Изучение минерального состава природных глин Республики Беларусь и их сорбционных свойств по отношению к радионуклидам цезия и стронция

Аннотация

В работе представлены результаты исследований минерального состава и сорбционных характеристик по отношению к радионуклидам ¹³⁷Cs⁺ и ⁸⁵Sr²⁺ образцов природных глин, отобранных из месторождений «Кустиха», «Городное», «Острожанское» и «Марковское» Республики Беларусь.

Методом рентгенофазового анализа установлено, что основными глинистыми минералами в изученных образцах природных глин являются мотмориллонит, иллит и каолинит. Наибольшее количество монтмориллонита содержит образец глины из месторождения «Острожанское» (56.3 мас. %), а наименьшее – образец глины из месторождения «Кустиха» (28.5 мас. %), для которого количество иллита наибольшее (33.7 мас.%). Для остальных образцов глин содержание иллита изменяется от 3.0 до 4.8 мас.%. Каолинит в наибольших количествах присутствует в образцах глин из месторождений «Марковское» (14.7 мас.%) и «Кустиха» (8.3 мас.%), а для остальных глин его содержание не превышает 7.0 мас.%. Монтмориллонит в составе образцов глин представлен в основном Ca– или Mg-формой.

Установлено, что значения коэффициента распределения ¹³⁷Cs⁺ (K_d ¹³⁷Cs⁺) для образцов глин из месторождений «Кустиха», «Городное», «Острожанское» и «Марковское» при сорбции микроколичества ¹³⁷Cs⁺ из раствора с концентрацией NaNO₃ 0.1 моль/дм³ составляют (1.5-2.7) · 10³ см³/г (соотношение фаз твердое : жидкое=1 : 100). Это в 1.1-2.0 раза выше по сравнению со значениями K_d ¹³⁷Cs⁺ для образцов клиноптиллолита Шивертуинского месторождения и бентонитовой глины месторождения «10-й Хутор» (Россия). Показано, что ионы K⁺ оказывают большее влияние на сорбцию ¹³⁷Cs⁺, чем ионы Na⁺. Влияние ионов K⁺ становится заметным уже при концентрации K⁺
0.01 моль/дм³, что связано с тем, что калий является геохимическим аналогом цезия.

Установлено, что образцы природных глин лучше сорбируют ¹³⁷Cs⁺ из водопроводной воды, чем ⁸⁵Sr²⁺. Значения K_d ⁸⁵Sr²⁺ при сорбции из водопроводной воды для образцов глин в 26-149 раз ниже, чем K_d ¹³⁷Cs⁺. При сорбции микроколичества ⁸⁵Sr²⁺ из раствора Ca(NO₃)₂ концентрацией
0.01 моль/дм³ для всех изученных образцов природных материалов из месторождений «Кустиха», «Городное», «Острожанское», «Марковское», «10-ый Хутор», «Шивертуинское» значения K_d ⁸⁵Sr²⁺ значительно снижаются по сравнению со значениями K_d ⁸⁵Sr²⁺ для сорбции ⁸⁵Sr²⁺ из водопроводной воды и составляют 40, 35, 54, 33, 65 и 71 см³/г соответственно. Это объясняется значительной конкуренцией ионов Ca²⁺ и Sr²⁺ за места сорбции и связано с близостью размеров ионных радиусов кальция и стронция.

Среди изученных образцов природных материалов наибольшими значениями коэффициента распределения при сорбции ¹³⁷Cs⁺ из водных растворов обладает образец глины из месторождения «Марковское» (Республика Беларусь), а при сорбции ⁸⁵Sr²⁺ – клиноптиллолит Шивертуинского месторождения (Россия). Полученные результаты исследования показали, что природная глина из месторождения «Марковское» Республики Беларусь может быть использована для эффективной очистки природных вод от радионуклида ¹³⁷Cs⁺ и создания барьеров безопасности при изоляции радиоактивных отходов.