RU2586072C1 - Method of localising radioactive contaminants - Google Patents

Method of localising radioactive contaminants Download PDF

Info

Publication number
RU2586072C1
RU2586072C1 RU2015120288/07A RU2015120288A RU2586072C1 RU 2586072 C1 RU2586072 C1 RU 2586072C1 RU 2015120288/07 A RU2015120288/07 A RU 2015120288/07A RU 2015120288 A RU2015120288 A RU 2015120288A RU 2586072 C1 RU2586072 C1 RU 2586072C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radium
radioactive
gypsum
filler
barite
Prior art date
Application number
RU2015120288/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Собко
Валерий Александрович Копейкин
Original Assignee
Акционерное общество "РАОПРОЕКТ" (АО "РАОПРОЕКТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "РАОПРОЕКТ" (АО "РАОПРОЕКТ") filed Critical Акционерное общество "РАОПРОЕКТ" (АО "РАОПРОЕКТ")
Priority to RU2015120288/07A priority Critical patent/RU2586072C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2586072C1 publication Critical patent/RU2586072C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/06Processing
    • G21F9/16Processing by fixation in stable solid media
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method for localisation of radioactive contamination, for example, in area of burial of radioactive wastes, and can be used for cleaning of ground waters from dissolved therein radioactive radium-226 (226Ra). Disclosed method includes setting migration of radioactive groundwater geochemical barrier from solid filler, iron oxide and working components, when dissolving being allocated sulphate-ion SO4-2 and cation Ba+2. Radium-226 is fixed in crystal lattice of formed radiobarite (Ba, Ra)SO4. Substance containing sulphate-ion used is gypsum, substance containing Ba+2 cation is witherite in molar ratio 1:1-1.15 in the form of a 1-3 mm fraction. Iron oxides used are goethite and/or haematite with fraction 2-5 mm. Filler used is crushed stone from non-carbonate magmatic rocks: granite or diorite or dunite, or diabase fraction 1-5 cm. Substance containing Ba+2 cation can also be barite in form of fraction 2-5 cm, ratio of component placed in netted boxes fitted in drains, wt%, is as follows: filler 60-70; gypsum 10-15; witherite 10-15; barite 1-2; goethite and/or haematite 5-10.
EFFECT: technical result is reduction of radiation of ground waters due to fixation in solid form of radioactive radium directly in water-bearing layer.
10 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам локализации радиоактивных загрязнений, например, в зоне захоронения радиоактивных отходов, и может быть использовано для очистки грунтовых вод от растворенного в них радиоактивного радия-226 (226Ra).The invention relates to methods for the localization of radioactive contaminants, for example, in the radioactive waste burial zone, and can be used to purify groundwater from radioactive radium-226 dissolved in them ( 226 Ra).

Способы предотвращении загрязнения среды токсичными и радиоактивными металлами известны, см., например, патент РФ №2075125, оп. 10.03.1997. Способ осуществляется следующим образом. Производят исследования местонахождения и направления миграции загрязненных карбонатных ураноносных вод. Затем на пути миграционного потока укладывают последовательно буферный слой из кислых пород (преимущественно сульфидов) и барьер из гранулированных мелкодисперсных глин. При прохождении ураноносных вод буферного слоя происходит изменение режима вод и, как следствие, восстановление уранил-иона мигрирующими в составе вод восстановителями. Из-за инерционности системы уран не садится в слое, а сконцентрируется на сорбционном геохимическом барьере. Данный способ не позволяет фиксировать радиоактивный радий.Methods for preventing environmental pollution by toxic and radioactive metals are known, see, for example, RF patent No. 2075125, op. 03/10/1997. The method is as follows. Studies of the location and migration directions of contaminated carbonate uraniferous waters are carried out. Then, a buffer layer of acidic rocks (mainly sulfides) and a barrier of granular fine clays are successively laid in the path of the migration flow. With the passage of uranium-bearing waters of the buffer layer, a change in the water regime occurs and, as a result, the restoration of the uranyl ion by reducing agents that migrate in the water. Due to the inertia of the system, uranium does not settle in the layer, but concentrates on the sorption geochemical barrier. This method does not allow the fixation of radioactive radium.

