Радионуклиды в строительных материалах

В условиях нестандартного поступления радионуклидов величины ПГП и ДОА устанавливаются методическими указаниями федерального органа госсанэпиднадзора.

При этом, следует соблюдать осторожность при выборе новой строительной продукции, так как специальных требований к этим материалам еще нет. Например, сегодня не предъявлены требования к многочисленным вариантам сухих смесей для штукатурных и других подготовительных работ под окончательную отделку фасадных поверхностей и поверхностей внутри помещений, несмотря на то, что для их изготовления практически всегда применяют песок (в документации на продукт нет характеристик радиоактивности материала).

 

 

Меры по снижению содержания естественных радиоактивных элементов в строительных материалах

При производстве строительных материалов и изделий содержание естественных радионуклидов в зависимости от состава  сырья и особенностей  технологических процессов может оставаться без изменений, возрастать или снижаться. Без применения дополнительных методов уменьшения содержания естественных радионуклидов их концентрация в материалах, как правило, не снижается.

При дроблении каменных пород и техногенного сырья, происходит обогащение, как естественными радионуклидами (ЕРН),  так и Cs-137  наиболее мелких фракций обрабатываемых материалов (таблица 8). В связи с этим рекомендуется удалять мелкие отсевы дробления и пыль - уноса вращающихся печей и сушилок из сырьевых смесей, что позволяет снизить содержание естественных радионуклидов в готовом продукте на  15-40% и Cs-137 на 50-60%.

Таблица 8 - Влияние фракционного состава на эффективную удельную активность сырьевых компонентов

Наименование материала	Фракция, мм	137Сs, Бк/кг	Активность, Бк/кг			Эффективная удельная активность ЕРН, Бк/кг
			226Ra	232Th	40K
Глауконитовый песок	0,315	9,4	78,2	9,4	227,9	109,9
То же	0,16	13,3	174,2	10,8	277,2	212,0
То же	<0,16	16,8	210,3	11,4	324,6	252,8
Зола-уноса	0,16	14,6	155,2	128,4	279,6	347,2
То же	0,071	18,7	188,1	130,8	288,2	384,0
То же	<0,071	26,8	247,0	134,0	294,1	447,5

 

 

Так уменьшение фракции глауконитового песка с 0,315 до < 0,16 мм приводит к увеличению содержания радия-226 с 78,2 до 210,3 Бк/кг, т.е. в 2,7 раза; тория-232 – с 9,4 до 11,4 Бк/кг, т.е. в 1,2 раза; калия –40 – с 227,9 до 324,6 Бк/кг, т.е. в 1,4 раза, эффективной удельной активности ЕРН с 109,9 до 252,8 Бк/кг, т.е. в 2,3 раза, цезия-137 с 9,4 до 16,8 Бк/кг, то есть в 1,8 раза.

Для золы-уноса наблюдается аналогичная зависимость. Уменьшение фракции золы-уноса с 0,16 до <0,071 мм приводит к возрастанию содержания радия-226 с 155,2 до 247,0 Бк/кг, т.е. в 1,6 раза, тория-232 – с 128,4 до 134,0 Бк/кг;  калия – 40 с 279,6 до  294,1 Бк/кг, т.е. 1,1 раза, эффективной удельной активности ЕРН с 347,2 до 447,5 Бк/кг, т.е. в 1,3 раза цезия-137 с 14,6 до 25,8 Бк/кг, то есть в 1,7 раза. При этом зола-уноса из сырьевого компонента, относящегося к I-му классу по радиационной безопасности переходит во II-й класс, запрещающий ее использование для получения строительных материалов для жилых и общественных зданий [2].

Установлено, что естественные радионуклиды могут содержаться в природном и техногенном сырье в различных формах. В ряде случаев происходит изоморфное замещение ионов кремния, алюминия и железа ионами тория и радия. При этом радионуклиды распределяются в объеме частиц заполнителя, поэтому практически не поддаются отмывке водой и растворителями слабых кислот.   

В ряде случаев естественные радионуклиды адсорбируются совместно с соединениями Fe3+, Al3+ и др. на поверхности кварцевых частиц, в трещинах и порах,  либо в составе тонкодисперсной глинистой фракции.

Цезий-137 содержится только в адсорбированном виде вместе с пылью и глинистой составляющей.

