Введение к работе
Актуальность темы
Постоянные требования к повышению эффективности и информативности геологоразведочных работ, объективная необходимость вовлечения в сферу промышленного освоения нетрадиционных источников сырья, более полного комплексного его использования, проблемы геоэкологии и отработки техногенных меторождений потребовали разработки и применения самых современных аналитических методов исследования вещественного состава объектов окружающей среды.
Обычно для анализа содержания элементов в природных и техногенных объектах стараются привлечь все существующие физико-химические методы. Аналитические данные являются, зачастую, первичными в системе исследования, и современные многокомпонентные методы анализа просто незаменимы при решении геоэкологических, геохимических, технологических и других задач. Особое место принадлежит ядернофизическим методам, которые потенциально являются одними из наиболее чувствительных и многокомпонентных.
В области аналитических исследований основными приоритетными направлениями развития в настоящее время являются:
существенное снижение (до 10" - 10 %) нижнего предела количественных
определений широкого круга неорганических компонентов в различных объектах окружающей среды (особенно при массовых анализах);
разработка и внедрение методик и аппаратуры для одновременного определения неорганических и органических веществ в различных объектах, развитие многокомпонентных инструментальных методов и многоканальной аппаратуры, в том числе для определения радионуклидов;
комбинирование химических методов с рентгеноспсктралъными, ядернофизическими методами анализа;
более широкое применение автоматизированных измерительных систем, в том числе -рентгенофлуоресцентных спектрометров нового поколения, гамма-спектрометров с полупроводниковыми и сциптилляциопными детекторами.
Расширение круга анализируемых объектов, появление аппаратуры нового поколения и широкое внедрение ее в производственную практику требует разработки соответствующих методик выполнения измерений и соответствующего метрологического обеспечения. Комплексный подход к изучению техногенных месторождений требует создания соответствующей системы исследований.
Целью работы является
-
Создание на базе серийно выпускаемой лабораторной ядернофизической аппаратуры аналитического комплекса для определения элементного состава техногенных месторождений и анализа объектов экологического контроля с соответствующим методическим и метрологическим обеспечением.
-
Разработка и практическое применении различных вариантов ядернофизических методов анализа (рентгеноспектрального и нейтронного активационного) для определения концентраций элементов на уровне микропримесей в отходах промышленных производств и объектах экологического контроля.
-
Комплексные исследования техногенных месторождений (отвалов промышленных предприятий различного производственного цикла).
Основные направления и задачи исследований
-
Развитие методических подходов и способов повышения точности нейтронного активационного и рентгеноспектрального определения при исследовании элементного состава отходов промышленных производств и объектов экологического контроля.
-
Экспериментальные исследования аналитических возможностей многоканального сканирующего спектрометра "Спектроскан" применительно к анализу различных типов отходов промышленных производств (шлаки, пыли, шламы, золы), а также объектов экоаналитического контроля: почв, донных отложений, воздушных аэрозолей.
-
Разработка методик нейтронного активационного и рентгеноспектрального методов анализа для исследования состава техногенных месторождений и объектов экоаналитического контроля.
-
Выбор и обоснование оптимального комплекса ядернофизических методов анализа при комплексных исследованиях техногенных месторождений и объектов окружающей среды .
-
Применение комплекса ядернофизических методов анализа для исследования техногенных месторождений и экологическом контроле.
Научная новизна
-
Рассмотрены вопросы применимости ядернофизических методов для исследования элементного состава техногенных месторождений и объектов экоаналитического контроля и обоснована рациональность применения комплекса рентгеноспектрального (с использованием кристалл-дифракционного спектрометра типа "Спектроскан") и нейтронного активационного (с использованием реактора) методов анализа в системе рационального природопользования.
-
Разработаны методики многоэлементного анализа почв, горных пород, продуктов и отходов их переработки, атмосферных аэрозолей с использованием спектрометра "Спектроскан".
-
Предложена и разработана методика компараторного варианта нейтронного активационного метода анализа для исследования элементного состава отходов металлургических, горно-обогатительных и энергетических производств.
-
Показана возможность повышения чувствительности определения ирридия и редкоземельных элементов в хромитовых рудах и хромсодержащих шлаках с использованием предварительной химической подготовки.
-
Выполнены комплексные исследования элементного состава отходов промпредприятий различного производственного цикла (горно-обогатительного, топливно-энергетического и металлургического).
-
Установлена равномерность распределения Sc, Со, Fe, Sm в шламах мокрой магнитной сепарации Качканарского ГОКа по всей территории хвостохранилища. Установлено, что е шламах Качканарского ГОКа среднее содержание скандия составляет 130 rh. Составлены карты распределения Sc и Со по территории хвостохранилиша шламов.
-
Показано, что в золе и золоуносах Рефтинской ГРЭС находятся повышенные, по сравнению с исходным углем, содержания таких элементов как Sm, Се, Lu, ТЬ, U, Th, Yb, Hf, Sc, Co, Eu, La. Установлено, что зола и золоуносы Рефтинской ГРЭС по содержанию указанных элементов практически не отличаются. Построены гистограммы распределения элементов в золе и золоуносах Рефтинской ГРЭС.
-
Установлено, что в шлаках Челябинского электро-металлургического комбината и других отходах, находящихся в отвалах, содержатся такие элементы как Sc, Се, Eu, La, Сг, а также Ті, W, Ві, РЬ. Установлена неравномерность распределения указанных элементов по территории отвала. Построены карты распределения элементов по отвалу ЧЭМК.