Также известен «Копейкин В.А. Способ локализации радиоактивных загрязнений почв и грунтовых вод» (патент РФ №2069905, оп. 27.11.1996), заключающийся в том, что вокруг места загрязнения создают водонепроницаемую защитную оболочку из силиката натрия и глины, внутри очага загрязнения бурят скважины, в которые вводят 0,1%-ные растворы солей, скважины располагают в гексагональном порядке, в скважины нечетных рядов вводят последовательно растворы солей, содержащих ионы кальция, анионы фосфорной кислоты и сульфат железа или марганца, а в скважины четных рядов сначала вводят раствор соли сульфата железа или марганца, а затем вводят растворы солей, содержащих ионы кальция и анионы фосфорной кислоты. Радионуклиды (р/н) осаждаются непосредственно на геохимическом барьере, который создается внутри самого могильника РАО в момент контакта растворенных р/н с кальций- и фосфат-ионами и с железо- (или марганец-) и гидроксил-ионами. При своем взаимодействии указанные ионы кальция и фосфорной кислоты дают плохо растворимую минеральную фазу - апатит, в кристаллическую решетку которой входят за счет изоморфизма присутствующие в грунтовых водах р/н; другие же р/н сорбируются на одновременно образующихся (тоже плохо растворимых) минеральных фазах гидроксидов и оксидов железа или марганца.Also known "Kopeikin V.A. The method of localization of radioactive contamination of soil and groundwater "(RF patent No. 2069905, op. 27.11.1996), which consists in the fact that around the place of pollution create a waterproof protective shell of sodium silicate and clay, inside the source of pollution drill holes into which 0 , 1% salt solutions, wells are arranged in a hexagonal order, salt solutions containing calcium ions, phosphoric acid anions and iron or manganese sulfate are sequentially introduced into the wells of odd rows, and the solution with the even rows is first introduced with oli of ferrous or manganese sulfate, and then solutions of salts containing calcium ions and phosphoric acid anions are added. Radionuclides (r / n) are deposited directly on the geochemical barrier that is created inside the RAW repository at the moment of contact of the dissolved r / n with calcium and phosphate ions and with iron (or manganese) and hydroxyl ions. During their interaction, these calcium and phosphoric acid ions give a poorly soluble mineral phase - apatite, whose crystal lattice contains due to isomorphism r / n present in groundwater; others r / n are sorbed on simultaneously formed (also poorly soluble) mineral phases of hydroxides and oxides of iron or manganese.

Известен способ защиты от водной миграции техногенного радионуклида 90Sr за счет его изоморфного кристаллохимического вхождения в кристаллическую решетку новообразованного, практически нерастворимого апатита (Копейкин В.А. Способ локализации радиоактивных загрязнений почв. Патент РФ, №1806411 от 9 июля 1990 г. - прототип). Способ заключается в создании в почве на путях миграции стронция-90 (90Sr) вместе с грунтовыми водами геохимических барьеров путем раздельного введения в пробуренные скважины водных растворов солей. Первым по ходу движения стронция-90 вводят водный раствор солей, содержащих катион щелочноземельного металла - ионы бария или кальция. Вторым по ходу движения стронция-90 вводят анион минеральной кислоты - сульфат-ионы или фосфат-ион. При этом за счет подачи в скважины оксида кальция и фосфата (или дигидрофосфата) калия образуется апатит. Растворенный радиоактивный стронций входит в кристаллическую решетку новообразованного апатита за счет изовалентного изоморфизма. Данный способ не позволяет предотвратить водную миграцию радионуклида радий-226. Кроме того, приведенные решения предусматривают большой объем работ по бурению скважин.A known method of protection from water migration of a technogenic radionuclide 90 Sr due to its isomorphic crystallochemical entry into the crystal lattice of newly formed, practically insoluble apatite (Kopeikin V.A. Method for the localization of radioactive soil pollution. RF Patent, No. 1806411 of July 9, 1990 - prototype) . The method consists in creating on the tracks in the soil 90-strontium (90 Sr) migration together with groundwater geochemical barriers by separate administration in the wells drilled aqueous salt solutions. The first in the direction of movement of strontium-90 is an aqueous solution of salts containing an alkaline earth metal cation — barium or calcium ions. The second in the direction of travel of strontium-90 is the mineral acid anion — sulfate ions or phosphate ion. In this case, due to the supply of calcium oxide and phosphate (or dihydrogen phosphate) potassium to the wells, apatite is formed. Dissolved radioactive strontium enters the crystal lattice of newly formed apatite due to isovalent isomorphism. This method does not prevent the water migration of radionuclide radium-226. In addition, the above solutions provide for a large amount of work on drilling wells.

Задача изобретения - предотвращение водной миграции растворенного радия путем его фиксации в кристаллической решетке новообразованного нерастворимого соединения.The objective of the invention is the prevention of water migration of dissolved radium by fixing it in the crystal lattice of a newly formed insoluble compound.

Технический результат - снижение радиоактивности грунтовых вод за счет фиксации в твердом виде радиоактивного радия непосредственно в водоносном слое.EFFECT: reduced groundwater radioactivity due to solid fixation of radioactive radium directly in the aquifer.

Для достижения указанного результата предложен способ локализации радиоактивных загрязнений, заключающийся в постановке на путях миграции радиоактивных грунтовых вод геохимического барьера с фиксацией радионуклида в образующейся нерастворимой в воде твердой минеральной фазе, при этом геохимический барьер на радий-226 выполняют из твердых наполнителя, оксида железа и рабочих компонентов, при растворении которых выделяется сульфат-ион SO4-2 и катион Ва+2, а радий-226 фиксируют в кристаллической решетке образующегося радиобарита (Ba, Ra)SO4.To achieve this result, a method for the localization of radioactive contamination is proposed, which consists in setting up a geochemical barrier on the paths of radioactive groundwater migration with fixing the radionuclide in the solid mineral phase that is insoluble in water, while the geochemical barrier to radium-226 is made of solid filler, iron oxide, and workers components, upon dissolution of which sulfate ion SO 4 -2 and Ba + 2 cation are released, and radium-226 is fixed in the crystal lattice of the formed (Ba, Ra) SO 4 radio barite.

