facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

РАДИОАКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРАНИТНЫХ ЩЕБНЕЙ

РАДИОАКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРАНИТНЫХ ЩЕБНЕЙРАДИОАКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРАНИТНЫХ ЩЕБНЕЙ
Элина Хоботова, заведующий кафедры химии, доктор химических наук, профессор

Марина Игнатенко, доцент, кандидат технических наук

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Украина

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Украина";

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

УДК 6144.876-035.48

Гамма-спектрометрическим методом определены активности радионуклидов 226Ra, 232Th и 40K в 21 образце гранитных щебней карьеров Украины. Значения активностей изменяются в интервалах, Бк/кг: 226Ra − 6,35-104; 232Th − 12,3-160 и 40K − 370-1290. Содержание 226Ra и 40Kниже, чем в изверженных породах. Варьирование эффективной удельной активности образцов 62,7-365 Бк/кг определяет І класс радиационной опасности гранитных щебней как строительных материалов. Расчетные величины эквивалентной активности радия, индекса внешней опасности, гамма-индекса и альфа-индекса соответствуют средним значениям рекомендуемых интервалов для обеспечения радиационной безопасности. Гамма-излучение щебня Янцевского карьера превышает рекомендуемые пределы. Выявлена корреляция между Сэфф. гранитных щебней и общим содержанием минералов альбита и микроклина.

Ключевые слова:  радиоактивность, горные породы, гранитные щебни, минералы

The activity concentrations of 226Ra, 232Th and 40K in 21 samples of crushed granite of Ukrainian careerswere determined using a gamma-ray spectrometer. The mean activity concentrations varied between, Bq/kg: 226Ra − 6,35-104; 232Th − 12,3-160 and 40K − 370-1290. 226Ra and 40Kcontentare lower thanin igneous rocks. The sampleseffective specificradioactivityvariation 62,7-365 Bq/kg definesI class of radiation hazard of crushed granites asbuilding materials. The results of the radium equivalent activity, external hazard index, gamma activity index and alpha index calculated were all within the recommended limits for radiation safety. Thegamma radiationof Yantsevskycareer breakstone exceeds recommendedlimits.The correlation between Cef. of crushed granites and total content of albite and microclineminerals was identified.

Keywords: radioactivity, rocks, crushed granites, minerals

Естественные радионуклиды (ЕРН), содержащиеся в строительных материалах, создают поле γ-излучения в помещении. Вредные воздействия природных ионизирующих излучений представляют наибольшую опасность, так как с течением времени создают суммарную дозу облучения для человека более значительную, чем от искусственных радионуклидов. Эффективная удельная активность (Cэфф.) бетонов и величина годовой эффективной эквивалентной дозы γ-облучения людей в бетонных помещениях (Dпом.) обусловлены, прежде всего, удельной активностью заполнителей. В качестве заполнителей бетонов чаще всего используются фракции гранитных щебней. Гранит относится к магматическим интрузивным горным породам, радиоактивность которых выше, чем осадочных. Радиационный фон гранита и любого другого натурального камня начинают контролировать на стадии добычи при утверждении запасов месторождения. У каждого месторождения имеется свой паспорт, где записывается, к какой группе по радиоактивности принадлежит гранит и где рекомендуется или не рекомендуется его применять.

Изучению радиоактивности строительных горных пород Украины посвящено ограниченное количество исследований [1-3]. В монографии [1] суммированы данные по радиоактивности многочисленных составляющих биосферы, в том числе компонентов техногенно-измененного радиационного фона: строительных материалов, промышленных отходов, минеральных удобрений. Авторами работы [2] изучены радиационные характеристики горных пород специализированных карьеров по добыче блочного сырья. В работе [3] приведены данные по радиоактивности строительного сырья железорудных месторождений Криворожского бассейна. Остаются открытыми вопросы варьирования радиационных характеристик нерудного сырья по гранулометрическим фракциям, корреляции радиоактивных свойств с его минералогическим составом.

Цель работы − исследование радиоактивности образцов щебней гранитных карьеров Украины, используемых при изготовлении многокомпонентных бетонов.

Экспериментальные методы исследования. Измерения активности ЕРН образцов щебней выполнены с помощью гамма-спектрометрического анализа, проведенного на сцинтилляционном гамма-спектрометре СЕГ-001 «АКП-С», диапазон измеряемых энергий, гамма-излучения которого составляет от 50 до 3000 кэВ. Исследуемые пробы помещались в измерительный сосуд Маринелли объёмом 1 л. Время измерения активности ЕРН в среднем составляло 2 часа. Предел допускаемой основной погрешности измерения активности для геометрии «Маринелли» (Р=0,95) не более 25 %. Для обработки результатов измерений использовалось программное обеспечение Akwin. Определены удельные активности естественных радионуклидов (Ci) и Сэфф. гранулометрических фракций гранитных щебней. Сэф.  рассчитывались по уравнению [4]

Сэфф.= СRa + 1,31CTh + 0,085CK, Бк·кг-1.

Рентгенофазовый анализ [5] четырех выбранных образцов щебня выполнен на порошковом дифрактометре SiemensD500 в медном излучении с графитовым монохроматором. Использовано примерно по 0,5 см3 каждого образца. Это количество тщательно растирали и перемешивали в алундовой ступке на протяжении 20 минут, после чего полученный порошок помещали в стеклянную кювету с рабочим объемом 2´1´0,1 cм3 для регистрации дифрактограмм. Полнопрофильные дифрактограммы измерены в интервале углов 5<2θ<90 ° с шагом 0,02 ° и временем накопления 30 с. Первичный поиск фаз выполнен по картотеке PDF-1 [6], после чего был выполнен расчет рентгенограмм по методу Ритвельда с использованием программы FullProf [7].

