При исследовании таких сложных объектов как ТМ ядернофизические методы обладают целым рядом достоинств по сравнению с традиционными методами анализа вещества:
1. Возможность анализа техногенных отложений в естественном залегании, т.е. без отбора проб, а также в полевых условиях с помощью передвижных полевых лабораторий.
2. Высокая экспрессность анализа, длительность которого обычно составляет не более нескольких десятков секунд и редко превышает 10-15 мин, что обеспечивает, с одной стороны, высокую производительность, достигающую десятков и даже сотен тысяч элементоопределений в год, а с другой стороны, решение принципиально новых задач, недоступных традиционным методам анализа. Например, это достоинство в сочетании с первым позволяет осуществить сортировку руд по качеству в транспортных емкостях, корректировку технологического процесса обогащения при анализе пульпы в потоке и т.д.
3. Высокая экономическая эффективность.
4. Высокие точность и чувствительность, низкий предел обнаружения, который, например, при НАА достигает для некоторых элементов 10-8-10-10%. Погрешность определений обычно не превышает 10-20% отн. даже при выполнении анализа без отбора проб.
5. Возможность одновременного многокомпонентного анализа и получение результатов в реальном масштабе времени. При РФА число одновременно определяемых элементов обычно не менее трёх-четырёх, например, Ni, Cu, Zn, Pb, Fe, а при НАА может достигать 30-40 и более.
6. Анализ является неразрушающим, материал образца полностью сохраняется после завершения измерений.
7. Низкая трудоёмкость, обусловленная высокой экспрессностью и простотой пробоподготовки или даже полным отсутствием какой-либо подготовки, так как можно анализировать образцы различного размера, формы и вида (штуф, порошок, жидкость, газ) или осуществлять анализ без отбора проб отложений, в естественном их залегании.
8. Анализ выполняется, как правило, в широком диапазоне концентраций от 10-4-10-8 до 100% при этом без существенного изменения методики и легко поддаётся автоматизации.
9. Результаты определения содержания элементов в веществе не зависят от типа их химических соединений.
Из перечисленных достоинств ЯФМ следует, что они могут с успехом применяться на всех этапах изучения и утилизации ТМ, начиная от геолого-геофизической съёмки поверхности отложений ТМ, разбуривания перспективных участков и изучения технологических проб и кончая опробованием продуктов обогащения и их переработки, включая автоматические системы управления (АСУ) этими процессами. Эффективное решение этих задач в настоящее время обеспечено соответствующими аппаратурными и методическими разработками (аппаратура типа «Спектроскан», «АР-104», носимые спектрометры типа «Поиск», рентгенорадиометрическая каротажная аппаратура и т.д.; методики многокомпонентного анализа со сцинтилляционными, пропорциональными, полупроводниковыми и кристалл-дифракционными детекторами).
Контроль качества должен осуществляться на всех этапах и при всех видах полевых и лабораторных работ. Аналитические исследования должны проводиться в лабораториях, прошедших аккредитацию в установленном порядке. Контроль качества аналитических работ осуществляется в форме:
1. Внутреннего (внутрилабораторного);
2. Внешнего (главным образом в виде межлабораторного);
3. Геологического контроля.
1. Внутрилабораторный контроль правильности результатов анализа выполняется систематически и обязателен для рядовых анализов, при этом он
- включает контроль правильности и оценку точности результатов определений с помощью стандартных образцов (СО) и контрольных проб (КП), контроль систематических расхождений результатов, получаемых принципиально различными методами;
- организуется руководителем аналитического подразделения и выполняется группой контроля;
- его данные обрабатываются раздельно по методам анализа.
Для контроля правильности и точности анализов используются результаты измерений навесок государственных (ГСО) и отраслевых (ОСО) стандартных образцов, контрольных проб (КП), изготовленных на основе ГСО и ОСО, стандартных образцов предприятия (СОП). Набор стандартных образцов и контрольных проб должен охватывать весь диапазон содержаний определяемого компонента в анализируемых пробах. Навески СО и КП включаются в зашифрованном виде в каждую партию рядовых проб.
2. Внешний межлабораторный контроль осуществляется лабораториями, объединёнными этой процедурой. Они проводят анализ ОСО, СОП и КП по единой методике с последующей обработкой результатов измерений метрологической службой головной организации, которая разрабатывает рекомендации по улучшению качества работ. Внутри и межлабораторный контроль рекомендуется проводить на одних и тех же СО.