При этом:Wherein:

- в качестве вещества, содержащего сульфат-ион, используют гипс CaSO4×2H2O;- as a substance containing a sulfate ion, gypsum CaSO 4 × 2H 2 O is used;

- в качестве вещества, содержащего катион Ва+2, используют витерит ВаСО3;- as a substance containing a cation of Ba +2 , Witerite BaCO 3 is used ;

- гипс и витерит используют при мольном соотношении 1:1-1,15;- gypsum and witerite are used in a molar ratio of 1: 1-1.15;

- гипс и витерит используют в виде фракции 1-3 мм;- gypsum and witerite are used in the form of a fraction of 1-3 mm;

- в качестве оксидов железа используют гетит FeOOH и/или гематит Fe2O3 фракции 2-5 мм;- goethite FeOOH and / or hematite Fe 2 O 3 fractions of 2-5 mm are used as iron oxides;

- в качестве наполнителя используют щебень фракции 1-5 см;- gravel of a fraction of 1-5 cm is used as a filler;

- в качестве наполнителя используют бескарбонатные магматические породы: гранит, или диорит, или дунит, или диабаз;- carbonate-free igneous rocks are used as a filler: granite, or diorite, or dunite, or diabase;

- соотношение компонент геохимического барьера, вес.%, составляет:- the ratio of the components of the geochemical barrier, wt.%, is:

наполнитель 60-70filler 60-70

гипс 10-15gypsum 10-15

витерит 10-15witerite 10-15

барит 1-2barite 1-2

гетит и/или гематит 5-10goethite and / or hematite 5-10

- все компоненты помещают в сетчатые ящики, устанавливаемые в дренах.- All components are placed in mesh boxes installed in drains.

На фигурах 1 и 2 показаны зависимости растворимости витерита ВаСО3 и барита BaSO4 от рН водного раствора.In figures 1 and 2 shows the dependence of the solubility of Viterite BaCO 3 and barite BaSO 4 from the pH of the aqueous solution.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Для предотвращения водной миграции растворенного радия в зону радиоактивного заражения радием-226 вводятся необходимые для образования нерастворимого соединения, в состав которого войдет радий, твердые компоненты. Они могут быть заранее заложены в область радиоактивных, зараженных радием, вод. Задача этих соединений состоит в выделении в водный раствор исходных комплексов и ионов, которые в дальнейшем и дадут необходимые нерастворимые минералы, куда изоморфно войдет радий.To prevent water migration of dissolved radium into the zone of radioactive contamination with radium-226 necessary for the formation of an insoluble compound, which will include radium, solid components. They can be pre-laid in the area of radioactive, contaminated with radium, water. The task of these compounds is to isolate the initial complexes and ions into the aqueous solution, which in the future will give the necessary insoluble minerals, where radium will enter isomorphically.

В качестве исходных компонентов, которые должны создать геохимический барьер на радий, используются природные минералы.Natural minerals are used as initial components, which should create a geochemical barrier to radium.

Для фиксации радионуклида радий-226 выполняют геохимический барьер (ГБ) из твердых минеральных материалов.To fix the radionuclide radium-226 perform a geochemical barrier (GB) of solid mineral materials.

Практическая постановка геохимического барьера в общем случае производится следующим образом.The practical setting of the geochemical barrier in the general case is as follows.

Вокруг хранилища радиоактивных отходов, содержащих радий, ставится стена в грунте, которая заполняется глинистым материалом. Нижняя граница траншеи, которая наполняется глиной, располагается на 3-4 метра ниже уровня грунтовых вод. Траншея заполняется глиной до уровня дневной поверхности.Around the storage of radioactive waste containing radium, a wall is laid in the ground, which is filled with clay material. The lower boundary of the trench, which is filled with clay, is located 3-4 meters below the groundwater level. The trench is filled with clay to the level of the day surface.

В этой глинистой стене в грунте на пути возможного выхода грунтовых вод делаются дрены, через которые могут уходить подземные воды. В этих дренах и ставится геохимический барьер на радий.In this clay wall in the ground, drains are made in the ground on the path of a possible exit of groundwater, through which groundwater can leave. It is in these drains that a geochemical barrier to radium is placed.

На практике помещают в металлические сетчатые ящики, устанавливаемые в дренах, наполнитель, оксиды железа и рабочие компоненты, при растворении которых выделяется сульфат-ион SO4-2 и катион Ва+2.In practice, filler, iron oxides and working components are placed in metal mesh boxes installed in drains, upon dissolution of which sulfate ion SO 4 -2 and Ba + 2 cation are released.

