Захоронение РАО в горных породах
Захоронение РАО в горных породах
На сегодняшний день всеобще признано что наиболее эффективным и безопасным решением проблемы окончательного захоронения РАО является их захоронение в могильниках на глубине не менее 300-500 м в глубинных геологических формациях с соблюдением принципа многобарьерной защиты и обязательным переводом ЖРО в отвержденное состояние. Опыт проведения подземных ядерных испытаний доказал, что при определенном выборе геологических структур не происходит утечки радионуклидов из подземного пространства в окружающую среду.
Таким образом, при решении проблемы обезвреживания радиоактивных отходов использование "опыта, накопленного природой", прослеживается особенно наглядно. Недаром именно специалисты в области экспериментальной петрологии оказались едва ли не первыми, кто оказался готов решать возникшую проблему.
Они позволяют выделять из смеси элементов радиоактивных отходов отдельные группы, близкие по своим геохимическим характеристикам, а именно: радионуклид матричный захоронение
Щелочные и щелочноземельные элементы;
Галогениды;
Редкоземельные элементы;
Актиниды.
Для этих групп элементов можно попытаться найти породы и минералы, перспективные для их связывания.
Природные химические (и, даже, ядерные) реакторы, производящие токсичные вещества, - не новость в геологической истории Земли. В качестве примера можно привести месторождение Окло, где ~ 200 млн. лет назад в течение 500 тыс. лет на глубине ~ 3,5 км действовал природный реактор, прогревавший окружающие породы до 600°С. Сохранение большинства радиоизотопов на месте их образования обеспечивалось их изоморфным вхождением в уранинит. Растворению же последнего, препятствовала восстановительная обстановка. Тем не менее около 3 млрд. лет назад на планете зародилась, успешно сосуществует рядом с очень опасными веществами и развивается жизнь.
Рассмотрим основные пути саморегуляции природы с точки зрения их использования в качестве методов обезвреживания отходов техногенной деятельности человечества. Намечаются четыре таких принципа.
- А) Изоляция - вредные вещества концентрируются в контейнерах и защищаются специальными барьерными веществами. Природным аналогом контейнеров могут служить слои водоупоров. Однако, это - не слишком надежный способ обезвреживания отходов: при хранении в изолированном объеме опасные вещества сохраняют свои свойства и при нарушении защитного слоя могут вырываться в биосферу, убивая все живое. В природе разрыв таких слоев приводит к выбросам ядовитых газов (вулканическая активность, сопровождающаяся взрывами и выбросами газов, раскаленного пепла, выбросы сероводорода при бурении скважин на газ - конденсат). При хранении опасных веществ в специальных хранилищах также иногда происходит нарушение изолирующих оболочек с катастрофическими последствиями. Печальный пример из техногенной деятельности человека - челябинский выброс радиоактивных отходов в 1957 году из-за разрушения контейнеров - хранилищ. Изоляция применяется для временного хранения радиоактивных отходов; в будущем необходимо реализовать принцип многобарьерной защиты при их захоронении, одним из составных элементов этой защиты будет слой изоляции. Б) Рассеяние - разбавление вредных веществ до уровня, безопасного для биосферы. В природе действует закон всеобщего рассеяния элементов В. И. Вернадского. Как правило, чем меньше кларк, тем опаснее для жизни элемент или его соединения (рений, свинец, кадмий). Чем больше кларк элемента, тем он безопаснее - биосфера к нему "привыкла". Принцип рассеяния широко используется при сбросе техногенных вредных веществ в реки, озера, моря и океаны, а также в атмосферу - через дымовые трубы. Рассеяние использовать можно, но видимо, только для тех соединений, время жизни которых в природных условиях невелико, и которые не смогут дать вредных продуктов распада. Кроме того, их не должно быть много. Так, например, СО2 - вообще говоря, не вредное, а иногда даже полезное соединение. Однако, возрастание концентрации углекислоты во всей атмосфере ведет к парниковому эффекту и тепловому загрязнению. Особенно страшную опасность могут представлять вещества (например, плутоний), получаемые искусственно в больших количествах. Рассеяние до сих пор применяется для удаления отходов малой активности и, исходя из экономической целесообразности, будет еще долго оставаться одним из методов для их обезвреживания. Однако в целом в настоящее время возможности рассеивания в основном исчерпаны