусловлена ветровым переносом g-нуклидов с поверхности хвостохранилища, что весьма существенно для его дальнейшей эксплуатации. Эффект «расползания» g-поля за пределы дамбы хвостохранилища на востоке, как уже упоминалось, обусловлен длительными транспортными потерями растворов и пульпы и наличием примыкающего к дамбе хвостохранилища с востока складом радиоактивного металлолома.
Рис.3. Мощность дозы g-излучения на западном участке хвостохранилища (условные координаты – 0-140, 0-260)
а) съемка без экрана; б) съемка с экраном.
мкР/час
- - - - – контур
- хвостохранилища
Рис.4. Мощность дозы g-излучения на северном участке хвостохранилища
(условные координаты – 22-416, 530-762)
а) съемка без экрана; мкР/час
б) съемка с экраном
контур хвостохранилища
Рис.5. Мощность дозы g-излучения на территории промплощадки
Рис.3. Мощность дозы g-излучения на Кара-Балтинской площади
мкР/час
- контуры хвостохранилища, - промплощадка,
/ / / - жилые массивы, - железные дороги
Другим не менее важным объектом на исследуемой территории – потенциально радиационно опасным, является промышленная площадка на которой дислоцируется Гидрометаллургический завод КГРК и подсобные предприятия, а также центральные лаборатории (ЦНИЛ и ЦЛ КИПиА).
Распределение мощности дозы g-излучения на территории промплощадки показано на рис.5. Раскраска площадей на этом рисунке соответствует мощности дозы g-излучения в мкР/час, в соответствии со шкалой, помещенной справа от рисунка. Для интерпретации результатов g-съемки использованы те же методы компьютерной обработки, что и для территории хвостохранилища.
Территория промплощадки в целом характеризуется низким уровнем мощности дозы g-излучения - в пределах 16-25 мкР/час. Однако здесь обнаружена серия локальных аномалий, имеющих различное происхождение.
Аномалии серии «А», расположенные в западной части промплощадки, обусловлены скоплением радиоактивного металлолома, образовавшегося из технологического оборудования.
Аномалии серии «В» на северо-западной части промплощадки образованы периодическими разливами растворов и пульп из трубопроводов.
Аномалии серии «С» в северо-западном углу промплощадки обусловлены остатками свалки радиоактивного металлолома, о чем уже сказано выше при описании радиационной обстановки в восточной части хвостохранилища.
Аномалии серии «D» вызваны загрязнением местности радиоактивными рудами в период маневров железнодорожных составов и пересыпки руды.
Аномалия серии «Е» в северо-западной части промплощадки приурочена к складу радиоактивных источников и частично разливам пульпы и растворов из трубопроводов.
В северо-восточной части промплощадки выявлена аномалия «F», обусловленная радиоактивностью руд и деталей цеха дробления.
Контуры радиационно-опасных зон показаны изолиниями и соответствующим цветом (степенью почернения), определяющим величину мощности дозы g-излучения по шкале изображенной справа от рисунка.
Итогом наших исследований является обзорная схема пространственного распределения мощности дозы g-излучения на Кара-Балтинской площади (рис.6), где показаны радиационно-опасные объекты и примыкающие к ним территории, в том числе и жилые массивы. На всей площади, представленной на рис.6, системой изолиний и цветом оконтурены участки с различной величиной мощности дозы g-излучения.
Из приведенной в настоящем сообщении информации можно сделать следующие основные выводы.
1. За почти полувековой период функционирования уранового производства на Кара-Балтинском горнорудном комбинате производственные и природные процессы не привели к заметному рассеянию по земной поверхности g-радиоактивных веществ (в основном 226Ra и продуктов его распада), заключенных в хвостохранилище, в результате чего в санитарно-защитной и селитебной зонах уровень мощности дозы g-излучения не превышает предельно-допустимых норм и близок к естественному.
2. Значительные мощности дозы g-излучения на поверхности хвостохранилища, а также возможность выноса радиоактивного материала с карт хвостохранилища ветровыми потоками приводят к очевидному выводу о необходимости изоляции поверхности карт нерадиоактивным материалом согласно принятым нормам.
3. На промплощадке комбината отмечаются локальные накопления g-радиоактивных изотопов, которые необходимо устранять своевременными профилактическими мероприятиями, в том числе рекультивацией небольших участков почвы.
4. С позиций предотвращения радиационной опасности, хотя бы для работников комбината, нельзя считать оправданным хранение на промплощадке и участках, примыкающих к хвостохранилищу, радиоактивного металлолома, повышающего мощность дозы g-излучения до уровней, в десятки раз превосходящие предельно-допустимые. Поскольку дальнейшее использование этого металлолома практически невозможно, по-видимому, целесообразно его захоронение.
5. Гамма-съемка в 2p-геометрии является достаточно эффективным методом для установления истинных границ g-поля хвостохранилищ и мониторинга «аномального» g-поля вокруг них (если оно существует), а также в любых других случаях, когда на результаты g-съемки может влиять рельеф местности и рассеянное g-излучение.
Литература
1. Гидрогеология СССР. Киргизская ССР, т. II. (под редакцией ). - М.: Недра. 19с.
2. Григоренко воды бассейна р. Чу и перспективы их использования. - Фрунзе: ИЛИМ, 1979. – 187 c.
3. , Воробьев основы развития горнодобывающих и перерабатывающих производств Кыргызстана. – М.: Недра, 1993. – 316 c.
4. , , и др. Удаление отходов заводов по переработке уранового сырья // Атомная техника за рубежом, № 11. - с. 11.
5. , , Шашкина отходы урановых заводов. - М.: Атомиздат, 19с.
6. , Шашкин по радиометрической разведке и радиометрическому анализу. - М.: Энергоатомиздат, 19с.