В качестве наполнителя используют щебень фракции 1-5 см из бескарбонатных магматических пород - гранит, или диорит, или дунит, или диабаз, или их смеси.As a filler, gravel of a fraction of 1-5 cm from non-carbonate igneous rocks is used - granite, or diorite, or dunite, or diabase, or mixtures thereof.

Главное требование - отсутствие в составе щебня карбонатов, так как они могут реагировать с сульфат-ионом. Ширина такого ящика больше ширины дрены на 2-3 метра, поскольку он должен перекрывать все возможное для миграции радиоактивных вод пространство. Нижняя граница этого «сетчатого ящика» должна располагаться ниже меженного уровня грунтовых вод на 3-4 м.The main requirement is the absence of carbonates in the gravel, as they can react with the sulfate ion. The width of such a box is 2-3 meters wider than the width of the drain, since it should cover everything possible for the migration of radioactive water. The lower boundary of this "mesh box" should be located below the low-water level of groundwater by 3-4 m.

Верхняя граница ящика должна перекрывать паводковый уровень грунтовых вод также на 3-4 м.The upper boundary of the box should overlap the flood level of groundwater also by 3-4 m.

Наполнитель предотвращает слипание остальных компонент РБ.The filler prevents adhesion of the remaining components of the RB.

В эти ящики помещают:In these boxes are placed:

- в качестве вещества, содержащего сульфат-ион, - гипс CaSO4×2H2O,- as a substance containing a sulfate ion, gypsum CaSO 4 × 2H 2 O,

- а в качестве вещества, содержащего катион Ва+2, - витерит при мольном соотношении 1:1-1,15.- and as a substance containing a Ba + 2 cation, witerite in a molar ratio of 1: 1-1.15.

Соотношение добавляемых компонентов пропорциональны их атомным весам: гипс CaSO4·2H2O - молекулярный вес 172,17 грамм; витерит ВаСО3 197,35 грамм; барит - BaSO4 233,40 грамм.The ratio of the added components is proportional to their atomic weights: gypsum CaSO 4 · 2H 2 O — molecular weight 172.17 grams; WiterO BaCO 3 197.35 grams; barite - BaSO 4 233.40 grams.

Поэтому весовые количества витерита и гипса должны относиться как 197,35:172,17=1,146. Практически можно брать 1:1 по весу, или витерита брать на 15% больше, чем гипса.Therefore, the weighted amounts of viterite and gypsum should be related as 197.35: 172.17 = 1.146. In practice, you can take 1: 1 by weight, or take Viterite 15% more than gypsum.

Оба компонента (гипс и витерит) следует добавлять в виде песчаной фракции, размером 1-2 мм.Both components (gypsum and witerite) should be added as a sand fraction, 1-2 mm in size.

Гипс не фиксирует растворенный радий, а только добавляет в состав радиоактивных грунтовых вод первый из составов геохимического барьера.Gypsum does not record dissolved radium, but only adds the first of the geochemical barrier to the composition of radioactive groundwater.

Витерит (ВаСО3), при растворении которого в радиоактивную воду, поступает другой компонент (катион Ва+2), и дает новообразованный радиобарит (Ba, Ra)SO4 - нерастворимый продукт, в кристаллическую решетку которого за счет изовалентного изоморфизма и входит радий, переходя тем самым в нерастворимое состояние, поскольку радиус иона Ва+2=0,138 нм, а радиус иона Ra+2=0,152 нм. Это можно сравнить с хемосорбцией.Witerite (BaCO 3 ), upon dissolution of which into radioactive water, receives another component (Ba cation + 2 ), and gives a newly formed radio barite (Ba, Ra) SO 4 - an insoluble product, in the crystal lattice of which radium enters due to isovalent isomorphism, thereby passing into an insoluble state, since the radius of the Ba ion is +2 = 0.138 nm, and the radius of the ion is Ra +2 = 0.152 nm. This can be compared to chemisorption.

Поскольку для образования геохимического барьера нужен сульфат-ион, который существует только в окислительной обстановке, то необходимо в состав барьера добавлять оксиды железа - минералы гематит (hematite) Fe2O3, гетит (goethite) FeOOH в виде песчаной фракции фракции 2-5 мм, помещаемые в ящик на всю высоту, поскольку ниже уровня грунтовых вод сульфат-ион переходит в ион HS-. Именно для создания в районе барьера окислительных условий и нужны оксиды железа.Since the formation of a geochemical barrier requires a sulfate ion, which exists only in an oxidizing environment, it is necessary to add iron oxides to the composition of the barrier - hematite minerals Fe 2 O 3 , goethite FeOOH in the form of a sand fraction of a fraction of 2-5 mm placed in a box to the entire height, since below the level of groundwater, the sulfate ion passes into the HS - ion. It is for the creation of oxidizing conditions in the barrier region that iron oxides are needed.