Активности радионуклидов. Исследован 21 образец фракций щебней из 15 карьеров 8 областей Украины. Экспериментальные данные по удельным активностям ЕРН щебней и величине Cэфф. представлены в таблице 1. Гамма-спектрометрическим методом в составе гранитных щебней были обнаружены ЕРН 226Ra, 232Th (α, γ-излучатели) и 40K (β, γ-излучатель). Основной вклад в суммарную активность щебней (более 83 %) вносит изотоп 40К. Особо высокой радиоактивностью обладают граниты, содержащие, Бк/кг: 40К – 1070-1110; 226Ra – 95-115; 232Th – 85-480; 238U – 50-110 [8]. Для исследованных гранитов активность калия-40 образца № 11 соответствует указанному интервалу; для образцов 3, 5, 7-9 – превышает максимальное значение; для остальных щебней – ниже минимальной границы. Активность радия-226 для всех образцов (за исключением образца № 9) ниже 95 Бк/кг. Аналогичная ситуация для 232Th – большинство щебней характеризуется активностью по данному радионуклиду меньшей 85 Бк/кг за исключением образцов № 3, 7-9.

Оценка радиационной опасности. Согласно величине Сэфф. все исследованные образцы щебней относятся к I классу радиационной опасности стройматериалов, используемых в строительстве без ограничения (Сэфф. ≤ 370 Бк/кг). При этом для всех образцов гранитного щебня, кроме образцов № 1, 2, 6, 15, 17, 20, 21 установлено превышение среднего значения Сэфф.для строительных материалов по СНГ (93 Бк/кг) и по Украине (106 Бк/кг).

Щебни имеют различные радиоактивные характеристики в зависимости от места их получения. По литературным данным [1] радиоактивность гранитных щебней Украины колеблется в пределах 223-322 Бк/кг. Данному диапазону соответствует Сэфф.образцов № 7 и 8. Остальные образцы щебней характеризуются либо более низкими значениями Сэфф., либо – более высокими. Наименьшие величины Сэфф. имеют фракции 5-10 мм Коломоевского карьера Днепроперовской обл. (образец № 6) и фракции 11-16 мм спецкарьера

Таблица 1.

Результаты гамма-спектрометрического анализа и показатели радиационной опасности

Фракция щебня, мм

(карьер)

Сэфф.,

Бк/кг

Сі, Бк/кг (вклад, %)

Raeq,

Бк/кг

Iex

Iγ

Iα

40К

232Th

226Ra

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

Фракция 20-40

(ООО «Нерудстройматериалы», Полтавская обл.)

70,4

424

(93,8)

20,0
(4,4)

8,16

(1,8)

69,4

0,19

0,27

0,04

2

Фракция 20-40

(ЗАО «Горняк», Полтавская обл.)

89,2

435

(90,9)

28,3

(5,9)

15,2

(3,2)

89,2

0,24

0,34

0,08

3

Фракция 20-40

(Янцевский карьер, Запорожская обл.)

365

1120

(83,6)

160

(11,9)

59,9

(4,5)

374,9

1,01

1,37

0,3

4

Фракция 20-40

(Карьер «Технобуд», Житомирская обл.)

178

934

(91,6)

40,6

(4,0)

45,2

(4,4)

175,2

0,47

0,67

0,23

5

Фракция 10-20

(Тельмановский карьер, Донецкая обл.)

134

1160

(97,6)

19,8

(1,7)

9,32

(0,8)

127

0,34

0,52

0,05

6

Фракция 5-20

(Коломоевский карьер, Днепропетровская обл.)

62,7

370

(93,6)

19,0

(4,8)

6,35

(1,6)

62

0,17

0,24

0,03

7

Фракция 5-20

(Днепропетровский карьер, Днепропетровская обл.)

286

1240

(89,4)

113

(8,2)

33,1

(2,4)

290,2

0,78

1,09

0,17

8

Фракция 5-10

(Орликовский карьер, Днепропетровская обл.)

293

1290

(89,8)

121

(8,5)

25,0

(1,7)

297,4

0,80

1,12

0,13

9

Фракция 5-10

(Мокрянский карьер-3, Запорожская обл.)

343

1150

(84,4)

108

(7,9)

104

(7,6)

347

0,94

1,27

0,52

10

Фракция 5-10

(Новополтавский карьер, Запорожская обл.)

149

1060

(95,6)

33,6

(3,0)

15,4

(1,4)

145,1

0,39

0,57

0,08

11

Фракция 10-15

(Хлыстуновский карьер, Черкасская обл.)

187

1110

(93,3)

41,1

(3,5)

39,0

(3,3)

183,2

0,49

0,71

0,2

12

Фракция 0,8-3

(Карьер «Будмайстер», Днепропетровская обл.)

144

903

(94,2)

36,8

(3,8)

19,3

(2,0)

141,5

0,38

0,55

0,1

13

Фракция 0,65-2,5

(Карьер «Будмайстер», Днепропетровская обл.)

129

932

(95,8)

26,9

(2,8)

14,2

(1,5)

124,4

0,34

0,49

0,07

14

Фракция 10-20

(Карьер "Карань", Луганская  обл.)

109

773

(95,6)

24,0

(3,0)

11,6

(1,4)

105,4

0,28

0,42

0,06

15

Фракция 5-20

(Карьер "Карань", Луганская  обл.)

83,8

539

(94,5)

22,0

(3,9)

9,2

(1,6)

82,2

0,22

0,32

0,05

16

Фракция 3-10

(Карьер "Карань", Луганская  обл.)

182

702

(87,4)

70,6

(10,9)

30,3

(3,8)

185,3

0,50

0,69

0,15

17

Фракция 11-16

(Спецкарьер «Гайворонский», Кировоградская обл.)