В этом случае можно в значительной степени понизить содержание естественных радионуклидов и Cs-137 отмывкой водой либо растворами слабых кислот. При отмывке водой, например, глауконитового песка эффективная удельная активность естественных радионуклидов уменьшается на 30 – 33%, а содержание цезия-137 на  100% (таблица 9).

Промывание заполнителя водой перед подачей в смеситель для приготовления бетона приводит к удалению адсорбированной пыли и тонкодисперсной глинистой фракции, которая, например, для глауконитового песка, в большей степени обогащена торием-232 по сравнению с другими радионуклидами. При этом содержание радия-226 уменьшается с 83,7 до 63,4 Бк/кг, т.е. на 24%; тория-232 с 9,8 до 0 Бк/кг,  т.е. на 100%; калия-40 с 245 до 181 Бк/кг, т.е. на 26% и эффективная удельная активность с 117,4 до 78,8 Бк/кг, т.е. на 33%.

При взаимодействии соляной кислоты с солями радия-226, тория-232 и калия-40 образуются водорастворимые формы хлорида радия-226, тория-232 и калия-40 и происходит их вымывание с поверхности заполнителя. Хлорид радия RaCl2 имеет растворимость 25 г на 100 г воды (при 20ºС),  ТhCl4 – 55,6 г на 100 г воды (при 0ºС), КСl – 34,6 г на 100 г воды (при 20ºС).

Аналогичные явления наблюдаются в золе - уноса. Частицы золы Брянской ГРЭС состоят из кластеров - сцементированных частиц, в которых преобладает тонкодисперсная глинистая фракция. При обработке золы 0,03-0,3% раствором  соляной кислоты в течение 5-10 мин происходит растворение обогащенного радионуклидами поверхностного слоя, что приводит к снижению естественных радионуклидов основной массы золы до 46-51%.

Из золы-уноса наиболее интенсивно происходит удаление радия-226, и калия- 40. Увеличение концентрации соляной кислоты с 0,03 до 0,3% при обработке золы-уноса, как и для глауконитового песка, незначительно уменьшает  содержание радионуклидов: радия-226 с 88,7 Бк/кг до 71,1, тория- 232 с 92,22 до 91,7 Бк/кг, калия-40 с 89,9 до 79,5 Бк/кг. Что вероятно связано с тем, что остальная часть радионуклидов входит в состав кристаллической решетки, то есть находится в объеме материала.

 

 Таблица 9 - Влияние вида обработки сырья на изменение радионуклидного состава

Вид обработки	Удельная активность радионуклида, Бк/кг			Эффективная удельная активность, Аэфф, Бк/кг	Удельная активность 137Сs, Бк/кг
	226Ra	232Th	40K
Глауконитовый песок
Контрольная проба	83,7	9,8	245,0	117,4	14,1
Вода	63,4 (24%)	0 (100%)	181,1 (26%)	78,8 (33%)	0 (100%)
НСl  0,03%	45,8 (45%)	0 (100%)	161,0 (34%)	59,5 (50%)	0 (100%)
НСl  0,3%	39,6 (53%)	0 (100%)	142,8 (42%)	51,7 (56 %)	0 (100%)
Зола-уноса
Контрольная проба	170,8	159,0	258,0	401,0	20,6
НСl  0,03%	88,7 (48%)	92,2 (42%)	89,9 (65%)	217,1 (46%)	0 (100%)
НСl  0,3%	71,1 (58%)	91,7 (42%)	79,5 (69%)	198,0 (51%)	0 (100%)
Щебень гранитный с отсеянной фракцией менее 0,16 мм
Контрольная проба	145,1	92,4	1329,0	379,1	8,4
Вода	134,0 (8%)	88,3  (4%)	1298,0 (2%)	360,3 (5%)	0 (100%)

 

 

Продолжение табл. 9

Щебень гранитный
Контрольная проба	163,6	97,2	1390,0	409,1	7,2
Отсев фракции      менее 0,16 мм	138,4 (22%)	89,8 (7)	1154 (17)	354,1 (13%)	< 3 (58%)

 

Примечание: в скобках приводится процент снижения содержания естественных радионуклидов (по сравнению с контрольной пробой) после  соответствующей обработки.

 

 Промывание раствором соляной кислоты 0,03-0,3% позволяет снизить эффективную удельную активность с 401 до 217,1 Бк/кг, т. е.  перевести золу-уноса из сырьевых компонентов, принадлежащих ко II-му классу по радиационной безопасности в соответствии с НРБ-99  в I-й.