Для фиксации радия в виде радиобарита (Ba, Ra)SO4 нужны фактически только гипс и витерит. Гематит и гетит с баритом нужны именно для создания геохимической среды, где существуют ионы SO4-2.To fix radium in the form of a radio barite (Ba, Ra) SO 4 , only gypsum and witerite are actually needed. Hematite and goethite with barite are needed precisely to create a geochemical environment where SO 4 -2 ions exist.

Кроме этих минералов, в состав геохимического барьера можно добавить барита (10-15% от веса витерита) в виде фракции 2-5 см. Этот барит будет сорбировать растворенный радий, но не образовывать радиобарита. К тому же возможна десорбция радия с поверхности барита.In addition to these minerals, barite (10-15% of the weight of witerite) can be added to the composition of the geochemical barrier as a fraction of 2-5 cm. This barite will absorb dissolved radium, but not form a radio barite. In addition, desorption of radium from the surface of barite is possible.

Это подтверждается фигурами 1 и 2, которые показывают, что барит практически нерастворим в воде, тогда как витерит хорошо растворим, особенно в кислой и нейтральной среде.This is confirmed by figures 1 and 2, which show that barite is practically insoluble in water, while witerite is highly soluble, especially in an acidic and neutral environment.

Геохимическая роль барита - быть возможным центром кристаллизации, он должен способствовать образованию зародышей нового радиобарита. Источником катиона бария - Ва+2 будет витерит.The geochemical role of barite is to be a possible center of crystallization, it should contribute to the formation of nuclei of a new radio barite. The source of barium cation - Ba +2 will be witerite.

Практически соотношение компонент, вес.%, составляетPractically the ratio of the components, wt.%, Is

наполнитель 60-70filler 60-70

гипс 10-15gypsum 10-15

витерит 10-15witerite 10-15

барит 1-2barite 1-2

гетит и/или гематит 5-10goethite and / or hematite 5-10

и будет зависеть от конкретных условий установки ГБ.and will depend on the specific installation conditions of GB.

Для подтверждения осуществимости способа был проведен ряд опытов.To confirm the feasibility of the method, a series of experiments was carried out.

Испытания проводились следующим образом.The tests were carried out as follows.

I. 1 грамм смеси витерита и гипса в виде порошка помещался в тефлоновую пробирку и при комнатной температуре в статистическом режиме заливалась 20 мл жидкой фазы. Ее готовили путем смешения 10 мл стандартного эталонного раствора, содержащего 226Ra, и 10 мл поверхностной природной воды. Эта жидкая смесь имела рН 6,8-7,0 и в ходе процесса поглощения радия рН заметно не менялся.I. 1 gram of a mixture of witerite and gypsum in the form of a powder was placed in a Teflon tube and at room temperature in a statistical mode 20 ml of the liquid phase was poured. It was prepared by mixing 10 ml of a standard standard solution containing 226 Ra and 10 ml of surface natural water. This liquid mixture had a pH of 6.8-7.0, and during the process of absorption of radium, the pH did not noticeably change.

Через 4, 24, 72 и 192 часа твердую фазу отделяли от жидкой путем центрифугирования и из модельных сорбционных систем отбирали аликвотную часть раствора объемом 1 мл для определения удельной активности радия. Затем при периодическом перемешивании продолжали перемешивание.After 4, 24, 72, and 192 hours, the solid phase was separated from the liquid phase by centrifugation, and an aliquot of a 1 ml solution was taken from model sorption systems to determine the specific activity of radium. Then, with periodic stirring, stirring was continued.

Через 8 суток контакта фазы вновь разделяли на центрифуге. После этого жидкую фазу анализировали на содержание радия. Твердую фазу предварительно промывали 2 мл дистиллированной воды и исследовали методом последовательных вытяжек на прочность поглощения 226Ra. Применяли дистиллированную воду, 1 M раствора ацетата аммония и соляную кислоту. Объем экстрагента составлял 20 мл, время экстракции - 24 часа.After 8 days of contact, the phases were again separated in a centrifuge. After that, the liquid phase was analyzed for radium content. The solid phase was pre-washed with 2 ml of distilled water and examined by the method of successive extracts on the absorption strength of 226 Ra. Distilled water, 1 M ammonium acetate solution and hydrochloric acid were used. The volume of extractant was 20 ml, the extraction time was 24 hours.

Затем фазы разделяли центрифугированием и жидкую фазу отбирали для определения удельной активности 226Ra. Измерения производились на приборе «Альфа-1» эманационным методом с пределом обнаружения 226Ra около 0,07 Бк и неопределенностью определения 15%.Then the phases were separated by centrifugation and the liquid phase was selected to determine the specific activity of 226 Ra. The measurements were carried out on an Alpha-1 instrument by the emanation method with a detection limit of 226 Ra of about 0.07 Bq and a determination uncertainty of 15%.

На основании полученных данных рассчитывали степень (%) извлечения радионуклида.Based on the data obtained, the degree (%) of radionuclide recovery was calculated.