63,8

376

(93,4)

17,7

(4,4)

8,64

(2,1)

62,9

0,17

0,24

0,04

18

Фракция 8-11

(Спецкарьер «Гайворонский», Кировоградская обл.)

107

555

(91,9)

34,9

(5,8)

14,2

(2,4)

106,8

0,29

0,41

0,07

19

Фракция 5-8

(Спецкарьер «Гайворонский», Кировоградская обл.)

109

579

(92,3)

35,0

(5,6)

13,5

(2,1)

108,1

0,29

0,41

0,07

20

Фракция 20-40

(ККУ «Кварц», Полтавская обл.)

70,3

377

(92,2)

20,6

(5,0)

11,3

(2,8)

69,8

0,19

0,27

0,06

21

Фракция 5-10

(ККУ «Кварц», Полтавская обл.)

90,2

741

(96,9)

12,3

(1,6)

11,1

(1,5)

85,7

0,23

0,35

0,06

«Гайворонский», Кировоградской обл.(образец № 17). Невысокие значения Сэфф. характерны для четырех исследованных щебней Полтавской обл. (менее 100 Бк/кг). Наибольшие величины Сэфф. зарегистрированы для щебней из Запорожской обл.: фракция 20-40 мм Янцевского карьера (образец № 3) и фракция 5-10 мм Мокрянского карьера-3 (образец № 9), затем – для щебней Днепропетровской обл. (образцы щебней № 7 и 8).

В целом полученные результаты согласуются с географическим положением областей на определенных тектонических структурах. Запорожская,Днепропетровская, Житомирская, Черкасская и Кировоградская области расположены на Украинском щите, покрытом маломощным слоем осадочных пород(местами его почти нет). Он представляет специализированную радиогеохимическую провинцию. Щебни данных областей имеют повышенный уровень радиоактивности, исключение составляют фракции щебня спецкарьера «Гайворонский» Кировоградской обл. (образцы № 17-19).

Щебни Донецкой и Луганской областей получены из гранитов Донецко-Днепровской впадины, граничащей с Украинским щитом на востоке и имеющей значительный прогиб. Фундамент платформы покрыт слоем осадочных пород толщиной 10-12 км. Данные щебни имеют меньшей уровень радиоактивности.

Полтавская область расположена на Воронежском кристаллическом массиве, прочные породы которого залегают местами на глубине 150 м от поверхности. Щебни трех карьеров Полтавской обл. наиболее радиационно-чистые при Сэфф.<100 Бк/кг.

Прослеживается некоторое увеличение Сэфф. для мелких фракций щебней  одного и того же карьера (сравните образцы № 14 и  16; 17-19; 20 и 21).

По международным нормам оценка радиационной опасности строительных материалов проводится согласно критериям [9-12]: эквивалентной активности радия (индекс радиационной опасности) Raeq (Бк/кг), индексу внешней опасности Iex, гамма-индексу Iγ, альфа-индексу Iα. Расчетные величины данных индексов для исследованных образцов щебней приведены в таблице 2.

Индекс радиационной опасности используется для сравнения эффективных активностей строительных материалов, содержащих различное количество радия, тория и калия. Raeq рассчитывается по уравнению [9]:

Raeq = CRa+ 1,43 CTh+ 0,077CK,

исходя из предположения, что 1Бк/кг226Ra, 0,7Бк/кг232Th или 13Бк/кг40К дают такую же мощность дозы γ-излучения, что и Raeq. Величина Raeq не должна превышать 370Бк/кг, что соответствует величине дозы внешнего облучения 1,5 мЗв/год [10]. Наибольшее значение Raeq определено для образца щебня № 3 (374,9 Бк/кг), превышающее норматив (таблица 1).

Индекс внешней опасности Iex рассчитывается по уравнению [9]:

.

Этот критерий учитывает только внешнее облучение за счетγ-лучей и соответствует максимальной эквивалентной активности радия в стройматериалах 370Бк/кг. Индекс Iex используется для оценки уровняγ-радиационной опасности, связанной с присутствием естественных радионуклидов в конкретных строительных материалах. Величина Iex должна бы не более единицы [9]. Расчетные значения Iex для большинства исследованных образцов находятся в диапазоне от 0,17 до 0,94, за исключением образца щебня 3 №, для которого величина Iex превышает 1 (таблица 1). При величине Iex образцы щебней являются радиационно-безопасными и могут использоваться в качестве строительного материала без какого-либо значительной радиологической угрозы населению.

Еще одним критерием, характеризующим γ-излучение строительного материала, является гамма-индекс Iγ, рассчитываемый по уравнению [11, 12]:

 .

Гамма-индекс используют при скрининге для идентификации материалов, которые могли бы представлять интерес в строительстве. Значения гамма-индекса исследованных щебней лежат в интервале 0,24-1,37 (таблица 1). Для материалов, используемых в больших объемах, например, для бетона Iγ 1 соответствует годовой эффективной дозе меньшей или равной 1 мЗв. Iγ 0,5 соответствует к годовой эффективной дозе меньшей илиравной 0,3мЗв [11]. В первую категорию попадают образцы щебней № 4, 5,10-12, 16; во вторую – образцы № 1, 2, 6, 13-15, 17-21. Исключение из данных категорий представляют образцы щебней № 3 (Iγ=1,37), № 7 (1,09), № 8 (1,12), № 9 (1,27). При их использовании в больших количествах в тяжелых бетонах возможно превышение годовой эффективной дозой 1 мЗв.

Количественная оценка эксхаляции изотопов радона из строительных материалов может проводиться с помощью альфа-индекса Iα, рассчитываемого по уравнению [11, 12]:

 .

