Защитный экран, формируемый при рекультивации земель, и способ его формирования

Изобретение относится к области создания сорбционных защитных экранов, которые могут быть использованы при рекультивации земель, содержащих техногенные отходы и природные образования с повышенным радиационным фоном. Защитный экран, формируемый при рекультивации загрязненных земель с повышенным радиационным фоном, выполнен двухслойным. Нижний экранирующий слой состоит из уплотненного нейтрализованного фосфогипса - отхода производства экстракционной фосфорной кислоты, содержащего сульфат кальция, соединения фосфора, примеси оксидов редкоземельных элементов. Верхний экранирующий слой состоит из смеси упомянутого нейтрализованного фосфогипса и природного дисперсного осадочного грунта при их массовом соотношении, равном (0,6÷1,1):(8÷9,5) соответственно. Техническим результатом является обеспечение эффективной защиты среды от радионуклидов при упрощении технологии формирования защитного экрана. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области создания сорбционных защитных экранов, которые могут быть использованы при рекультивации земель, содержащих техногенные отходы, и природных образований с повышенным радиационным фоном.

В результате деятельности предприятий, осуществляющих добычу и переработку урановых руд, редкоземельных элементов с ториевой минерализацией образуется огромное количество радиоактивных отходов, размещенных на поверхности земли в отвалах и хвостохранилищах.

Отвалы и хвостохранилища становятся источниками радиоактивного и химического загрязнения окружающей среды. Происходит загрязнение поверхностных и подземных вод, за счет вымывания токсичных и радиоактивных элементов из отвалов атмосферными осадками и поверхностными водотоками, а также атмосферы, за счет выделения радона, который переносится на расстояния свыше 4-5 км, или радиоактивной пыли, образующейся в результате выветривания и эрозии поверхностного слоя загрязненной территории.

Подобные загрязненные земли требуют рекультивации и создания защитных экранов, обладающих высокими сорбционными свойствами.

Известен способ рекультивации территорий, содержащих радиоактивно загрязненные почвы, включающий снятие и захоронение радиоактивных почв и укладку на их месте потенциально-плодородных пород и почв (Авдеев O.K. и др. Экологические проблемы добычи радиоактивных руд. М., 1988, с. 52).

Основными недостатками данного способа являются необходимость снятия и захоронения радиоактивно загрязненного слоя, что обусловливает его низкую эффективность. Из-за радиоактивной загрязненности территорий уранодобывающих предприятий и прилегающих к ним земель выбор направлений их рекультивации ограничен.

Известен способ создания экрана при рекультивации уранового хвостохранилища путем формирования на рекультивируемой поверхности экранирующего слоя защитного вещества толщиной не менее одного метра (RU 2057936, 1996).

Недостатки данного способа являются сложность технологии, кроме того имеет место ветровой разнос и эсхаляция радона в окружающую среду.

Известен способ рекультивации нарушенных земель, согласно которому раздельно вынимают плодородный слой грунта и глинистый грунт. В полученную траншею укладывают с уплотнением слой фосфогипса, на который насыпают песок, глину и плодородный слой грунта до уровня поверхности (SU 1376965, 1088). Подобные способы описаны также в SU 1605957 и SU 1605958, 1990.

Однако указанные способы предназначены для замедления или предупреждения глубинных процессов карстообразования, они не обеспечивают эффективной защиты окружающей среды от радиационного загрязнения.

Известен способ рекультивации почв, загрязненных радионуклидами, согласно которому бурят в почве скважины, возбуждают в них мощные вибрационные колебания в диапазоне 60 -1500 Гц в совокупности с нагнетанием в почву и грунт разупрочняющих растворов. Затем переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний почвы и грунта, и нагнетают в них раствор цеолита с добавкой 5 - 10% вяжущего. Создают до водоносного слоя защитный экран, состоящий из трех слоев цеолита, которые поглощают радионуклиды и предотвращают утечку радиоактивных флюидов в реки, озера и грунтовые воды. Слой цеолита создают на уровнях 1,5 - 2,0 м над водоносным слоем, 2 - 2,5 м от поверхности уровня почвы и на уровне зараженного поверхностного слоя почвы (RU 2028016, 1995).

Известный способ обеспечивает эффективную защиту от радионуклидов, однако является достаточно сложным.

Известен способ рекультивации земель, который включает создание экранирующего слоя. В качестве экранирующего материала используют отходы химической промышленности - нейтрализованный фосфогипс, который сушат до влажности 25-30% в течение 2,5-3 месяцев и разравнивают с уклоном осушенной поверхности не более 1,5 градусов. Затем наносят слоями одинаковой толщины 0,3-0,4 м потенциально плодородный грунт, например глинистый и сухой фосфогипс-мелиорант, перемешивают культиватором, разравнивают и уплотняют до 1,35-1,40 т/м. Далее наносят слои плодородной почвы и фосфогипса при соотношении толщины слоев 4:1, перемешивают культиватором, разравнивают, уплотняют. Проводят дискование и боронование поверхности. Изготавливают лунки для посадки деревьев, в которые вносят смесь фосфогипса, почвы и навоза в соотношении, обеспечивающем требуемую рН смеси (RU 2426291, 2011).