Полученные результаты показали, что представленные на испытания компоненты обладают высокой степенью поглощения 226Ra, которая изменяется, при разном времени контакта фаз, в диапазонах от 86,4 до 100 и от 99,4 до 100% для растворов с исходной удельной активностью 422,762 Бк/л и 24,949 кБк/л.The results showed that the components presented for testing have a high degree of absorption of 226 Ra, which varies, with different phase contact times, in the range from 86.4 to 100 and from 99.4 to 100% for solutions with an initial specific activity of 422.762 Bq / L and 24.949 kBq / L.

Максимально высокие степени поглощения радия отмечаются уже через 4 часа контакта фаз, причем по истечении времени экспозиции активность радия в жидкой фазе оказалась ниже чувствительности эманационного метода его определения (0,07 Бк). Радий поглощается прочно, при этом доля радия, способного десорбировать, не более 5,5% от сорбированного количества.The highest levels of radium absorption are observed after 4 hours of phase contact, and after the exposure time, the activity of radium in the liquid phase was lower than the sensitivity of the emanation method for its determination (0.07 Bq). Radium is absorbed firmly, while the proportion of radium capable of desorbing is not more than 5.5% of the sorbed amount.

Эффективное прочное поглощение радия из растворов с концентрациями радия, намного превышающими допустимые санитарно-гигиенические нормы для вод народно-хозяйственного назначения (от 1000 до 50000 уровней вмешательства), свидетельствует о высокой сорбционной емкости представленных образцов геохимического барьера на радий. Отсюда открывается перспектива использования этих составов в качестве геохимического барьера на пути миграции радия в природно-антропогенных экосистемах.The effective durable absorption of radium from solutions with radium concentrations far exceeding the permissible sanitary standards for industrial water (from 1000 to 50,000 intervention levels) indicates a high sorption capacity of the presented samples of the geochemical barrier to radium. This opens up the prospect of using these compounds as a geochemical barrier to the migration of radium in natural and anthropogenic ecosystems.

Процесс образования радиобарита включает в себя следующие фазы.The process of formation of the radio barite includes the following phases.

Растворение гипса CaSO4×2H2O=Са+2+SO4-2+2H2O.Gypsum dissolution CaSO 4 × 2H 2 O = Ca + 2 + SO 4 -2 + 2H 2 O.

Растворение витерита ВаСО3=Ва+2+СО3-2.Dissolution of Viterite BaCO 3 = Ba + 2 + CO 3 -2 .

Взаимодействие ионов бария и сульфат-иона: Ва+2+SO4-2=BaSO4 кр.The interaction of barium ions and sulfate ion: Ва +2 + SO 4 -2 = BaSO 4 cr.

В кристаллическую решетку этого новообразованного барита и входит, за счет изовалентного изоморфизма, растворенный радий, переходя тем самым в неподвижное состояние.Dissolved radium enters into the crystal lattice of this newly formed barite, due to isovalent isomorphism, thereby passing into a stationary state.

Испытания показали, что использование барита (BaSO4) способствует извлечению радия из грунтовых вод только за счет сорбции, поскольку растворимость барита на всем интервале рН крайне мала - 10-4,75 моль/л (2 мг/л, фиг. 1). Витерит (ВаСО3) растворим в щелочных и кислых водах - 0,1 моль/л при рН 8,3 и 10-2,8 моль/л при рН≥10 (≥20 мг/л. фиг. 2).Tests have shown that the use of barite (BaSO 4 ) contributes to the extraction of radium from groundwater only due to sorption, since the solubility of barite over the entire pH range is extremely small - 10 -4.75 mol / l (2 mg / l, Fig. 1). Witerite (BaCO 3 ) is soluble in alkaline and acidic waters - 0.1 mol / L at pH 8.3 and 10-2.8 mol / L at pH≥10 (≥20 mg / L. Fig. 2).

II. Расчет исходных компонентов и результаты опытов.II. Calculation of the starting components and experimental results.

Было приготовлено два содержащих радий-226 исходных раствора.Two radium-226 containing stock solutions were prepared.

Первый раствор с удельной активностью жидкой фазы 422,762 Бк/л и второй раствор с удельной активностью жидкой фазы 249,49 кБк/л.The first solution with a specific activity of the liquid phase of 422.762 Bq / l and the second solution with a specific activity of the liquid phase of 249.49 kBq / l.

Весовые количества компонентов брались, исходя из мольных соотношений. Образцы минералов растирались в ступке до фракции 1-2 мм.Weight amounts of components were taken based on molar ratios. Mineral samples were ground in a mortar to a fraction of 1-2 mm.

1-й опыт. Согласно возможной реакции витерит и сульфид железа - пирит - ВаСО3+FeS2 смешивалось 10 г витерита и 3 г пирита. Поскольку пирит очень плохо растворим, то итог опыта практически отрицательный. Через 192 часа степень извлечения радия из 1-го раствора с удельной активностью жидкой фазы 422,762 Бк/л составила 60,6% и 85,9% из 2-го раствора с удельной активностью жидкой фазы 249,49 кБк/л.1st experience. According to a possible reaction, witerite and iron sulfide - pyrite - BaCO 3 + FeS 2 mixed 10 g of witerite and 3 g of pyrite. Since pyrite is very poorly soluble, the result of the experiment is almost negative. After 192 hours, the degree of extraction of radium from the first solution with a specific activity of the liquid phase of 422.762 Bq / L was 60.6% and 85.9% of the second solution with a specific activity of the liquid phase of 249.49 kBq / L.

