Б.Г. Шабалін, ХІМІЧНИЙ І МІНЕРАЛЬНИЙ СКЛАД ПРИРОДНИХ ЦЕОЛІТІВ ТА ЇХ СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ПРИ ОЗОНУВАННІ ІЗ СТІЧНОЮ ВОДОЮ АЕС

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.44.04.084

УДК 621.039.73

ХІМІЧНИЙ І МІНЕРАЛЬНИЙ СКЛАД ПРИРОДНИХ ЦЕОЛІТІВ

ТА ЇХ СОРБЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ПРИ ОЗОНУВАННІ ІЗ СТІЧНОЮ ВОДОЮ АЕС

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

О.Ю. Павленко, канд. хім. наук, наук. співроб.

E-mail: scorpioless@gmail.com; orcid: 0000-0002-8315-6443 

Державна установа "Інститут геохімії навколишнього середовища

Національної академії наук України"

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

Мова: англійська

Мінералогічний журнал 2022, 44 (4): 84-93

Анотація: Розкрито закономірності сукупного процесу озонолітичної деструкції органічних компонентів модельних трапних вод атомних електричних станцій і сорбції імітаторів основних дозоутворювальних радіонуклідів (Cs — ізотопною міткою 137Cs; стабільних ізотопів солей Co, Sr, Mn) трапних вод природним цеолітом Сокирницького родовища і сорбційноактивних сполук — солей феруму (II) і мангану (II). Хімічний склад головних елементів цеоліту після озонування трапних вод із додаванням солей феруму і мангану практично не відрізняється від складу природного цеоліту. Його фазовий склад у процесі озонування за присутності солей феруму представлений основним породоутворювальним мінералом клиноптилолітом і другорядним мінералом — кварцом. Головною ферумвмісною фазою на поверхні цеоліту є гетит. До другорядних фаз належать Fe(II)-Fe(III) шаруваті подвійні гідроксиди (Green Rust) і лепідокрокіт, але їх відносний вміст незначний. Для цеолітів після озонування трапних вод із додаванням солей як феруму, так і мангану (II) головними фазами є клиноптилоліт і кварц. Манганвмісні фази на поверхні цеоліту представлені гаусманітом Mn3O4, оксидом мангану(ІІ) і оксигідроксидом мангану MnO(OH)2. Ферум- і манганвмісні фази, осаджені в процесі озонування на поверхню цеоліту, характеризуються переважно слабко окристалізованою або аморфізованою структурою. Основним сорбентом дозоутворювальних радіонуклідів трапних вод є цеоліт, а не ферум- і манганвмісні сполуки, які утворились на його поверхні під час озонолізу. Максимальний ступінь сорбції 137Cs цеолітом складає до 90 % за збільшення концентрації Fe2+ до 50 мг/дм3 або Mn2+ до 100 мг/дм3, ступінь сорбції кобальту — 97,5 % за вихідної типової концентрації катіонів (Fe2+ — 5 мг/дм3; Mn2+ — 10 мг/дм3), що конкурують, та за збільшення концентрації Mn2+ до 100 мг/дм3. Максимальний ступінь вилучення Sr2+ та Mn2+ становить 99,4 % та 99,9 % відповідно. Для ефективного вилучення 137Cs і Co2+ цеолітом у процесі озонування припустимим є збільшення концентрації катіонів Fe2+ — 50 мг/дм3; Mn2+ — 100 мг/дм3, що конкурують, у розчинах трапних вод, а ефективність вилучення Sr2+ та Mn2+ практично не залежить від концентрації катіонів Fe2+ і Mn2+ у розчинах трапних вод.

Ключові слова: трапні води АЕС, озонування, хіміко-мінеральний склад, сорбція, цеоліт.

Література:

  1. Ahmet Erdal Osmanlioglu. In-Situ Chemical Precipitation of Radioactive Liquid Waste. 12492WM2012 Conference, February 26 - March 1, 2012. Phoenix Arizona, USA, P. 1—10.
  2. Atlas of infrared spectroscopy of clay minerals and their admixtures, by Van der Marel H.W., Beutelspacher H. Amsterdam: Elsevier, 1976. 396 p.
  3. Colella C., Mumpton F.A. Natural Zeolites for the third millennium. Napoli: De Frede, 2000. 481 p.
  4. Combined methods for liquid radioactive waste treatment. Final report of a coordinated research project 1997—2001 IAEA-TEC DOC-1336. Vienna: Print. by Austria SAEA, 2003. 250 p.
  5. Disposal of Low- and Intermediate-Level Waste: International experience. Report prepared for the Nuclear Waste Management Organization, by Garamszeghy M. February 74 p. URL: https://radwasteplanning.ca/sites/default/files/lilw_white_paper_final.pdf (дата звернення: 09.08.2022).
  6. Кондратьєв С.М., Борозенець Г.П., Ярмош І.В., Кутузова Т.Я., Чепурний Ю.В.. Поводження з радіоактивними відходами на атомних електростанціях України. Стан та проблеми. Ядерна та радіаційна безпека. 2016. 2(70). С. 41—46. https://doi.org/10.32918/nrs.2016.2(70).09
  7. Loewenstein W. The distribution of aluminium in the tetrahedral of silicates and aluminates. Amer. Mineral. 1954. 39 (1—2). P. 92—96.
  8. Nakamato K. Infra-Red Spectra of Inorganic and Coordination Compounds. New York: Wiley, 1981. 411 p.
  9. Pechar F., Rykl D. Infrared spectra of natural zeolites of the stilbite group. Chem. zvesti. 1981. 35, № 2. P. 189—202.
  10. Шабалін Б.Г., Ярошенко К.К., Колябіна І.Л. Дослідження кінетики сорбції 90Sr і 137Cs природним, кислотно- та лужно-модифікованим кліноптилолітами Сокирницького родовища. Ядерна енергетика та довкілля. 2020. № 1(16). С. 99—111. https://doi.org/10.31717/2311-8253.20.1.10 
  11. Shabalin B.G., Yaroshenko K.K., Lavrynenko O.M., Mitsiuk N.B. Mineral Composition and Adsorption Capacity of Precipitates Formed During Ozonation of Radioactively Contaminated Water From Nuclear Power Plants Towards 137Cs. Mineral. Journ. (Ukraine). 2022. 44, № 2. P. 60—68. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.44.02.060 
  12. Цинцкаладзе Г.П., Эприкашвили Л.Г., Пирцхалава Н.В., Зауташвили М.Г., Цицишвили В.Г., Кордзахия Т.Н. Структура новых цеолитных наноматериалов и возможности их применения в газовой хроматографии. Хімія, фізика та технологія поверхні. 2011. 2, № 3. С. 325—328. https://doi.org/10.15407/hftp 
  13. Wang S., Peng Y. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chem. Engineer. Journ. 2010. 156. P. 11—24. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.10.029
  14. Wilson M.J. Clay Mineralogy: spectroscopic and chemical determinative methods. London; New York: Chapman & Hall, 1994. 95 p. https://doi.org/10.1007/978-94-011-0727-3

PDF

Ukrainian