Данное соотношение выведено, исходя из того, что при активности 226Ra в строительном материале выше 200 Бк/кг, концентрация радона, поступающего в воздух помещения, может быть равной 200 Бк/м3. Iα 1 соответствует активности 226Ra не превышающей 200 Бк/кг. Разброс значений Iα для исследованных щебней от 0,03 до 0,52 (таблица 1) свидетельствует об отсутствии опасности ингаляционного поступления радона из щебней внутрь помещения.

Таким образом, согласно величине Сэфф., рекомендуемой НРБ Украины в качестве главного критерия радиационной опасности строительных материалов, исследованные щебни могут использоваться в строительстве без ограничений. Имеется некоторая настороженность по поводу использования образца щебня № 3 (фракция 20-40 мм щебня Янцевского карьера, Запорожская обл.). Данный образец имеет завышенные индексы радиационной, внешней опасности и гамма-индекс, то есть характеризуется повышенным гамма-излучением. Использование данной фракции щебня в качестве заполнителя может привести к возрастанию средней Сэфф. готового многокомпонентного бетона, к увеличению Dпом. и дозы, получаемой за счет γ-излучения ЕРН стройматериалов (ΔDЕРН). Средние величины для стран СНГ Dпом.= 350-411 мкЗв/год и ΔDЕРН= 100 мкЗв/год [13]. Вредные воздействия природных ионизирующих излучений представляют наибольшую опасность, так как с течением времени могут создать суммарную дозу облучения для человека более значительную, чем от искусственных радионуклидов [14].

Минеральная природа щебней. Для снижения дозы облучения людей от строительных материалов до минимально возможного уровня необходимо исключить использование месторождений гранитных щебней с наиболее высоким уровнем эффективной удельной активности и регулировать содержание заполнителей в составе многокомпонентных бетонов. В связи с использованием некоторых горных пород в качестве строительного материала необходима их предварительная целевая радиационно-гигиеническая оценка и минералогическое исследование.

Граниты представляют собой кислые магматические интрузивные горные породы, состоящие из кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюд — биотита и (или) мусковита. Примерный состав гранитов, %: полевые шпаты (кислый плагиоклаз и калиевый полевой шпат) – 60-65 %; кварц – 25-30 %; темноцветные минералы (биотит, роговая обманка) – 5-10 % [15].

Результаты рентгенофазового анализа четырех выборочных образцов щебней приведены в таблице 2. По результатам поиска в картотеке PDF-1 [6] найдено несколько фаз, наличие которых нуждалось в подтверждении расчетами по методу Ритвельда ввиду неудовлетворительного соответствия наблюдаемым на дифрактограммах пикам: кварц SiO2 (карт. 33-1161), альбит NaAlSi3O8 (9-466), микроклин KAlSi3O8 (22-687), флогопит KMg3(Si3AlO10)F2 (16-344), анортит (Ca,Na)(Si,Al)4O8 (20-528), мусковит K0.94Na0.06Al1.83Fe0.17Mg0.03(Al0.91Si3.09O10)(OH)1.65O0.12F0.23 и др. Расчет по методу Ритвельда проводился с уточнением параметров решетки и параметров, описывающих профиль

Таблица 2.

Результаты фазового анализа образцов щебней (номера образцов соответствуют табл. 1)

Фаза

Образец щебня, карьер

№ 3

Янцевский карьер

№ 6

Коломоев-ский карьер

№ 7

Днепропет-ровский карьер

№ 11

Хлыстунов-ский карьер

Кварц SiO2

34,0

37,7

42,2

27,3

Микроклин KAlSi3O8

29,7

23,0

26,5

Альбит NaAlSi3O8

21,4

17,3

17,1

8,0

АнортитCaAl2Si2O8

8,3

38,3

11,3

20,3

МусковитK0,94Na0,06Al1,83Fe0,17Mg0,03

(Al0,91Si3,09O10)(OH)1,65О0,12F0,23

6,0

6,5

6,4

3,3

Псевдо-эвкриптит LiAlSiO4

0,57

0,32

МерлиноитNa0,68K4,48Ca2,24(Al9,28Si22,72O64)

(H2O)19,44

14,6

Общее содержание SiO2 по всем фазам

70,18

65,18

73,03

63,44

Суммарное содержание полевошпатных минералов: альбита и микроклина

51,1

17,3

40,1

34,5

 

рентгеновских линий. Для учета инструментальной функции профиля использована рентгенограмма гексаборида лантана, однако дисперсность кристаллитов рассчитать не удалось ввиду множества фаз в образцах. В таблице 2 приведено весовое содержание каждой из указанных фаз в %.Основными минералами, входящими в состав всех образцов, являются кварц и полевые шпаты, к которым относятся альбит, микроклин, анортит и другие алюмосиликаты, часто имеющие сходные структуры и являющиеся, как правило, твердыми растворами, которые трудно поддаются рентгенофазовому анализу. Так, например, альбит и микроклин в чистом виде отличаются только входящими в них щелочными металлами. Данные изоструктурные минералы могут давать ряд твердых растворов друг с другом и при замещении ионов в катионной подрешетке или в алюминиевых и силикатных тетраэдрах, вследствие чего симметрия решетки может быть как моноклинной, так и триклинной с двумя углами, близкими к прямым. При этом каркасом структуры всегда является трехмерная сетка из алюминиевых и силикатных (или же алюмосиликатных) тетраэдров, в пустотах которой расположены щелочные или замещающие их катионы. Поэтому наличие подобных твердых растворов в исследованных образцах щебней исключить нельзя, но учесть его при расчетах по методу Ритвельда трудно ввиду ограничения по числу уточняемых фаз, которое не должно превышать восьми. В проведенных расчетах использованы структурные данные для тех составов, которые приведены в таблице 2. Полученные результаты полностью согласуются с представлениями о породообразующих минералах магматических горных пород, на долю которых приходится около 99 % их общего состава: кварц, калиевые полевые шпатыплагиоклазы, слюды [16].