Следовательно, на стадии подготовки сырьевых компонентов в процессе  производства строительных материалов, содержание радионуклидов можно снизить более чем на 50%, а цезия-137 на 100%.

Рекомендуемыми способами снижения содержания естественных радионуклидов и цезия-137 в сырьевых компонентах являются: промывка водой, слабыми растворами соляной кислоты, отсев и удаление мелких фракций, пылеватых и глинистых частиц, которые позволяют уменьшить их концентрацию  на 50-100% (таблица 10).

 

 Таблица 10 - Рекомендуемые способы снижения содержания естественных радионуклидов в сырье

Природное или техногенное сырье	Характер распределения ЕРН	Рекомендуемый способ снижения содержания ЕРН	Эффективность применения рекомендуемого способа
Гранитный щебень	В объеме частиц щебня и частично на поверхности в глинистой составляющей	Промывка водой	До 20%
		Отсев и удаление фракции менее 5 мм	До  20%

 

 

 

Продолжение табл. 10

Песок кварцевый	В объеме и адсорбированном виде на поверхности, в глинистой составляющей, в трещинах, в  виде примесей	Промывка водой	30% и более
		Промывка раствором соляной кислоты 0,03% концентрации	Более 50%
		Отсев и удаление фракции менее 0,16 мм	До  20%
Песок глауконитовый	В объеме частиц кварцевых и полевошпатных зерен, в адсорбированном виде в трещинах и пр.	Промывка водой	30% и более
		Промывка раствором соляной кислоты 0,03% концентрации	Более 50%
		Отсев и удаление фракции менее 0,16 мм	До 20%
Зола-уноса	В объеме  оплавленных частиц золы и на поверхности в адсорбированном виде	Промывка раствором соляной кислоты 0,03% концентрации	Более 50%
		Отсев и удаление фракции менее 0,071 мм	До  50%

 

В зданиях с концентрацией радона, превышающей ПДК, проводятся дополнительные детализационные работы, имеющие целью подтверждение и уточнение измеренных значений концентрации радона, определение ДПР в различных частях здания, источников поступления радона, при этом выделяются радоноопасные здания, связанные со стройматериалами. После выяснения источников поступления радона принимаются меры к их ликвидации. При почвенном радоне это изолирование подвальных помещений от почвы (бетонирование полов), при эксхаляции радона из строительных конструкций это покрытие их герметизирующим составом.

 

 

 

Заключение

Большинство строительных материалов природного происхождения содержат природные радионуклиды, которые в той или иной степени, в зависимости от места происхождения, способа производства, накапливаются в готовых конструкциях и влияют на здоровье людей.

В настоящее время с целью снижения и нормирования вредного чрезмерного действия радиации на человека введены стандарты и правила: ГОСТ 30108-94 и НРБ-99, которые ограничивают использование в строительстве материалов с повышенной эманацией радиоактивного излучения. Существуют также действенные методы снижения естественных радионуклидов в строительных материалах, требующие широкого и повсеместного внедрения в практику.

В связи с исследованиями, показывающими насколько опасны естественные радионуклиды для жизни и здоровья человека, необходим строгий контроль за соблюдением требований действующего законодательства. В существующих же постройках с повышенным содержанием вредного газа радона следует принимать меры по уменьшению его выделения в жилые помещения. Следует отметить, что исследования в области воздействия естественных радионуклидов из земной коры на человека всё еще продолжаются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. ГОСТ 30108-94* «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов»
2. Нормы радиационной безопасности. НРБ – 99. -М.: Из-во Минздрава России, 1999. – 115 с.
3. Новиков Г.Ф. Радиометрическая разведка. Л.: Недра, 1989. 404 с.
4. Лукутцова Н.П. Получение экологически безопасных строительных материалов из природного и техногенного сырья. Автореф. дис. докт. техн. наук. -Белгород, 2005.- 40 с.
5. Лукутцова Н.П. Строительные материалы в экологическом аспекте. - Брянск: БГИТА, 2001
6. Уткин В.И. Газовое дыхание Земли // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 1. С. 57-64.
7. Юркова И.А. Особенности изменения концентрации радона в воздухе в зависимости от типа вентиляции // Тр. конф. «Радиационная безопасность Урала и Сибири». Екатеринбург: ЕС НИО, 1997. С. 62-63.