-
Саставлены каталоги спектров характеристического рентгеновского излучения и наведенной -/ активности отходов различных промышленных производств.
Практическая ценность работы
-
Разработанные методики многоэлементных определений позволяют эффективно решать задачи элементного анализа в системе рационального природопользования.
-
Материалы комплексных ядернофизических исследований бьши использованы при составлении геолого-геохимических моделей техногенных новообразований Челябинского электрометаллургического комбината, Качканарского ГОКа, Рефтинской ГРЭС и при составлении геоэкологической карты лицензионного участка Западно-Тугровского нефтяного месторождения.
-
Материалы диссертации используются при проведении практических занятий, учебно-методических и производственных практик, занятий по курсовому и дипломному проектированию для студентов геологической и геофизической специальностей Уральской государственной горно-геологической академии.
4. Результаты исследований нашли применение в практике работ АООТ "Мегионнефтегаз",
АООТ "Челябинский электрометаллургический комбинат", АОЗТ "Сибнефть".
5. Полученные результаты нашли отражение в двух грантах и в двух хоздоговорных работах.
В процессе работы были получены следующие практические результаты:
-
При участии автора создан Испытательный центр Института геофизики Российской инженерной академии, в состав которого входят две аккредитованные Госстандартом России лаборатории: аналитическая (аттестат РОСС RU.0001.510220) и лаборатория радиационного контроля (аттестат № 4211-94).
-
Подготовлены и утверждены в Госстандарте России нормативно-технические и методические документы, обеспечивающие деятельность Испытательного центра в системе экоаналитического контроля, геологических и научных исследований, анализа объектов окружающей среды и сертификационных испытаний.
-
Разработаны и утверждены Госстандартом РФ методики многоэлементного рентгеноспектрального определения элементов в горных породах и отходах их переработки, почвах, атмосферных аэрозолях (МВИ № 6-94, № 8-95, № 9-95).
-
Разработана методика многоэлементного нейтронного активационного анализа горных пород и отходов их переработки (шлаки, золы, золоуносы, шламы) - МВИ № 5-94.
-
Показана возможность использования компараторного варианта нейтронного активационного анализа для исследования элементного состава техногенных месторождений.
-
С использованием комплекса нейтронного активационного и рентгеноспектрального методов анализа и разработанных методик выполнен ядернофизический анализ более 800 проб (почвы, ишаки, шламы, золы, др. отходы промпроизводств) на 9000 элементоопределений (в том числе такие элементы, как Sc, Сг, редкоземельные, Аи) при исследованиях элементного состава техногенных месторождений и экологических исследованиях.
-
По теме исследований опубликована брошюра "Промышленные отходы ЧЭМК: состав, направления использования", соавторы: А.Г.Талалай, А.Б.Макаров, В.Н.Карноухов, Г.А.Огородников, Ю.И.Воронов.-Ехатеринбург: НТО "Горное", 62 с.
Апробация работы
Результаты исследований систематически докладывались на различных конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе на
V Всесоюзном совещании по активационному анализу и другим радиоаналитическим методам, г.Ташкент, 1987
Ш Тихоокеанской школе по морской геологии, геофизики и геохимии, г. Владивосток, ДВО АН СССР, 1987
Международной научно-практической конференции "Радиационная безопасность и защита населения", г.Екатеринбург, 1995
Международной научно-практической конференции. "Проблемы экологии и охраны окружающей Среды. УралЭкология-95", г.Екатеринбург, 1995
Межгосударственной научно-технической конференции "Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала" г.Магнитогорск, МГМА, 1995
Международной геофизической конференции, г.Санкт-Петербург, 1995
научно-практической конференции "Семинар по вопросам инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий", г.Екатеринбург, УралТИСИЗ, 1995
Всероссийской научно-технической конференции 'Экология и геофизика", г.Дубна, 1995
Международном симпозиуме "Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций", г.Пермь, 1995
Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды", г.Томск, 1995
научно-практическом семинаре "Проблемы инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий и инвентаризации земель и инженерных коммуникаций в Уральском регионе", г.Екатерикбург, 1995
Исходные материалы и личный вклад в решение проблемы
Основу диссертации составляют результаты исследований, выполненных при непосредственном участии автора, а также лично им за время работы с 1984 по 1988 гг.(Институт химии ДВО АН СССР, г. Владивосток), с 1988 по 1993 год (Центральная лаборатория ПГО "Уралгеология", г. Екатеринбург), с 1994 по 1995 год (Уральская государственная горно-геологическая академия, Испытательный центр).
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований по созданию рационального аппаратурно-методического комплекса на основе применения ядернофизических методов анализа для исследования элементного состава техногенных месторождений, разработке их методического и метрологического обеспечения, оптимизации геометрии измерений и условий выполнения измерений. При разработке аналитических методик и организации рационального комплекса исследований с применением ядернофизических методов анализа автор опирался на основополагающие работы Якубовича А.Л., Пржиялговского СМ., Зайцева Е.И., Афонина В.П., Смагуновой А.Н., Пушкина С.Г., Лейпунской Д.И., Лосева Н.Ф., Новикова Г.Ф. и многих других.
Публикации
По теме диссертации опубликована 21 работа.
Объем и структура работы