Щебни разных карьеров имеют свои минералогические особенности. В составе щебня Коломоевского карьера отсутствует микроклин, в щебне Хлыстуновского карьера невелико содержание альбита, а в щебне Янцевского карьера мало анортита. Содержание кварца является наибольшим в образцах щебней № 3 и 7, в образце № 6 содержится почти одинаковое количество кварца и анортита.

Минорные фазы в исследуемых щебнях представлены тремя нижними строками  таблицы 2. Содержание мусковита при расчетах по методу Ритвельда для всех образцов щебней определено с низкой достоверностью. Это может свидетельствовать о заметном отличии состава этой фазы во всех случаях от заданного в структурной модели. Возможно варьирование катионного состава, замещение гидроксильных групп фтором и пр. Не представляется возможным уточнение этих факторов по Ритвельду в многофазной системе, однако следует отметить, что из силикатных фаз только мусковит дает подходящее расположение линий под малыми углами.

Псевдо-эвкриптит задавался для расчета также по соответствию малоугловых линий на рентгенограммах образцов № 3 и 6, его содержание низкое. Можно предположить, что ошибки в определении содержания шпатовых фаз в полученных результатах могут быть около 1-3 % ввиду несоответствия составов, заданных в структурных моделях, что выше содержания псевдо-эвкриптита, который на рентгенограммах подходит только по положению малоугловых линий.

Мерлиноит обнаружен в образце щебня № 11. Для этой фазы, в отличие от остальных, при уточнении получены заметно отличающиеся значения параметров решетки (a=14,275, b=14,356, c=9,923) от заданных в исходной модели структуры (14,116; 14,229 и 9,946 соответственно). Если мерлиноит идентифицирован правильно, то подобные различия могут свидетельствовать о существенном отличии катионного состава фазы от заданного. С другой стороны, только для этой фазы наблюдается заметное уширение линий, свидетельствующее о значительных микронапряжениях или наличии нанокристалличной структуры. Поскольку в гранитах могут встречаться аморфные глинозем и кремнезем, можно предположить, что присутствие мерлиноита связано с этими аморфными компонентами.  Мерлиноит – минерал цеолитного типа является вторичным минералом магматических пород, который мог образоваться в результате преобразования первичных пород за счет процессов вторичного минералообразования.

Кислотность гранитных щебней. Химический и минеральный составы пород взаимо­связаны, но связь эта сложная, поэтому невозможно путем пересчета минерального состава горной породы точно получить её химический состав. В основу классификаций магматических горных пород положен их химический состав. За основу большинства классификаций  принято содержание оксида кремния SiO2, которое и служит критерием для подразделения горных пород на группы [17]. В частности, граниты могут относиться к кислым, иногда – к средним по составу породам (таблица 3).

Таблица 3.

Кислотность горных пород [17]

Кислотность горных пород

Содержание SiO2, %

Примеры пород

средние

53-64

Полевошпатовые породы с небольшой примесью железо-магнезиальных минералов

кислые

64-78

Уменьшенное содержание магнезиально-железистых и кальциевых силикатов, наличие небольших количеств щелочных полевых шпатов и кварца

Согласно рассчитанному по минеральному составу общему содержанию SiO2 (табл. 2) три образца гранитных щебней относятся  к кислым породам. Щебень Хлыстуновского карьера (образец № 11) занимает пограничное положение между кислыми и средними породами, в данном образце повышено содержание анортита CaAl2Si2O8.

Не менее важную роль при классификации магматических пород играют содержание и состав салических минералов, особенно полевых шпатов. Так, состав плагиоклазов отвечает определенной по кислотности группе пород: средние породы содержат средние (натриево-кальциевые) плагиоклазы, а для кислых пород характерны кислые (кальциевые) плагиоклазы [16].

Кварц является типичным минералом кислых пород, хотя он может присутствовать и в средних, и основных породах. Он образуется тогда, когда содержание SiO2в магме превышает то, которое должно вступить в соединение с металлами для образования силикатов. Кислые горные породы пересыщены этим оксидом, что видно из присутствия свободного кварца. Альбит, обнаруженный в составе исследованных гранитов, может образовываться в  случае насыщенности магмы кремнезёмом [16]:

Псевдо-эвкриптит LiAlSiO4 – ненасыщенный SiO2 минерал, содержится в гранитах в очень малом количестве (таблица 2).

Связь радиоактивности щебней с минеральным составом. Радиоактивность горных пород определяется их составом, условиями залегания, фациальными особенностями, генезисом и другими факторами. Наибольшей радиоактивностью обладают магматические породы кислого и щелочного состава (гранит, кварцевый диорит и др.), наименьшей − основные и ультраосновные породы [14]. Радиоактивные минералы, в которых радионуклиды составляют не основной компонент, могут содержать естественные радионуклиды в виде изоморфной примеси, механической примеси (минеральные смеси) или в сорбированном состоянии. Сорбционная способность минералов по отношению к радионуклидам в первую очередь определяется наличием их слоистой или каркасной структуры. Слюды, цеолиты могут проявлять сорбционную активность по отношению к радионуклидам. В составе исследуемых гранитных щебней обнаружены пободные минералы (табл. 2): слюда – мусковит и минерал цеолитного типа – мерлиноит (образец № 11).

