способ предотвращения загрязнения среды токсичными и радиоактивными металлами

Формула изобретения

Способ предотвращении загрязнения среды токсичными и радиоактивными металлами, включающий формирование техногенных геохимических барьеров на пути миграционных потоков металлоносных вод, содержащих как устойчивые комплексы токсичных и радиоактивных металлов, так и их восстановителя, отличающийся тем, что перед геохимическим барьером формируют барьерный слой из пород, способствующих развитию взаимодействия металлов и их восстановителей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при обеззараживании радиоактивно загрязненных территорий и складировании металлосодержащих пород.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является известный способ локализации техногенной меди, включающий формирование геохимического барьера на пути миграции металлов с помощью кальция и песка [1]

Недостатком данного способа является низкая эффективность осаждения мигрирующих в форме устойчивых комплексов металлов на техногенных барьерах вследствие не использования имеющихся в металлоносном растворе осадителей.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении эффективности осаждения на техногенных барьерах токсичных, тяжелых и радиоактивных металлов путем разрушения их устойчивых комплексов за счет использования имеющихся в металлоносных водах восстановителей.

Данный результат достигается тем, что при осуществлении способа, включающего формирование техногенных физико-химических барьеров на пути миграционных потоков металлоносных вод, содержащих как устойчивые комплексы токсичных и радиоактивных металлов, так и их восстановители, дополнительно формируют буферный (не барьерный) слой из пород, способствующих смене окислительно-восстановительного режима вод.

Так, сопоставление значений Eh со стандартными потенциалами восстановления уранил-иона U⁴⁺ в кислой и щелочной средах показывает существенное понижение Eh, необходимое для протекания реакций в комплексных карбонатных соединениях. Следовательно, образование комплексов уранила влечет за собой весьма важные геохимические последствия, поскольку не только резко увеличивает растворимость соединений U⁶⁺, но и значительно понижает окислительно-восстановительный потенциал системы U₆₊/U₄₊. Пониженный потенциал наблюдается как при высокой, так (что в данной заявке очень важно) при низкой температуре соответствующей зоны гипергенеза. В карбонатных растворах, где ионы уранила надежно экранированы от действия восстановителей прочно связанными лигандами, U⁶⁺ может находиться в растворе в равновесии даже с ионами сульфидной серы, не переходя в U⁴⁺. В геохимическом отношении это означает, что уранил-ион и его будущие восстановители могут мигрировать в едином карбонатном ураноносном растворе. Осаждение U⁴⁺ (в виде настурана и др. минеральных образований) может происходить не только в результате взаимодействия с породами сформированного на пути миграционного потока геохимического барьера, но и при нарушениях окислительно-восстановительных равновесий в самих растворах, возникающих вследствие, например, изменения карбонатного режима при прохождении буферного слоя пород.

Кроме дисульфидной серы S^2- (служащей важнейшим восстановителем урана при всех значениях рН) одновременно с ураном (и не влияя на устойчивые его комплексы) могут мигрировать такие его восстановители, как ионы C^4-, Se^2-, As^-.

На чертеже представлен вариант схемы предотвращения загрязнения окружающей среды токсичными и радиоактивными металлами, где цифрами обозначены: 1 геохимический барьер, 2 буферный слой, 3 миграционный поток радионуклидов и др. токсичных металлов, 4 массив пород, 5 экран.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально определяют местоположение и направление потока 3 миграции тяжелых, токсичных или радиоактивных металлов в форме устойчивых комплексов в массиве пород 4. Затем на его пути сооружают буферный слой 2 и геохимический барьер 2.

При прохождении металлоносного потока 3 (в составе которого присутствуют восстановители металлов) буферного слоя 2 происходит изменение режима вод, что обеспечивает, в свою очередь, взаимодействие мигрирующих в одном потоке металлов и их восстановителей. В результате чего на геохимическом барьере 1 будет происходить энергичное осаждение мигрирующих металлов как под действием мигрирующих совместно с металлами восстановителей, так и самого барьера.

При осуществлении заявленного способа необходимо учитывать, что его эффективность в соответствии с учением о геохимических ландшафтах в значительной степени зависит от климата (природно-географических зон) и внутренних факторов миграции элементов.

Примером конкретного выполнения предложенного способа служит предотвращение загрязнения подземных вод ураном, мигрирующим из массива отвалов, образуемых при отработке открытым способом уранового месторождения.

Первоначально производят исследования местонахождения и направления миграции загрязненных карбонатных ураноносных вод. Затем на пути миграционного потока 3 укладывают последовательно буферный слой 2 из кислых пород (преимущественно сульфидов) и барьер 1 из гранулированных мелкодисперсных глин.

При прохождении ураноносных вод буферного слоя 2 происходит изменение режима вод и, как следствие, восстановление уранил-иона мигрирующими в составе вод восстановителями. Из-за инерционности системы уран не осадится в слое 2, а сконцентрируется на сорбционном геохимическом барьере.

При практическом применении предложенного способа следует подчеркнуть значение использования местных, часто залегающих рядом с уранорудными месторождениями, материалов, что значительно повысит экономическую эффективность.

Положительный эффект предложенного технического решения заключается в повышении эффективности охраны окружающей среды путем более полного и интенсивного осаждения токсичных и радиоактивных металлов на геохимическом барьере.

Изобретение может быть использовано при рекультивации земель в зоне радиоактивного загрязнения техногенными радионуклидами.