и надо искать другие принципы. В) Существование вредных веществ в природе в химически устойчивых формах. Минералы в земной коре сохраняются сотни миллионов лет. Распространенные акцессорные минералы (циркон, сфен и другие титано - и цирконосиликаты, апатит, монацит и другие фосфаты и т. д.) обладают большой изоморфной емкостью по отношению к многим тяжелым и радиоактивным элементам и устойчивы практически во всем интервале условий петрогенезиса. Имеются данные о том, что цирконы из россыпей, испытавшие вместе с вмещающей породой процессы высокотемпературного метаморфизма и даже гранитообразования, сохраняли свой первичный состав. Г) Минералы, в кристаллических решетках которых находятся подлежащие обезвреживанию элементы, в природных условиях находятся в равновесии с окружающей средой. Реконструкция условий древних процессов, метаморфизма и магматизма, имевших место много миллионов лет назад, возможна благодаря тому, что в кристаллических горных породах на протяжении длительного по геологическим масштабам времени сохраняются особенности состава образовавшихся при этих условиях и находившихся между собой в термодинамическом равновесии минералов.
Описанные выше принципы (особенно последние два) находят применение при обезвреживании радиоактивных отходов.
Существующие разработки МАГАТЭ рекомендуют захоронение отвержденных радиоактивных отходов в стабильных блоках земной коры. Матрицы должны минимально взаимодействовать с вмещающей породой и не растворяться в поровых и трещинных растворах. Требования, которым должны удовлетворять матричные материалы для связывания осколочных радионуклидов и малых актинидов, можно сформулировать следующим образом:
Способность матрицы связывать и удерживать в виде твердых растворов возможно большее число радионуклидов и продуктов их распада в течение длительного (по геологическим масштабам) времени.
Быть устойчивым материалом по отношению к процессам физико-химического выветривания в условиях захоронения (длительного хранения).
Обладать термической устойчивостью при высоких содержаниях радионуклидов.
Обладать комплексом физико-механических свойств, которые необходимо иметь любому матричному материалу для обеспечения процессов транспортировки, захоронения и пр.:
- O механической прочностью, O высокой теплопроводностью, O малыми коэффициентами теплового расширения, O устойчивостью к радиационным повреждениям. - Иметь простую технологическую схему производства - Производиться из исходного сырья, сравнительно низкой стоимости.
Современные матричные материалы подразделяются по своему фазовому состоянию на стеклообразные (боросиликатные и алюмофосфатные стекла) и кристаллические - как полиминеральные (синроки) так и мономинеральные (цирконий-фосфаты, титанаты, цирконаты, алюмосиликаты и т. п.).
Традиционно для иммобилизации радионуклидов применяли стекольные матрицы (боросиликатные и алюмофосфатные по составу). Эти стекла по своим свойствам близки к алюмосиликатным, только в первом случае алюминий заменен бором, а во втором - кремний фосфором. Эти замены вызваны необходимостью снижения температуры плавления расплавов и уменьшения энергоемкости технологии. В стекольных матрицах достаточно надежно удерживается 10-13мас.% элементов радиоактивных отходов. В конце 70-х годов были разработаны первые кристаллические матричные материалы - синтетические горные породы (синрок). Эти материалы состоят из смеси минералов - твердых растворов на основе титанатов и цирконатов и гораздо более устойчивы к процессам выщелачивания, чем стекольные матрицы. Стоит отметить, что наилучшие матричные материалы - синроки - были предложены петрологами (Рингвуд и др.). Способы остекловывания радиоактивных отходов, используемые в странах с развитой ядерной энергетикой (США, Франция, Германия), не отвечают требованиям их длительного безопасного хранения в связи со спецификой стекла как метастабильной фазы. Как показали исследования, даже наиболее устойчивые к процессам физико-химического выветривания алюмофосфатные стекла, оказываются малостабильными при условиях захоронения в земной коре. Что же касается боросиликатных стекол, то согласно экспериментальным исследованиям, в гидротермальных условиях при 350ОС и 1 кбар они полностью кристаллизуются с выносом элементов радиоактивных отходов в раствор. Тем не менее, стеклование радиоактивных отходов с последующим хранением стекольных матриц в специальных хранилищах является пока единственным методом промышленного обезвреживания радионуклидов.