То, что большая часть исследованных щебней имеет величину Сэфф. меньшую, чем средняя по Украине223-322 Бк/кг [1], объясняется наличием в гранитах осадочных пород. Так кварц относится к осадочным породам низкой радиоактивности (до 3,65 Бк/кг); полевые шпаты – к осадочным породам  средней активности (3,65-36,5 Бк/кг) илиповышенной активности (36,5-365 Бк/кг) наряду со слюдами [19].

В исследуемом случае прослеживается четкая корреляция между Сэфф. щебнейи суммарным содержанием полевошпатных минералов: альбита и микроклина (таблица 2). Ранее в работах [20, 21] было показано, что иногда повышенной радиоактивностью обладают неактивные по своей природе минералы, кристаллы и агрегаты которых содержат включения радиоактивных минералов альбит, эгирин, биотит, микроклин, тетраферрибиотит и некоторые другие. Структура альбита предрасполагает с повышенной сорбции им радионуклидов. Альбит представляет собой пластинчато-чешуйчатые, часто скрученные розетки или зернистые, сплошные сахаровидные агрегаты, либо скопления зёрен неправильной формы.

Содержание отдельных радионуклидов в горных породах разного минерального состава варьирует в зависимости от различных факторов. Прослеживается тенденция к увеличению концентрации урана с ростом содержания SiO2 (от ультраосновных к кислым породам). Наивысшее содержание урана среди известных пород имеют кислые сиениты и граниты [18]. В горных породах уран входит в кристаллическую структуру силикатов или находится в подвижной форме (до 90 % урана в некоторых гранитах) и легко выщелачивается [8]. Так как 238U находится в радиоактивном равновесии c226Ra, то возможно распространение данной тенденции и на радиоактивность, обусловленную присутствием радия. Магматические комплексы с содержанием урана выше критического уровня (более (4,5-5,0).10−4 %) характеризуются прямой корреляцией между содержаниями урана и петрогенных компонентов (оксидов кремния, калия и т.д.). Такие породы содержат легкоизвлекаемый уран, не включенный в кристаллические структуры породообразующих минералов и акцессорные минералы. Перекристаллизация вулканических пород во времени приводит к перераспределению радиоактивных элементов: большая часть рассеянного урана и в меньшей степени тория переходит в подвижные сорбционные формы на гранях минеральных зерен и в микротрещинах [8].

В изученных образцах гранитных шлаков содержание 238U определено по содержанию 226Ra на основании закона радиоактивного равновесия. Разбросу активностей 226Ra6,35-104 Бк/кг (табл. 1) отвечает содержание 226Ra (0,176-2,88).10−9 г/кг или (1,76.10−11-2,88.10−10) % 226Raи 238U − (5,15-84,2).10−4 г/кг или (5,15.10−5-8,42.10−4) % 238U. Тория-232 в исследованных гранитах содержится от 3,03.10−4 % до 3,94.10−3 %. Калия-40 – (1,47-5,11).10−4 %. Согласно [19] содержание основных радионуклидов в кислых изверженных породах, %: Ra − 1,4.10−9; U − 4.10−4; Th − 1,3.10−3; K − 2,6.10−1. Отношение Th/U колеблется в пределах от 0,4 до 10 с региональными изменениями, чаще всего Th/U=3-4. Преобладание тория связано с большим кларком тория: кларки урана и тория соответственно равны 3.10−4 % и 8.10−4 %. Для исследованных гранитов содержание 226Ra и 40К занижено,238U и 232Th одного порядка с содержанием в изверженных породах; Th/U=4,68-5,88, то есть укладывается в широкий интервал.

Активность 40К варьирует с содержанием калийных минералов (микроклина и мусковита). Так образец гранитного щебня Коломоевского карьера, в котором отсутствует микроклин, имеет наименьшую активность 40К (таблица 2).

Выводы

  • 1. На основании величины эффективной удельной активности исследованных щебней они относятся к І классу радиационной опасности и могут использоваться в строительстве без ограничений. Проведена корреляции величины Сэфф. с географическим положением карьера и его принадлежностью определенной тектонической структуре.
  • 2. Уточнение особенностей гамма-излучения образцов щебней при расчете индексов радиационной, внешней опасности и гамма-индекса показало, что гамма-излучение образца щебня Янцевского карьера Запорожской области (фракция 20-40 мм) превышает рекомендуемые пределы и может привести к облучению эффективной дозой большей 1000 мкЗв/год.
  • 3. Согласно величине удельной активности радия-226 и альфа-индекса исследованные щебни не представляют опасности повышенной эманации радона и дочерних продуктов его распада в воздух помещения.
  • 4. Содержание 226Ra и 40К занижено,238U и 232Th одного порядка в сравнении с изверженными породами.
  • 5. Выявлена корреляция между Сэфф. щебнейи суммарным содержанием полевошпатных минералов: альбита и микроклина.

 

Литература:

  • 1. Коваленко, Г.Д. Радиоэкология Украины/ Г.Д. Коваленко, К.Г. Рудя. –К., 2001. – 242 с.
  • 2. Бака, Н.Т. Облицовочный камень/ Н.Т. Бакка, И.В. Ильченко. – М.: Недра, 1992. – 303 с.
  • 3. Жуков, С.А. Минеральная природа радиоактивности строительного сырья железорудных месторождений Криворожского бассейна/ С.А. Жуков, В.А. Завсегдашний, В.В. Перегудов  // Геолого-мінералогічний вісник.– 2002.– № 2. –  С. 71-73.
  • 4. Нормы радиационной безопасности Украины (НРБУ-97) и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизированных излучений. – К., 1998. – 159 с.
  • 5. Бокий, Г.Б. Рентгеноструктурный аналіз/ Г.Б. Бокий, М.А. Порай-Кошиц. – Т. 1. М.: Изд-воМГУ, 1964. – 620 с.
  • 6. JCPDS PDF-1 File [Electronic resource] // ICDD: The International Centre for Diffraction Data, release 1994. PA, USA. –– Acces mode: http://www.icdd.com/. – Title screen.
  • 7. Rodriguez-Carvajal, J. FullProf. 98 and WinPLOTR: New Windows 95/NT Applications for Diffraction/ J.Rodriguez-Carvajal,T.  Roisnel//Commission for Powder Diffraction, International Union of Crystallography, Newsletter No.20 (May-August) Summer 1998.
  • 8. Арбузов, С.И. Геохимия радиоактивных элементов: учебное пособие/ С.И. Арбузов, Л.П. Рихванов; Национальный исследовательский Томский политехнический ун-тет. – 2-е изд. Томск: Изд-во Томского политехнического ун-тета, 2010. – 300 с.
  • 9. Beretka, J. Natural radioactivity of Australian building materials, industrial wasters and by-product/ J. Beretka, Р. Mathew // Health. Phys.– 1985. –  Vol. 48. – P. 87-95.
  • 10. NEA–OECD 1979. Exposure to radiation from natural radioactivity in building materials Report by Group ofExperts of the OECD (Paris: Nuclear Energy Agency (NEA)).
  • 11. Righi, S. Natural radioactivity and radon exhalation in building materials used in Italian dwellings /S. Righi, L. Bruzzi// J. Environ. Radioact.  – 2006. – Vol.88. – P.158-170.
  • 12. EC 1999. Office European Commission Report on Radiological Protection Principles Concerning the Natural Radioactivity of Building Materials Radiation Protection 112, Directorate-General Environment, Nuclear Safety and Civil Protection, Luxembourg.
  • 13. Крисюк, Э.М. Радиационный фон помещений / Э.М. Крисюк. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 120 с.
  • 14. Тугаринов, А.И. Общая геохимия / А.И. Тугаринов. – М.: Атомиздат, 1973. – 288 с.
  • 15. Петров, В.П. Современное состояние представлений о магме и  проблема гранита / В.П. Петров // Изв. АН СССР. Сер. геол. – 1964. – № 3. – С. 41-46. 
  • 16. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Магматические_горные_породы.
  • 17. Заварицкий, А.Н. Изверженные горные породы / А.Н. Заварицкий. – М.: изд. АН СССР, 1955. − 479 с.
  • 18. Арбузов, С.И. Геохимия радиоактивных элементов: учебное пособие / С.И. Арбузов, Л.П. Рихванов; Национальный исследовательский Томский политехнический ун-тет. – 2-е изд. Томск: Изд-во Томского политехнического ун-тета, 2010. – 300 с.
  • 19. Ибрагимов, Ш.З. Ядерная геофизика: пособие для самостоятельного изучения лекционного курса слушателей курсов повышения квалификации специальности «Геофизика» / Ш.З. Ибрагимов. – Казань: Казанский государственный университет, 2008. – 90 с.
  • 20. Белевцев, Я.Н. Геология криворожских железорудных месторождений / Я.Н. Белевцев, Г.В. Тохтуев, А.И. Стрыгин. – Т. 1. К.: Изд. АН УССР, 1962. – 484 с.
  • 21. Лазаренко, Е.К. Минералогия Криворожского бассейна / Е.К. Лазаренко, Ю.Г. Гершойг, Н.И. Бучинская. –  К.: Наукова думка, 1977. – 544 с. 
0
Ваша оценка: Нет Средняя: 8.5 (4 голоса)
Комментарии: 11

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемые авторы, по поводу материалов представленных исследований полностью согласен с мнениями предыдущих экспертов. Работа очень объемная и привлекает внимание с своей актуальностью. Представленные расчетные материалы с успехом могут быть использованы другими исследователями для разработки нормативно технических материалов для использования не рудных материалов с в строительстве. Работу оцениваю оценкой в 10 балов. Желаю Вам творческих успехов. С уважением Накибулло Бабаев

Симонян Геворг Саркисович

Вот и подходит к концу конференция "Исследования природы вещества и физического поля в поисках путей разрешения фундаментальных проблем научной гносеологии". посвященный наукам о земле и космосе, физико-математическим и химическим наукам. Известно, что гносеология — (от греч. gnosis — знание и logos — учение) -раздел философии, в котором изучаются проблемы природы и возможностей познания, отношения знания к реальности, исследуются всеобщие предпосылки познания, выявляются условия его достоверности и истинности. Основная гносеологическая схема анализа познания включает субъект (исследователя), наделенного сознанием и волей, и противостоящий ему объект природы, связанный с ним только познавательным отношением. Большинство работ конференции тронули философский аспект проблемы. Так что в этом плане конференция соответствовала своему названию. Поздравляю Вас с наступающим днем Победы. С уважением -Геворг Саркисович.

Виктория Владимировна Смирнякова

Уважаемая Элина Борисовна! Ваша работа имеет практическую значимость для определения радиоактивности горных пород и использования их в строительстве. Желаем дальнейших творческих успехов!

Черняк Владимир Иванович

Классический вариант высокого уровня исследования и представления его результатов. Творческих успехов Элина Борисовна. С уважением, Черняк Владимир

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемая Элина Борисовна огромное спасибо, за хороший( отличный) отзыв моей ствтьи. Благодарен также за оценку. С уважением Геворг Саркисович.

Евгений Григорьевич Брындин

Уважаемая Элина Борисовна. Ваша работа имеет важное значение для экологической безопасности домостроительства и окружающей среды. Полагаю, что работа найдет выход на градостроительную практику.