Десорбировано обратно в раствор после обработки 1 M соляной кислотой 21,33% радия из первого раствора и 18,8% из второго раствора.After treatment with 1 M hydrochloric acid, 21.33% radium from the first solution and 18.8% from the second solution are desorbed back into the solution.

2-й опыт. Согласно возможной реакции ВаСО3+CaSO4·2H2O смешивалось 10 г витерита и 9 г гипса. Через 192 часа степень извлечения радия из 1-го раствора составила 93.6% и 99,9% из 2-го раствора.2nd experience. According to a possible reaction of BaCO 3 + CaSO 4 · 2H 2 O, 10 g of witerite and 9 g of gypsum were mixed. After 192 hours, the degree of extraction of radium from the 1st solution was 93.6% and 99.9% from the 2nd solution.

Десорбировано обратно в раствор после обработки 1 M соляной кислотой 0,45% и из 2-го раствора 0,06% радия.Desorbed back into the solution after treatment with 1 M hydrochloric acid 0.45% and from a 2nd solution of 0.06% radium.

3-й опыт. Согласно возможной реакции ВаСО3+CaSO4·2H2O+FeS2 смешивалось 10 г витерита, 9 г гипса и 3 г пирита. Через 192 часа степень извлечения радия из раствора составила 100% из 1-го раствора и 99,9% из второго.3rd experience. According to a possible reaction, BaCO 3 + CaSO 4 · 2H 2 O + FeS 2 mixed 10 g of witerite, 9 g of gypsum and 3 g of pyrite. After 192 hours, the degree of extraction of radium from the solution was 100% from the first solution and 99.9% from the second.

Десорбировано обратно в раствор после обработки 1 M соляной кислотой 0,10% радия из 1-го раствора и 0,14% радия из второго раствора.After treatment with 1 M hydrochloric acid, 0.10% radium from the 1st solution and 0.14% radium from the second solution are desorbed back into the solution.

4-й опыт. Согласно возможной реакции BaSO4+FeS2 смешивалось 30 г барита и 15 г пирита. Через 192 часа степень извлечения радия из раствора составила 98,3% из первого и 99,9% из второго раствора.4th experience. According to a possible reaction, BaSO 4 + FeS 2 mixed 30 g of barite and 15 g of pyrite. After 192 hours, the degree of extraction of radium from the solution was 98.3% from the first and 99.9% from the second solution.

Десорбировано обратно в раствор после обработки 1 M соляной кислотой 2,48% радия из первого и 1,62% из второго.After treatment with 1 M hydrochloric acid, 2.48% of the first and 1.62% of the second are desorbed back into the solution.

5-й опыт. Согласно возможной реакции BaSO4+CaSO4·2H2O смешивалось 30 г барита и 22 г гипса. Через 192 часа степень извлечения радия из 1-го раствора составила 93,1% и 99,7% из второго.5th experience. According to a possible reaction, BaSO 4 + CaSO 4 · 2H 2 O mixed 30 g of barite and 22 g of gypsum. After 192 hours, the degree of extraction of radium from the first solution was 93.1% and 99.7% from the second.

Десорбировано обратно в раствор после обработки 1 M соляной кислотой 0,97% радия из первого и 0,52% из второго раствора.After treatment with 1 M hydrochloric acid, 0.97% of radium from the first and 0.52% from the second solution are desorbed back into the solution.

Итогом опытов является вывод о необходимости обязательного использования витерита ВаСО3 и гипса CaSO4·2H2O.The result of the experiments is the conclusion about the need for mandatory use of viterite BaCO 3 and gypsum CaSO 4 · 2H 2 O.

Ящики из металлической сетки, которые будут закрывать дрены, следует заполнять щебнем из бескарбонатных магматических пород на 60-70%. Оставшийся объем заполняется на 5-10% гематитом и/или гетитом и по 10-15% витеритом и гипсом. В количестве 1-2% можно добавить барит.Boxes of metal mesh that will cover the drains should be filled with crushed stone from carbonate-free igneous rocks by 60-70%. The remaining volume is filled with 5–10% hematite and / or goethite and 10–15% each with viterite and gypsum. In the amount of 1-2%, barite can be added.

Использование изобретения позволит снизить уровень радиоактивного загрязнения зараженных радием территорий до действующих норм радиационной безопасности и предотвратить водную миграцию радия. Это будет способствовать улучшению экологии региона и предотвращению радиационного поражения населения. При этом радиоактивный радий не извлекается из грунтовых вод на земную поверхность, а геохимический барьер на радий выполняется из доступных природных минералов.The use of the invention will reduce the level of radioactive contamination of territories infected with radiation to the current radiation safety standards and prevent the water migration of radium. This will contribute to improving the ecology of the region and preventing radiation damage to the population. In this case, radioactive radium is not extracted from groundwater to the earth's surface, and the geochemical barrier to radium is carried out from available natural minerals.