Данный способ позволяет утилизировать отходы производства фосфорных удобрений и обеспечивает создание лесопарковой зоны на загрязненной территории. Однако способ не обеспечивает эффективной защиты окружающей среды от загрязнений радионуклидами.

Известный способ обеспечивает эффективную защиту от радионуклидов, однако является достаточно сложным.

Задачей настоящего изобретения разработка защитного экрана, формируемого при рекультивации загрязненных земель с повышенным радиационным фоном, который позволяет обеспечить эффективную защиту среды от радионуклидов и упрощение технологии формирования защитного экрана.

Поставленная задача решается предлагаемым защитным экраном, формируемым при рекультивации загрязненных земель с повышенным радиационным фоном, который выполнен двухслойным, при этом нижний экранирующий слой состоит из уплотненного нейтрализованного фосфогипса - отхода производства экстракционной фосфорной кислоты, содержащего сульфат кальция - 12÷20 мас. % (в пересчете на серу), соединения фосфора - 1,5±0,5 мас. % (в пересчете на Р₂О₅), оксиды редкоземельных элементов - 1,0÷2,0 мас. %, имеющего влажность не более 40 мас. %, а верхний экранирующий слой состоит из смеси упомянутого нейтрализованного фосфогипса и природного дисперсного осадочного грунта при их массовом соотношении, равном (0,6÷1,1):(8÷9,5), соответственно.

Предпочтительно, дисперсный осадочный грунт представлен суглинком или мергелистой глиной, при этом он может дополнительно содержать песок, гравий, гальку.

Согласно изобретению, толщина нижнего экранирующего слоя предпочтительно составляет не менее 1,2 метра, а толщина верхнего экранирующего слоя составляет 1,5-4 метра.

Поставленная задача решается также предлагаемым способом создания защитного экрана, охарактеризованного выше, который включает разметку контура карьера загрязненного участка, подлежащего рекультивации, формирование углубления по центру карьера, послойную выемку грунта из карьера в направлении от центра карьера к периферии, формирование в карьере двухслойного защитного экрана, при этом вначале формируют нижний слой, содержащий уплотненный нейтрализованный фосфогипс, затем формируют верхний слой, содержащий смесь упомянутого фосфогипса и природного дисперсного осадочного грунта

Согласно способу, в качестве природного дисперсного осадочного грунта преимущественно используют грунт первой выемки.

Фосфогипс, который используют для осуществления изобретения, является отходом производства экстракционной фосфорной кислоты, технология производства которой предусматривает следующее.

Фосфогипсовую суспензию, полученную в экстракторах в процессе химического взаимодействия апатитового концентрата и серной кислоты, фильтруют на карусельных вакуум-фильтрах, где отделяется экстракционная кислота. Осадок фосфогипса после тщательной промывки водой от фосфорной кислоты, смывают оборотной дамбовой водой в реактор-нейтрализатор. В реакторе-нейтрализаторе фосфогипсовая пульпа при перемешивании мешалкой нейтрализуется от остаточной кислотности известковым раствором (10% р-р Са(ОН)₂) до рН 5,5-8,0 и откачивается в карту для намыва нейтрализованного фосфогипса, который далее подвергают обезвоживанию и уплотнению до нормируемых показателей по влажности.

Сущность изобретения поясняется примерами создания защитных экранов, использованных при рекультивации урановых хвостохранилищ.

Пример 1.

Процесс рекультивации урановых хвостохранилищ включает нанесение разметки контура карьера вначале на картах местности, а потом непосредственно на территории. Предварительные расчеты определяют количество слоев грунта, которые предстоит рекультивировать. Глубина каждого слоя соответствует расстоянию заглубления рабочих органов агрегата для выемки грунта. Затем по центру карьера формируют углубление на глубину первого слоя, устанавливают агрегат непрерывного действия по выемке грунта перед углублением и опускают в углубление его рабочий орган по откосу углубления. Разработку грунта ведут от углубления к периферии карьера. После полной выемки грунта из первого слоя формируют двуслойное покрытие (защитный экран). Вначале формируют первый (нижний) слой толщиной 1,2 метра из уплотненного нейтрализованного фосфогипса, содержащего сульфат кальция - 12 мас. % (в пересчете на серу), соединения фосфора - 1,0 мас. % (в пересчете на Р₂О₅), оксиды редкоземельных элементов - 2,0 мас. %, и имеющего влажность 40 мас. %. Затем укладывают второй (верхний) слой толщиной 4,0 метра, состоящий из смеси уплотненного нейтрализованного фосфогипса указанного состава и грунта на основе мергелистой глины, взятых в массовом соотношении 0,6 к 8.

