Радиоактивность горных пород и руд

Радиоактивность горных пород и руд тем выше, чем больше концентрация в них естественных радиоактивных элементов семейств урана, тория, а также калия-40. По радиоактивности (радиологическим свойствам) породообразую­щие минералы подраз­деляют на четыре группы.

Наибольшей радиоактивностью отличаются минералы урана (первич­ные - уранит, настуран, вторичные — карбонаты, фосфаты, сульфаты ура­нила и др.), тория (торианит, торит, монацит и др.), а также находящиеся в рассеян­ном состоянии элементы семейства урана, тория и др. Высокой радиоактив­ностью характеризуются широко распространенные минералы, содержащие калий-40 (полевые шпаты, калийные соли).

Средней радиоактивностью отличаются такие минералы, как магнетит, лимонит, сульфиды и др.

Низкой радиоактивностью обладают кварц, кальцит, гипс, каменная соль и др.

В этой классификации радиоактивность соседних групп возрастает примерно на порядок.

Радиоактивность горных пород определяется, прежде всего, радиоак­ти­в­­но­стью породообразующих минералов. В зависимости от качественного и количественного со­става минералов, условий образования, возраста и сте­пе­ни метаморфизма их радиоак­тивность изменяется в очень широких преде­лах.

Радиоактивность пород и руд по экви­валентному процентному содер­жанию урана принято подразделять на следующие группы:

а) породы практически нерадиоактивные (содержание урана менее 10^-6 %);

б) породы средней радио­активности (содержание урана от 10^-5 % до 10^-3 %);

в) высокорадиоактивные породы и убогие руды (содержание урана от 10^-3% до 10^-2 %);

г) бедные радиоактивные руды (содержание урана от 10^-2 % до 10^-1%);

д) рядовые и богатые радиоактивные руды (содержание урана свыше 10^-1%).

К практически не радиоактивным относятся такие осадочные породы, как ангид­рит, гипс, каменная соль, известняк, доломит, кварцевый песок и др., а также ультраос­новные, основные и средние породы. Средней радиоак­тив­ностью обладают кислые из­верженные породы, а из осадочных – песча­ник, глина и особенно тонкодисперсный морской ил, обладающий способ­ностью адсорбировать радиоактивные элементы, растворенные в воде.

Рассмотрим некоторые геохимические особенности урана, определяю­щие его поведение в процессах седиментации. Химические свойства урана, высокая растворимость его соединений позволяет говорить о том, что уран поступает в бассейн седиментации в виде водных растворов. Основными формами нахождения урана могут быть как катионы и анионы, так и электро­нейтральные соединения. Преобладание той или иной формы зависит от гид­ро­химической характеристики вод, количества и характера твердой взвеси. Основным регулятором, определяющим распределение урана между гидро­сферой и толщей отлагающихся илов, являются сорбционные процес­сы. Максимальной способностью к извлечению урана из водных растворов и прочному удержанию его обладают (по нисходящей): органическое вещес­тво, фосфорит, глинистые минералы, гидроокислы железа и алюминия.

В отличие от урана, торий и его соединения практически не растворя­ют­ся в воде. Торий поступает в бассейн осадконакопления двумя способами:

1. в виде обломочных минералов, определяющих накопление тория в пес­ча­никах, алевролитах;

2. в сорбированной форме, но не в виде водных растворов, как уран, а с кол­лои­дами, сорбированными глинистыми минералами.

Различие форм миграции и седиментогенеза урана и тория в зоне ги­пер­­генеза приводит к тому, что отношение содержаний урана и тория (U/Th) может, в определенных случаях, служить для выяснения условий образова­ния осадочных пород. Применение калия-40 для решения подобных задач определяется возможностью использования глинистых минералов, так как калий-40 входит в кристаллическую решетку глинистых минералов, и расп­ре­де­ление калия-40 подчиняется процессам формирования минералогичес­ких типов или ассоциаций глинистых минералов.

Радиоактивные руды (от убогих до богатых) встречаются на урано­вых или ураноториевых месторождениях эндогенного и экзогенного происхо­ждения. Их радиоактивность изменяется в широких пределах и зависит от содержания урана, тория, радия и других элементов.

С радиоактивностью горных пород тесно связана радиоактивность природных вод и газов. В целом в гидросфере и атмосфере содержание радиоактивных элементов ни­чтожно мало. Подземные воды могут иметь разную радиоактивность. Особенно велика она у подземных вод радиоактив­ных месторождений и вод сульфидно-бариевого и хлоридно-кальциевого типов. Радиоактивность почвенного воздуха зависит от количе­ства эманации таких радиоактивных газов, как радон, торон.