Уханёва М. И., асп., Соколова-Роша Е.Н., студ.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

исследование радионуклидного состава гранулированного доменного шлака

На предприятиях чёрной металлургии образуется более 20 млн. т шлаков в год, что соответствует активности – 3,0∙10¹² Бк. Основным потребителем доменных шлаков является стройиндустрия. Чаще всего в производстве строительных материалов используются гранулированные шлаки в качестве добавки к сырью при производстве портландцемента вместо глины или как активные добавки к портландцементному клинкеру. Использование доменных шлаков в качестве вяжущего компонента и наполнителя в стройматериалах различного состава ставит перед исследователями проблему изучения их радиоактивных свойств, так как бесконтрольное использование отходов производства может привести к увеличению доз облучения людей.

Целью работы являлось исследование радиационных свойств гранулированного доменного шлака ОАО "АрселорМиттал Кривой Рог".

С целью установления распределения естественных радионуклидов (ЕР) по размерам шлаковых частиц было проведено рассеивание представительской пробы шлака на гранулометрические фракции с помощью набора сит. Выделены следующие фракции, мм: > 10, 5-10, 2,5-5, 1,25-2,5, 0,63-1,25, < 0,63.

Гамма-спектрометрический анализ выполнен с помощью сцинтилляционного гамма-спектрометра СЕГ-001 "АКП-С". При этом исследуемая проба помещалась в сосуд Маринелли объёмом 1 л. Время измерения активности пробы в среднем составляло 2 часа. Предел допускаемой основной погрешности измерения активности не более 25 %. Для обработки результатов измерений использовалось программное обеспечение Akwin.

Результаты гамма-спектрометрического анализа фракций гранулированного доменного шлака приведены в табл. 1. Доменный шлак имеет в своем составе двух представителей радиоактивных семейств ²²⁶Ra и ²³²Th, а также ⁴⁰К, не относящийся к радиоактивным рядам.

Таблица 1 – Результаты гамма-спектрометрического анализа фракций гранулированного доменного шлака

Фракция, мм	Сэфф., Бк/кг	Сі, Бк/кг (вклад, %)
		^40К	^226Ra	^232Th
Средняя проба	127 ± 14,7	116 (51,4)	85,1 (37,7)	24,5 (10,9)
> 10	117 ± 16,8	209 (69,5)	67,1 (22,4)	24,3 (8,1)
5-10	119 ± 17,6	244 (72,9)	65,4 (19,6)	25,1 (7,5)
2,5-5	131 ± 18,0	269 (72,8)	74,6 (20,2)	25,7 (7,0)
1,25-2,5	153 ± 19,4	369 (76,5)	87,7 (18,2)	25,5 (5,3)
0,63-1,25	157 ± 19,4	368 (75,9)	88,6 (18,3)	28,3 (5,8)
< 0,63	161 ± 19,4	391 (76,7)	90,6 (17,8)	28,3 (5,6)

Критерием радиационной оценки шлаков являлась эффективная удельная активность ЕР (С_эфф.), рассчитанная по формуле (1):

С_эфф. = С_Ra + 1,31∙C_Th + 0,085∙C_K. (1)

Согласно величине эффективной удельной активности (С_эфф.) гранулированный доменный шлак, как и его отдельные фракции, относится к I классу радиационной опасности (С_эфф. ≤ 370 Бк/кг). Подобные материалы могут использоваться в строительстве без ограничения. Установлено, что радиоактивность исследованного шлака соответствует средней величине удельной активности доменных шлаков в странах СНГ (153 Бк/кг) и укладывается в диапазон её вариации (30-303 Бк/кг). Эффективная удельная активность доменных шлаков по Украине в среднем составляет 149,4 Бк/кг.

Однако не все фракции имеют одинаковую эффективную удельную активность (рис. 1). Радиоактивность возрастает при увеличении степени дисперсности шлаковых частиц. Превышение удельной активности представительской пробы выражено для частиц размером меньше 2,5 мм. Наиболее радиационно чистыми являются самые крупные частицы, а частицы высокой степени дисперсности характеризуются более высокой удельной активностью.

Рисунок 1 – Изменение С_эфф. доменного шлака по размерам частиц

Радионуклидный состав фракций отличается друг от друга, особенно существенно по изотопу ⁴⁰К (рис. 2). Так, превышение C_K-40 для фракции < 0,63 мм по сравнению с фракцией > 10 мм составляет 87 %. Варьирование удельной активности ²²⁶Ra составляет 35 %, а ²³²Th не столь существенно и составляет 16,5 %. Таким образом, с учётом коэффициентов в формуле (1) основное изменение С_эфф. для отдельных фракций обусловлено изменением величины удельной активности нуклида ²²⁶Ra и частично ⁴⁰К.

Рисунок 2 – Распределение радионуклидов по фракциям шлака

Таким образом, с целью использования доменных шлаков в строительных материалах необходимо предварительное изучение их однородности по радиационному признаку.