При получении смеси для второго (верхнего) слоя защитного экрана в качестве грунта использовали грунт первой выемки, который представляет собой мергелистую глину с содержанием гравия и гальки порядка 10 мас. %.

Пример 2.

Способ осуществляют также как в примере 1. После полной выемки грунта из первого слоя формируют двуслойный защитный экран. Формируют первый (нижний) слой из уплотненного нейтрализованного фосфогипса толщиной 1,5 метра, который содержит содержащего сульфат кальция - 20 мас. % (в пересчете на серу), соединения фосфора -2,0 мас. % (в пересчете на Р₂О₅), оксиды редкоземельных элементов - 1,0 мас. %, имеющего влажность 40 мас. %. Далее укладывают второй (верхний) экранирующий слой толщиной 1,5 метра, состоящий из смеси указанного нейтрализованного фосфогипса и грунтов на основе суглинка, взятых в массовом соотношении 1,1 к 9,4.

При получении смеси для второго (верхнего) слоя, описанного выше, в качестве грунта использовали грунт первой выемки, который представлял собой мелкопесчаный суглинок.

Согласно примерам 1 и 2, на участке, имеющем повышенный радиационный фон, который подвергают рекультивации, сформирован двухслойный защитный экран.

Эффективность защитного экрана, полученного согласно примерам 1 и 2, является достаточно высокой, что подтверждается следующими конкретными показателями (таблица 1)

Примечание (*): традиционный способ захоронения хвостов - нейтрализации известью до рН=7,5 - 8,0 после извлечения урана с дальнейшим захоронением нейтрализованной пульпы в хвостохранилище.

Искусственная насыпь, образующаяся в результате складирования рекультивируемых земель, представляет собой геометрическое тело в виде неправильной усеченной пирамиды. Возможная высота отвального уступа зависит в основном от физико-механических свойств складируемых пород и пород, лежащих в основании отвала, а также от средств механизации отвальных работ.

Угол откоса отвальных уступов обычно равен углу естественного откоса пород, размещаемых в отвале. Он также подбирается в зависимости от физико-механических свойств пород, их степени разрыхления и влажности.

В зависимости от места расположения отвала по отношению к конечному контуру карьера различают внутренние отвалы, располагаемые в выработанном пространстве, и внешние отвалы, располагаемые за конечным контуром карьера. Использование внутренних отвалов позволяет сократить расстояние перемещения вскрыши и не отчуждать дополнительные площади под отвалы, сокращая тем самым объемы рекультивации земель.

В случае разработки горизонтальных или пологих урановых хвостохранилищ, имеющих значительную мощность (40-50 и более м), одновременно создают как внутренние, так и внешние отвалы. Вскрышу нижних уступов складируют на внутренних отвалах, а вскрышу верхних -на внешних.

Компоненты, используемые в процессе рекультивации, способствуют консервации отходов и препятствуют движению по поверхности отвала грунтовых и дождевых вод.

Как видно из представленных примеров, изобретение характеризуется простотой, обеспечивает эффективную защиту окружающего пространства от радионуклидов за счет заявленного защитного экрана. Кроме того, изобретение обеспечивает утилизацию отхода химической промышленности (фосфогипса).

1. Защитный экран, формируемый при рекультивации загрязненных земель с повышенным радиационным фоном, характеризующийся тем, что экран выполнен двухслойным, при этом нижний экранирующий слой толщиной не менее 1,2 метра состоит из уплотненного нейтрализованного фосфогипса, являющегося отходом производства экстракционной фосфорной кислоты, содержащего сульфат кальция - 12÷20 мас.% (в пересчете на серу), соединения фосфора - 1,5±0,5 мас.% (в пересчете на Р₂О₅), оксиды редкоземельных элементов - 1,0÷2,0 мас.%, имеющего влажность не более 40 мас.%, а верхний экранирующий слой толщиной 1,5-4,0 метра состоит из смеси упомянутого нейтрализованного фосфогипса и природного дисперсного осадочного грунта при массовом соотношении (0,6÷1,1):(8÷9,5) соответственно.

2. Защитный экран по п. 1, отличающийся тем, что дисперсный осадочный грунт представлен суглинком или мергелистой глиной.

3. Защитный экран по п. 2, отличающийся тем, что дисперсный осадочный грунт дополнительно содержит песок, гравий, гальку.

4. Способ создания защитного экрана, охарактеризованного в п. 1, включающий разметку контура карьера загрязненного участка, подлежащего рекультивации, формирование углубления по центру карьера, послойную выемку грунта из карьера в направлении от центра карьера к периферии, формирование в карьере двухслойного защитного экрана, при этом вначале формируют нижний слой, содержащий уплотненный нейтрализованный фосфогипс, затем формируют верхний слой, содержащий смесь упомянутого фосфогипса и природного дисперсного осадочного грунта

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве природного дисперсного осадочного грунта используют грунт первой выемки.