Сорбция 90Sr и 137Cs на глинах, используемых при сооружении барьеров безопасности в хранилищах радиоактивных отходов

18.03.2021 2021 - №01 Топливный цикл и радиоактивные отходы

И.Н. Волков В.О.Жаркова Я.Ю. Карасева Е.И. Лысакова Е.В. Захарова

https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.09

Задачей работы являлось исследование сорбционной способности по отношению к 90Sr и 137Cs образцов природных глин для оценки возможности их использования в качестве компонентов защитных барьеров в пунктах изоляции радиоактивных отходов. Объектами исследования были выбраны бентонитовые глины месторождений «Зырянское», «10-й хутор» и тугоплавкая глина Кампановского месторождения. Способность глин к сорбции по ионообменному механизму охарактеризована величиной емкости катионного обмена (ЕКО). В сорбционных экспериментах для всех исследованных глин наблюдалась высокая степень извлечения радионуклидов стронция и цезия из водных растворов. Показано, что на сорбцию 90Sr оказывает влияние содержание монтмориллонита в образцах – бентонитовые глины поглощают до 98 – 99% от начального содержания радионуклида в растворе, в то время как тугоплавкой глиной сорбируется около 80% стронция. Цезий практически полностью сорбируется исследованными образцами, степень сорбции составляет более 99%, при этом наибольшее значение коэффициента распределения получено для кампановской глины (Kd = 5,0⋅103 см3 /г). Способы фиксации сорбированных радионуклидов на образцах глин были определены методом селективной десорбции по модифицированной методике Тессиера. Продемонстрировано, что ионы стронция обладают большей подвижностью по сравнению с ионами цезия, до 97% которого удерживается глинами.

Ссылки

1. Кулешова М.Л., Данченко Н.Н., Сергеев В.И., Шимко Т.Г., Малашенко З.П. Свойства бентонитов как материалов для создания сорбционных барьеров. // Вестн. моск. гос. ун-та. Сер. 4: Геология. – 2014. – № 5. – С. 87-95.
2. О критериях отнесения твердых, жидких и газообразных отходов к радиоактивным отходам, критериях отнесения радиоактивных отходов к особым радиоактивным отходам и к удаляемым радиоактивным отходам и критериях классификации удаляемых радиоактивных отходов. // Собр. законодательства Рос. Федерации. – 2012. – № 44. – Ст. 6017. – С. 12445-12457.
3. Обручиков А.В., Тюпина Е.А. Обращение с радиоактивными отходами. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. – 2014. – 188 с.
4. Василенко И.Я., Василенко О.И. Стронций радиоактивный. // Энергия: экономика, техника, экология. – 2002. – № 4. – С. 26-32.
5. Василенко И.Я., Василенко О.И. Радиоактивный цезий. // Энергия: экономика, техника, экология. – 2001. – № 7. – С. 16-22.
6. Бекман И.Н. Радиоактивность и радиация. Радиохимия. Том 1. – Щёлково: Изд. Мархотин П.Ю., 2011. – 397 с.
7. Варлакова Г.А., Осташкина Е.Е., Голубева З.И. Оценка противомиграционных свойств материалов для буферной засыпки приповерхностного хранилища радиоактивных отходов // Радиохимия. – 2013. – Т. 55. – № 6. – С. 549-552.
8. Wissocq A., Beaucaire C., Latrille C. Application of the multi-site ion exchanger model to the sorption of Sr and Cs on natural clayey sandstone. // Applied Geochemistry. – 2018. – Vol. 93. – PP. 167-177.
9. Missana T., Alonso U., Fernandez A.M., Garcia(Gutierrez M. Colloidal properties of different smectite clays: Significance for the bentonite barrier erosion and radionuclide transport in radioactive waste repositories. // Applied Geochemistry. – 2018. – Vol. 97. – PP. 157-166.
10. Cherif M.A., Martin(Garin A., Gerard F., Bildstein O. A robust and parsimonious model for cesium sorption on clay minerals and natural clay materials // Applied Geochemistry. – 2017. – Vol. 87. – PP. 22-37.
11. Tran E.L., Teutsch N., Klein(BenDavid O., Weisbroda N. Uranium and Cesium sorption to bentonite colloids under carbonate-rich environments: Implications for radionuclide transport. // Science of the Total Environment. – 2018. – Vol. 643. – PP. 260-269.
12. Обливанцев Д.Ю., Щербакова Е.П. Вопросы использования бентонита в качестве защитного барьера хранилищ радиоактивных отходов. // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2007. – № 1. – С. 116-122.
13. Ильина О.А., Крупская В.В., Винокуров С.Е., Калмыков С.Н. Современное состояние в разработках и использовании глинистых материалов в качестве инженерных барьеров безопасности на объектах консервации и захоронения РАО в России. // Радиоактивные отходы. – 2019. – № 4 (9). – С. 71-84.
14. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. Состав, строение и формирование их свойств. – М.: ГЕОС. – 2013. – 576 с.
15. Meier L.P., Kahr G. Determination of the cation exchange capacity (CEC) of clay minerals using the complexes of copper(II) ion with triethylenetetramine and tetraethylenepentamine. // Clays and Clay Minerals. – 1999. – Vol. 47. – No. 3. – PP. 386-388.
16. Поляков Ю.А. Радиоэкология и дезактивация почв. – М.: Атомиздат, 1970. – 304 с.
17. Bascetin E., Atun G. Adsorption behavior of strontium on binary mineral mixtures of montmorillonite and kaolinite. // Appl. Radiation & Isotopes. – 2006. – Vol. 64. – No. 8. – PP. 957-964.
18. Missana T., Garcia(Gutierrez M., Alonso U. Sorption of strontium onto illite/smectite mixed clays. // Physics & Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. – 2008. – Vol. 33. – Suppl. 1. – PP. S156-S162.
19. Wu J. Behavior and analysis of Cesium adsorption on montmorillonite mineral. //Journal of Environmental Radioactivity. – 2009. – Vol. 100. – No. 10. – PP. 914-920.
20. Kwong(Moses D.S. , Elliott W.C., Wampler J.M., Powell B.A., Avant D.M. Jr Sorption and desorption of radiocesium by muscovite separated from the Georgia kaolin. // Journal of Environmental Radioactivity. – 2020. – Vol. 211. – Article 106074.
21. Дронова Т.Я., Соколова Т.А., Толпешта И.И. Глинистые минералы в почвах. Учебное пособие. – Тула: Гриф и К. – 2005. – 336 с.
22. Коневник Ю.В., Захарова Е.В., Мартынов К.В., Ширяев А.А. Влияние температуры на формы нахождения сорбированных радионуклидов на горных породах Нижне-Канского массива // Радиохимия. – 2017. – Т. 59. – № 3. – С. 274-279.
23. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. // Analytical Chemistry. – 1979. – Vol. 51. – No. 7. – PP. 844-851.
24. Крупская В.В., Закусин С.В., Чернов М.С., Тюпина Е.А. Особенности сорбции цезия в бентонитовых барьерных системах при захоронении твердых радиоактивных отходов. // Горный журнал. – 2016. – № 2. – С. 79-85.

сорбция цезий стронций глины

Ссылка для цитирования статьи: Волков И.Н., Жаркова В.О., Карасёва Я.Ю., Лысакова Е.И., Захарова Е.В. Сорбция 90Sr и 137Cs на глинах, используемых при сооружении барьеров безопасности в хранилищах радиоактивных отходов. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2021. – № 1. – С. 95-107. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.1.09 .