Похожие статьи
-
Экзогенные процессы минералообразования., Процессы выветривания. - Горные породы. Песок
В поверхностной зоне земной коры происходит мощный процесс разрушения минералов и горных пород. Совокупность явлений химического и физического разрушения...
-
Магматические горные породы. - Горные породы. Песок
Эндогенные процессы образования горных пород всегда, так или иначе, связаны с деятельностью магмы. Среди них выделяют: Магматические процессы. К...
-
Классификация горных пород. - Горные породы. Песок
Классифицировать минералы можно по ряду признаков. Можно выделять минералы по ведущему или характерному элементу, рассматривая, например, минералы,...
-
Рыхлые горные породы - Горные породы. Песок
К этой группе горных пород обыкновенно относят песок и гравий, глину, растительную землю и всевозможные природные смеси этих веществ, образующие то, что...
-
Горные породы. Песок. - Горные породы. Песок
Твердая оболочка Земли, состоящая из песка, глины, гранита, известняка и других твердых веществ, называется литосферой. Литосфера - земная кора, а...
-
Физические свойства горных пород. - Горные породы. Песок
Физические свойства горных пород имеют большое практическое значение (радиоактивность, люминесценция, магнитностью, твердость, оптические свойства и др.)...
-
Типоморфные признаки, генерации и парагенезис горных пород. - Горные породы. Песок
Признаки, по которым с известным приближением можно установить состав, температуру образования или происхождение горных пород, носят названия...
-
Метаморфические горные породы. - Горные породы. Песок
Осадочные горные породы благодаря движениям земной коры могут попасть в более глубокие зоны литосферы, где существуют иные термодинамические условия, чем...
-
Маленькие кристаллики обычно имеют большое число граней, но в процессе роста некоторые грани зарастают. Нормали к граням есть направления их роста, т. е....
-
Антропогенные воздействия на горные породы и недра - Литосфера и ее загрязнение
Недра -- верхняя часть земной коры, в пределах которой возможно осуществление добычи полезных ископаемых, захоронения вредных веществ и отходов...
-
В процессе выбора мероприятий защиты поверхности Земли от нарушений при подработке необходимо, прежде всего, найти границы зон влияния подземных...
-
Карбонаты и сульфаты. - Горные породы. Песок
Карбонаты - многочисленная группа минералов, которые имеют широкое распространение. В структурном отношении все карбонаты относятся к одному основному...
-
Самородные элементы., Сульфиды. - Горные породы. Песок
В самородном состоянии в природе известно около 40 химических элементов, но большинство из них встречается очень редко. Нахождение элементов в самородном...
-
Физические свойства минералов, как отражение их внутреннего строения. - Горные породы. Песок
Все важнейшие свойства кристаллических веществ являются следствием их внутреннего закономерного строения. Так, например, анизотропность кристаллов можно...
-
Утилизация и захоронение твердых и жидких отходов - Защита гидросферы от вредных выбросов
По агрегатному состоянию отходы разделяются на твердые и жидкие. По источнику образования на промышленные, образующиеся в процессе производства...
-
Радиоактивные вещества и проблема их захоронения
Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных...