Сарсекова Дани

Уважаемые авторы! По представленной работе можно судить об ее объемности и научности. Гранит сам по себе обладает не очень высокой радиоактивностью, он не способен накапливать огромные уровни, но гранит способен накапливать радиацию, точнее к своему естественному фону гранит или гранитный щебень добавляет приобретенный фон, который опасен для здоровья людей при использовании его в строительстве, что говорит о высокой актуальности Ваших исследований. Желаю успехов в Ваших научных изысканиях! С ув.Дани

Хоботова Элина

Спасибо за высокую оценку результатов нашей работы. С уважением проф. Хоботова Э.Б.

Сарсекова Дани

Уважаемые авторы! По представленной работе можно судить об ее объемности и научности. Гранит сам по себе обладает не очень высокой радиоактивностью, он не способен накапливать огромные уровни, но гранит способен накапливать радиацию, точнее к своему естественному фону гранит или гранитный щебень добавляет приобретенный фон, который опасен для здоровья людей при использовании его в строительстве, что говорит о высокой актуальности Ваших исследований. Желаю успехов в Ваших научных изысканиях! С ув.Дани

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемая Элина Борисовна поздравляю, объемая, отличнаяяя экспериментальная работа. В первой части работы Вы гамма-спектрометрическим методом определи активности радионуклидов 226Ra, 232Th и 40K в свише двадцати образцов гранитных щебней карьеров Украины. Показано, что расчетные величины эквивалентной активностиRa, индекса внешней опасности, гамма-индекса и альфа-индекса соответствуют средним значениям радиационной безопасности. Особенно импонирует часть работы - минеральная природа щебней. И в конце Венец иследования - выявление корреляции между Сэфф. гранитных щебней и общим содержанием минералов альбита и микроклина. Работа на десит... С уважением Геворг Саркисович.

Хоботова Элина

Спасибо за высокую оценку результатов нашей работы. С уважением проф. Хоботова Э.Б.
Комментарии: 11

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Уважаемые авторы, по поводу материалов представленных исследований полностью согласен с мнениями предыдущих экспертов. Работа очень объемная и привлекает внимание с своей актуальностью. Представленные расчетные материалы с успехом могут быть использованы другими исследователями для разработки нормативно технических материалов для использования не рудных материалов с в строительстве. Работу оцениваю оценкой в 10 балов. Желаю Вам творческих успехов. С уважением Накибулло Бабаев

Симонян Геворг Саркисович

Вот и подходит к концу конференция "Исследования природы вещества и физического поля в поисках путей разрешения фундаментальных проблем научной гносеологии". посвященный наукам о земле и космосе, физико-математическим и химическим наукам. Известно, что гносеология — (от греч. gnosis — знание и logos — учение) -раздел философии, в котором изучаются проблемы природы и возможностей познания, отношения знания к реальности, исследуются всеобщие предпосылки познания, выявляются условия его достоверности и истинности. Основная гносеологическая схема анализа познания включает субъект (исследователя), наделенного сознанием и волей, и противостоящий ему объект природы, связанный с ним только познавательным отношением. Большинство работ конференции тронули философский аспект проблемы. Так что в этом плане конференция соответствовала своему названию. Поздравляю Вас с наступающим днем Победы. С уважением -Геворг Саркисович.

Виктория Владимировна Смирнякова

Уважаемая Элина Борисовна! Ваша работа имеет практическую значимость для определения радиоактивности горных пород и использования их в строительстве. Желаем дальнейших творческих успехов!

Черняк Владимир Иванович

Классический вариант высокого уровня исследования и представления его результатов. Творческих успехов Элина Борисовна. С уважением, Черняк Владимир

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемая Элина Борисовна огромное спасибо, за хороший( отличный) отзыв моей ствтьи. Благодарен также за оценку. С уважением Геворг Саркисович.

Евгений Григорьевич Брындин

Уважаемая Элина Борисовна. Ваша работа имеет важное значение для экологической безопасности домостроительства и окружающей среды. Полагаю, что работа найдет выход на градостроительную практику.

Сарсекова Дани

Уважаемые авторы! По представленной работе можно судить об ее объемности и научности. Гранит сам по себе обладает не очень высокой радиоактивностью, он не способен накапливать огромные уровни, но гранит способен накапливать радиацию, точнее к своему естественному фону гранит или гранитный щебень добавляет приобретенный фон, который опасен для здоровья людей при использовании его в строительстве, что говорит о высокой актуальности Ваших исследований. Желаю успехов в Ваших научных изысканиях! С ув.Дани

Хоботова Элина

Спасибо за высокую оценку результатов нашей работы. С уважением проф. Хоботова Э.Б.

Сарсекова Дани

Уважаемые авторы! По представленной работе можно судить об ее объемности и научности. Гранит сам по себе обладает не очень высокой радиоактивностью, он не способен накапливать огромные уровни, но гранит способен накапливать радиацию, точнее к своему естественному фону гранит или гранитный щебень добавляет приобретенный фон, который опасен для здоровья людей при использовании его в строительстве, что говорит о высокой актуальности Ваших исследований. Желаю успехов в Ваших научных изысканиях! С ув.Дани

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемая Элина Борисовна поздравляю, объемая, отличнаяяя экспериментальная работа. В первой части работы Вы гамма-спектрометрическим методом определи активности радионуклидов 226Ra, 232Th и 40K в свише двадцати образцов гранитных щебней карьеров Украины. Показано, что расчетные величины эквивалентной активностиRa, индекса внешней опасности, гамма-индекса и альфа-индекса соответствуют средним значениям радиационной безопасности. Особенно импонирует часть работы - минеральная природа щебней. И в конце Венец иследования - выявление корреляции между Сэфф. гранитных щебней и общим содержанием минералов альбита и микроклина. Работа на десит... С уважением Геворг Саркисович.

Хоботова Элина

Спасибо за высокую оценку результатов нашей работы. С уважением проф. Хоботова Э.Б.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.