3. Геологический контроль предусматривает повторное опробование в количестве 3% от общего объёма отобранных проб.
При необходимости допускается создание и использование контрольных проб по всем опробуемым объектам из типичных для района материалов. Такие пробы готовятся в объёмах, достаточных для обеспечения навесками всех партий проб на весь период работ с обязательным описанием и утверждением методик их изучения.
Исследования, направленные на всестороннее изучение ТМ, выяснения их экономической ценности и экологической безопасности при дальнейшем использовании неразрывно связаны с сертификацией отходов производства. Для этого создаются специальные лаборатории и институты испытаний и сертификации минерального сырья, в том числе и техногенного. Например, институт испытаний и сертификации при Уральской государственной горно-геологической академии (УГГА), выполняющий большой объём работ по оценке качества минерального сырья и метрологическому обеспечению научно-технических исследований и разработок.
Решение задач, возникающих при переработке ТМ, требует их мониторинга, который является необходимой частью единой технологической цепочки при формировании банка данных по ТМ (БД ТМ).
Целью создания БД является:
1. Представление информации о ТМ в виде, позволяющем
· отслеживать запасы ценных компонент, содержащихся в этих месторождениях, и
· управлять опасными отходами на всех этапах обращения с ними, а именно, при их
- образовании,
- накоплении
- транспортировке,
- переработке,
- обезвреживании,
- захоронении;
2. Обеспечение областных, муниципальных и районных органов управления, специалистов, предпринимателей и общественность информацией о ТМ, в том числе,
- об опасных отходах, их перемещении, причинах не использования;
- о прогнозируемых процессах, вызванных их наличием;
- об оценках риска для здоровья человека и возможных путях его снижения;
- о технологиях переработки, а так же
- о затратах, связанных с реализацией мероприятий по их утилизации;
3. Дать ответ на два основные вопроса, обусловленных существованием ТМ:
- какова эколого-экономическая целесообразность использования ресурсов ТМ в данном районе?
- каков риск сохранения того или иного ТМ, т.е. как влияет его сохранение на качество других ресурсов (водных, сельскохозяйственных и т.д.)?
В процессе формирования БД ТМ решаются следующие задачи:
1. Аудит объекта на основе применения оптимального комплекса измерительного оборудования и аппаратуры;
2. Формирование обновляющихся характеристик ТМ, в том числе по результатам опробования;
3. Мониторинг ТМ, в том числе слежение за запасами полезных компонент в них;
4. Повышение достоверности информации о ТМ за счёт комплексирования данных, поступающих из разных источников;
5. Паспортизация и сертификация ТМ;
6. Экспертиза способов переработки ТМ и оценка их экономической целесообразности, т.е. поиск рациональных технологий переработки ТМ и выдача рекомендаций по способам использования ТМ;
7. Оценка существующих и прогнозируемых ущербов, связанных с наличием ТМ;
8. Поиск потенциальных потребителей продуктов переработки ТМ;
9. Поиск ТМ, удовлетворяющих определённым требованиям потенциальных потребителей;
10. Выявление приоритетных проектов переработки ТМ;
11. Учёт земель, отчуждённых под ТМ;
12. Формирование учётных документов;
13. Формирование карт ТМ:
14. Поддержка БД налогов и штрафных санкций за нарушение экологии и норм природопользования. Например, при формировании БД ТМ топливно-энергетического комплекса Урала было установлено, что для золоотвалов АО «Свердловэнерго» отсутствуют санитарно-защитные зоны. Это приводит к занижению суммарной площади земельных отводов и суммы соответствующего земельного налога на 58%. Золоотвалы двух электростанций АО «Свердловэнерго» расположены в водоохранных зонах водных объектов, вследствие чего, согласно действующим нормативным документам, платежи за размещение отходов на них должны быть увеличены в 5 раз. Кроме того, не учитывается объём пылевыделения с золоотвалов и отсутствует учёт сброса из золоотвалов оборотных вод с многократным превышением ПДК по таким элементам как Mn, V, F, As, Cu и др. Это, помимо экологических последствий, приводит к занижению соответствующих платежей на сумму не менее 270 млн.руб. в год (в ценах 1997 г.). В целом было установлено, что суммарное занижение платежей за загрязнение ОС, складирование отходов и изъятие земель составило по АО «Свердловэнерго» в 1996 г. 2,33 млрд. рублей.