-
Давление., Песок - фильтр., "Плывучесть" - Горные породы. Песок
Будучи помещен в вертикальный сосуд и нагружен чем-либо сверху, песок передает это давление почти целиком на стенки сосуда и лишь в малой степени на дно...
-
Свойства песка (горная порода), Наличие примесей в песке. - Горные породы. Песок
Теоретически лучшим свойствами для растворов обладает чистый кварцевый песок Вообще же хороший песок для приготовления растворов, бетона и т. п. должен...
-
Метасоматические горные породы., Метаморфические горные породы. - Горные породы. Песок
Горные породы, образующиеся в результате метасоматизма - процесса замещения одних минералов другими с существенными изменениями химического состава...
-
Методы утилизации и захоронения отходов - Экологические аспекты безопасности жизнедеятельности
Методы и средства утилизации и ликвидации отходов зависят от их токсичности, физического и химического состава и объемов. Наиболее значительная по объему...
-
Полигонное захоронение твердых бытовых отходов в брикетах высокой прочности
В статье описывается количественное выделение фильтрата, инфильтрата и биогаза с тела полигона при различных методах захоронения ТБО. Так же в статье...
-
Сброс отходов в море с целью захоронения - Проблема экологии Мирового океана
(дампинг) Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при...
-
Принципиально возможно использование промышленных отходов в следующих основных направлениях: 1. Рекультивация ландшафтов, планировка территорий, отсыпка...
-
Некоторые агрегаты кристаллов. - Горные породы. Песок
Зернистые агрегаты - сплошные массы произвольно сросшихся зерен одного или нескольких минералов. Каждое зерно - неогранившийся кристалл, выросший в...
-
Энергообеспечение и захоронение ядерных отходов - Биосфера и предотвращение экологической катастрофы
Жизнь современного общества немыслима без мощных источников энергии. Их немного - гидро-, тепловые и атомные электростанции. Использование энергии ветра,...
-
Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг) - Антропогенное воздействие на Мировой океан
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных...
-
Особенности и примеры применения ОЖЦ - Методы управления отходами горного производства
Сегодня существуют различные методы анализа экологических систем, например оценка экологического риска, оценка экологической эффективности, экологический...
-
Сброс отходов в море с целю захоронения - Глобальные проблемы человечества
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных...
-
Создание научных основ оценки вторичных минеральных ресурсов и решение практических задач их использования требует разработки классификации этих ресурсов...
-
Анализ источников образования отходов горного производства и их классификация Загрязнение природной среды отходами производства является одной из...
-
В последние десятилетия в Европе уделяется большое внимание проблемам, связанным с образованием и утилизацией отходов, в частности твердых бытовых и...
-
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных...
-
К основным параметрам бутовой полосы относят ее ширину и объем. Ширина бутовой полосы определяется по условиям: В = 6...8m. Где: m - выемочная мощность...
-
При проведении оценки жизненного цикла приходится иметь дело с большими объемами данных, учитывать сложные взаимосвязи между характеризуемыми...
-
Вывод: - Методы управления отходами горного производства
Горное производство является существенными источником нарушения и загрязнения всех элементов биосферы. При добыче и переработки полезных ископаемых...
-
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных...
-
Одним из основных горных факторов, который определяет степень геомеханических превращений поверхности Земли при подземной добыче угля является прочность...
-
Ограничения применения метода - Методы управления отходами горного производства
Несмотря на широкое применение оценки жизненного цикла, в качестве метода полной оценки технологий и процессов, а также для поддержки принятия решений,...
-
Первые познания и практический опыт в области ОЖЦ появился в Российской Федерации во второй половине 90-х гг. Несмотря на наличие нормативной базы (ГОСТы...
-
Метод оценки жизненного в управлении отходами Концепция ОЖЦ как инструмента экологического менеджмента Оценка жизненного цикла может быть определена, как...
Захоронение РАО в горных породах