Б.Г. Шабалін, MINERAL COMPOSITION AND ADSORPTION CAPACITY OF PRECIPITATES FORMED DURING OZONATION OF RADIOACTIVELY CONTAMINATED WATER FROM NUCLEAR POWER PLANTS TOWARDS 137Cs

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.44.02.060

УДК 621.039.73

МІНЕРАЛЬНИЙ СКЛАД ТА СОРБЦІЙНА ЗДАТНІСТЬ ЩОДО 137Cs ОСАДІВ, УТВОРЕНИХ В ПРОЦЕСІ ОЗОНУВАННЯ

ТРАПНИХ ВОД АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ

Б.Г. Шабалін, д-р геол. наук, зав. відділу

E-mail: b_shabalin@ukr.net; orcid: 0000-0002-6425-5999 

К.К. Ярошенко, канд. техн. наук, наук. співроб.

E-mail: igns.yaroshenko@gmail.com; orcid: 0000-0002-7180-4642 

О.М. Лавриненко, д-р хім. наук, пров. наук. співроб.

E-mail: alena.lavrynenko@gmail.com; orcid: 0000-0002-5271-2048 

Н.Б. Міцюк, мол. наук. співроб.

E-mail: nmitsiuk@gmail.com; orcid: 0000-0003-3875-007X 

Державна установа "Інститут геохімії навколишнього середовища

Національної академії наук України"

03142, м. Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34-а

Мова: українська

Мінералогічний журнал 2022, 44 (2): 60-68

Анотація: Присвячено визначенню особливостей мінерального складу та сорбційних властивостей щодо 137Cs осадів, утворених у процесі озонування модельних трапних вод атомних електричних станцій (загальна мінералізація 7 г/дм3; рН = 11,5; Т = 60 ºС; t =2 год). У досліджуваному осаді виявлено наявність тонкодисперсних частинок сферичної форми розмірами 20—30 нм, які асоційовані у щільні мікророзмірні агрегати та їхні асоціати різної конфігурації. Елементний склад осадів представлений Mn, Fe, Co з незначним вмістом Sr, Na і К. Осад перебуває в мінералізованому стані та містить з аморфною фазою шаруваті подвійні гідроксиди Fe(II)-Fe(III) змішаного складу, зокрема Fe-Co та оксигідроксиди феруму — гетит і лепідокрокіт. Мангановмісні сполуки представлені гідроксидом мангану(IV) та карбонатом мангану(II), з домішками гідратованого оксиду мангану Mn2O3·H2O, оксиду мангану(ІІ) MnO і подвійного оксиду мангану — гаусманіту Mn3O4. Ліофілізація осадів за температури 160 ºС впродовж 2 год сприяє підвищенню ступеня їхньої кристалічності та частковому дегідроксилюванню кристалічної ґратки оксигідроксидів феруму та мангану. Під час озонування трапних вод відбуваються процеси деструкції органічних компонентів, сумісного осадження та адсорбції радіонуклідів. Визначено, що за збільшення концентрації катіонів Fe2+, Mn2+ у 10 разів (до 50 та 100 мг/дм3 відповідно) у вихідному розчині, концентрація 137Cs у розчині зменшується на 50,5 %.

Ключові слова: трапні води АЕС, озонування, осади, хімічний і мінеральний склад, сорбція, цезій.

Література:

  1. Андронов О.Б. О создании современной системы обращения с жидкими радиоактивными отходами на АЭС Украины. Постановка задачи. Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. 2015. 24. С. 32—41.
  2. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. Москва: Наука, 1974. 356 с.
  3. Гипергенные окислы железа в геологических процессах. Отв. ред. Н.В. Петровская. Москва: Наука, 1975. 207 с.
  4. Жаброва Г.М., Егоров Е.В. Закономерности сорбции и ионного обмена на амфотерных окисях и гидроокисях. Успехи химии. 1961. 30(6). С. 764—776. https://doi.org/10.1070/RC1961v030n06ABEH002987
  5. Карасевa O.Н., Ивановa Л.И., Лакштанов Л.З. Адсорбция стронция на оксиде марганца (δ-MnO2) при повышенных температурах: эксперимент и моделирование. Геохимия. 2019. 64, № 10. С. 1091—1104. https://doi.org/10.31857/S0016-752564101091-1104  
  6. Кузнецов В.А., Генералова В.А. Исследование сорбционных свойств гидроксидов железа, марганца, титана, алюминия и кремния по отношению к 90Sr и 137Cs. Радиохимия. 2000. 42, № 2. С. 154—157. https://doi.org/10.1034/j.1600-0498.2000.d01-156.x
  7. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Я., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. Москва: Атомиздат, 1974. 232 с.
  8. Лавриненко Е.Н. Железосодержащие слоистые двойные гидроксиды как основа для получения дисперсных ферришпинелей. Nano Studies. 2016. № 13. C. 93—116.
  9. Мелихов И.В., Меркулова М.С. Сокристаллизация. Москва: Химия, 1975. 280 с.
  10. Неймарк Й.Е. Синтетические минеральные адсорбенты и носители катализаторов. Киев: Наук. думка, 1982. 216 с.
  11. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. Москва: Стройиздат, 1978. 160 с.
  12. Поваренных А.С. Кристаллохимическая классификация минеральных видов. Киев: Наук. думка, 1966. 547 с.
  13. Поводження з радіоактивними відходами при експлуатації АЕС ДП "НАЕК "Енергоатом". Звіт. Київ, 2016. 137 с. 
  14. Распопов Ю.Г. Кристаллохимический аспект роста кристалов лепидокрокита и гётита из растворов сернокислой соли железа (II). Исследования в области технологии двуокиси титана и железосодержащих пигментов. Москва, 1982. С. 87—93.
  15. Пат. UA 88709 U. Установка для очищення води від органічних сполук. Пляцук Л.Д., Рой І.О. Опубл. 25.03.2014, Бюл. № 6.
  16. Чалый В.П. Гидроокиси металлов (закономерности образования, состав, структура и свойства). Киев: Наук. думка, 1972. 158 с.
  17. Чарний Д.В., Мацелюк Є.М. Залізо-марганцеві кірки, сформовані на поверхні гранул фільтрувального завантаження в процесі очищення підземних вод від Fе2+ і Mn2+ як каталізатор процесів знезалізнення і деманганації. VІ Міжнар. наук.-практ. конф. "Чиста вода. Фундаментальні, прикладні та промислові аспекти". 14—15 лист. 2019 р. Київ, 2019. С. 211—213.
  18. Шабалін Б.Г., Лавриненко О.М. Деструкція органічних речовин радіоактивно-забруднених вод атомних станцій, оснащених ВВЕР (аналітичний огляд). Ядерна енергетика та довкілля. 2020. № 3(18). С. 66—89. https://doi.org/10.31717/2311-8253.20.3.8 
  19. Шабалін Б.Г., Лавриненко О.М., Ярошенко К.К., Вембер В.В., Бугера С.П. Характеристика продуктів озонування імітаторів радіоактивно забруднених трапних вод АЕС. XХIІ Міжнар. наук.-практ. конф. "Екологія. Людина. Суспільство". Київ, 2021. С. 272—276.
  20. Ярошенко К.К., Шабалін Б.Г., Бондаренко Г.М. Дослідження процесів озонолізу органічних компонентів модельних розчинів рідких радіоактивних відходів реакторів ВВЕР. Ядерна енергетика та довкілля. 2020. № 4(19). С. 32—39. https://doi.org/10.31717/2311-8253.20.4.4 
  21. Babuponnusami A., Muthukumar K. A review on Fenton and improvements to the Fenton process for wastewater treatment. Environ. Chem. Eng. 2014. 2. P. 557—572. https://doi.org/10.1016/j.jece.2013.10.011 
  22. Combined methods for liquid radioactive waste treatment. Final report of a coordinated research project 1997—2001. IAEA-TECDOC-1336. 2003. Р. 121—136.
  23. Martell A.E., Smith R.M. Critical stability. Plenum Press. 1974. 3. New York, USA. 496 p.
  24. Mobile processing systems for radioactive waste management. Series No. NW-T-1.8. Vienna: Int. Atomic Energy Agency, 2014. 119 p.
  25. Munter R. Advanced oxidation processes — current status and prospects. Proc. Estonian Acad. Sci. Chem. 2001. 50, № 2. P. 59—80. https://doi.org/10.3176/chem.2001.2.01
  26. Powder diffraction file 2003. PDF-2, Database. URL: https://www.icdd.com/pdf-2/ (дата звернення: 04.02.2022).
  27. Sam A., Sam W., Wooyong U., Claire L., Corkhill N., Corkhill C.H. Fenton and Fenton-like wet oxidation for degradation and destruction of organic radioactive wastes. Materials Degradation. 2021. № 5(50). https://doi.org/10.1038/s41529-021-00192-3 
  28. Valsala T.P., Joseph Annie, Sonar N.L., Sonavane M.S., Shah J.G., Raj Kanwar, Venugopal V. Separation of strontium from low level radioactive waste solutions using hydrous manganese dioxide composite materials. J. Nuclear Mater. 2010. 404(2). P. 138—143. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2010.07.017 

PDF

Українська