Радиоактивные элементы в угле и летучей золе:Изобилие, формы и экологическое значение

Tadmore, J., Cothern, C.R., Smith, J.E., Swaine, D.J., Swaine, D.J. Перевод: Зиновьева К. Э.

Введение

Уголь в основном состоит из органического вещества, но эти неорганические вещества в минеральной части угля и микроэлементы - то, что может быть названо в качестве возможных причин медицинских, экологических и технологических проблем, связанных с использованием угля. Некоторый след элементов в угле естественно радиоактивен. К таким радиоактивным элементам можно отнести следующие:уран (U), торий (Th), а также их многочисленные продукты распада, в том числе радий (Ra) и радон (Rn). Хотя эти элементы химически менее токсичны, чем другие угольные составляющие, такие как мышьяк, селен, или ртуть, поднимались вопросы, касающиеся возможных рисков от радиации. Точное решение этих вопросов, и прогнозирование подвижности радиоактивных элементов в течение угльного топливного цикла - это важно для определения концентрации, распределения и формы радиоактивных элементов в угле и летучей золе.

Обилие радиоактивных элементов в угле и летучей золы

Оценка радиационного облучения при сжигании угля в решающей степени зависит от концентрации радиоактивных элементов в угле и в летучей золы, которая остается после сжигания. Данные для урана и тория в угольных содержания доступна из Геологическая служба США (USGS), который ведет крупнейшая база данных информации о химическом составе США угля. Эта база данных для поиска по World Wide Web по адресу: http://energy.er.usgs.gov/products/databases/CoalQual/intro.htm. В большинстве проб концентрации урана понижаются в пределах от чуть ниже 1 до 4 частей на миллион (промилле). Подобные концентрации урана обнаружены в различных породах и почвах. Угли с более чем 20 частей на миллион урана редки в США. Концентрации тория в угле понижаются в аналогичном диапазоне 1-4 промилле, по сравнению со средним показателем в земной коре примерно 10 промилле. Угли с более чем 20 частей на миллион тория также крайне редки. Во время сжигания угля большая часть урана, тория и их продуктов распада освобождаются от первоначальной угольной матрицы и распределяются в газовой фазе и твердых продуктах сгорания.

Перегородки между газовой и твердой фазами контролируются неустойчивостью и химией отдельных элементов. Практически 100 процентов радона питает уголь в газовой фазе, и теряется в дымовых выбросах. Однако, менее летучие элементы, такие как торий, уран, и большинство их продуктов распада, почти полностью сохраняются, при сжигании, в твердых отходах. Современные электростанции можно восстановить более чем на 99, 5 процента от сжигания твердых отходов. Средняя урожайность золы от сжигания угля в США составляет примерно 10 процентов веса. Таким образом, концентрация наиболее радиоактивных элементов при сжигании в твердых отходах, будет примерно в 10 раз больше от концентрации в исходном угле.

Формы возникновения радиоактивных элементов в угле и летучей золе

В USGS в настоящее время существует научно-исследовательский проект по изучению распространения и способов возникновения (химическая форма) микроэлементов в угле и в продуктах сгорания угля. Этот подход, как правило, включает:

(1) ультра чувствительные химические или радиометрические анализы частиц, разделенных на основе размера, плотности, минеральных или магнитных свойств$

(2) анализы химического экстракта, который избирательно накапливает определенные компоненты углей или летучей золы;

(3) прямое наблюдение и анализ микроизлучений очень небольших площадей или зерна;

(4) радиографические методы определения местоположения и количества радиоактивных элементов.

Большинство тория в угле содержится в минералах-фосфатах, таких как моназит или апатит. В отличие от урана, он находится в минеральных и органических фракциях угля. Некоторые разновидности урана могут добавляться постепенно, в течение геологического времени так как органические вещества могут извлекать и растворенный уран из подземных вод. В летучей золе уран больше сосредоточен в тонких частицах малых размеров частиц. Если во время сжигания угля некоторая часть урана сосредоточена на поверхности золы как конденсат, то эта поверхность в его рамках является потенциально более подвержена выщелачиванию. Как бы то нибыло, никаких очевидных доказательств поверхности обогащения урана в сотнях частиц летучей золы, рассмотреными USGS исследователями, не было найдено.

Приведенные выше наблюдения, основанны на использовании деления-трек радиографии, сложнуой техники для наблюдения за распределением частиц урана размером до 0, 001 сантиметра в диаметре. Диаметр стеклянной сферы летучей золы относительно большой, составляет около 0, 01 см. Распределение и концентрация урана отмечаются в виде делений на треки, которые появляются, как темно-линейные функции на рентгеновском снимке. Дополнительные изображения получают путем USGS исследователей из различных частиц летучей золы подтверждающим преференциальное расположение урана внутри стеклянного компонента, частицах летучей золы.

Здравоохранения и окружающей среды от воздействия радиоактивных элементов, связанных с углем

Радиоактивные элементы из угля и летучей золы могут быть в контакте с общественностью, когда они рассеиваются в воздухе и воде или включены в коммерческие продукты, которые содержат летучую золу.

Радиационная опасность из бортовых выбросов угольных электростанций оценивается в сери