Claims (10)

1. Способ локализации радиоактивных загрязнений, заключающийся в постановке на путях миграции радиоактивных грунтовых вод геохимического барьера с фиксацией радионуклида в образующейся нерастворимой в воде твердой минеральной фазе, отличающийся тем, что геохимический барьер на радий-226 выполняют из твердых наполнителя, оксида железа и рабочих компонентов, при растворении которых выделяется сульфат-ион S O 4 2
Figure 00000001
и катион Ba+2, а радий-226 фиксируют в кристаллической решетке образующегося радиобарита (Ba, Ra)SO4.
1. The method of localization of radioactive contamination, which consists in setting up a geochemical barrier on the paths of radioactive groundwater migration with fixation of the radionuclide in the solid mineral phase formed in water insoluble, characterized in that the geochemical barrier to radium-226 is made of solid filler, iron oxide and working components upon dissolution of which sulfate ion is released S O four - 2
Figure 00000001
and cation Ba +2 , and radium-226 is fixed in the crystal lattice of the resulting radio barite (Ba, Ra) SO 4 .
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вещества, содержащего сульфат-ион, используют гипс CaSO4·2H2O.2. The method according to p. 1, characterized in that the gypsum CaSO 4 · 2H 2 O is used as the substance containing the sulfate ion. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вещества, содержащего катион Ba+2, используют витерит BaCO3.3. The method according to p. 1, characterized in that as a substance containing a Ba + 2 cation, Witerite BaCO 3 is used . 4. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что используют гипс и витерит при мольном соотношении 1:1-1,15.4. The method according to PP. 2 and 3, characterized in that gypsum and witerite are used in a molar ratio of 1: 1-1.15. 5. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что гипс и витерит используют в виде фракции 1-3 мм.5. The method according to PP. 2 and 3, characterized in that gypsum and witerite are used in the form of a fraction of 1-3 mm. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксидов железа используют гетит FeOOH и/или гематит Fe2O3 фракции 2-5 мм.6. The method according to p. 1, characterized in that goethite FeOOH and / or hematite Fe 2 O 3 fractions of 2-5 mm are used as iron oxides. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют щебень фракции 1-5 см.7. The method according to p. 1, characterized in that as a filler using crushed stone fractions of 1-5 cm 8. Способ по пп. 1 и 7, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют бескарбонатные магматические породы - гранит, или диорит, или дунит, или диабаз.8. The method according to PP. 1 and 7, characterized in that as a filler using carbonate-free igneous rocks - granite, or diorite, or dunite, or diabase. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение компонент геохимического барьера, вес.%, составляет:
наполнитель 60-70
гипс 10-15
витерит 10-15
барит 1-2
гетит и/или гематит 5-10.
9. The method according to p. 1, characterized in that the ratio of the components of the geochemical barrier, wt.%, Is:
filler 60-70
gypsum 10-15
witerite 10-15
barite 1-2
goethite and / or hematite 5-10.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что все компоненты помещают в сетчатые ящики, устанавливаемые в дренах. 10. The method according to p. 1, characterized in that all components are placed in mesh boxes installed in the drains.
RU2015120288/07A 2015-05-29 2015-05-29 Method of localising radioactive contaminants RU2586072C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120288/07A RU2586072C1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Method of localising radioactive contaminants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120288/07A RU2586072C1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Method of localising radioactive contaminants

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2586072C1 true RU2586072C1 (en) 2016-06-10

Family

ID=56115245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120288/07A RU2586072C1 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Method of localising radioactive contaminants

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2586072C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108182983A (en) * 2017-12-28 2018-06-19 北京航天新风机械设备有限责任公司 A kind of administering method of uranium purifying radioactive wastewater

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2069905C1 (en) * 1993-10-25 1996-11-27 Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых Method for localizing radioactive contaminants of soil and ground water
US6531064B1 (en) * 1994-06-20 2003-03-11 Jane Anne Rose Method for removal of radionuclide contaminants from groundwater

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2069905C1 (en) * 1993-10-25 1996-11-27 Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых Method for localizing radioactive contaminants of soil and ground water
US6531064B1 (en) * 1994-06-20 2003-03-11 Jane Anne Rose Method for removal of radionuclide contaminants from groundwater

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108182983A (en) * 2017-12-28 2018-06-19 北京航天新风机械设备有限责任公司 A kind of administering method of uranium purifying radioactive wastewater

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gómez et al. Modeling of geochemical processes related to uranium mobilization in the groundwater of a uranium mine
Madzivire et al. Fate of the naturally occurring radioactive materials during treatment of acid mine drainage with coal fly ash and aluminium hydroxide
De Pourcq et al. A clay permeable reactive barrier to remove Cs-137 from groundwater: column experiments
Kumar et al. Characterization of groundwater composition in Punjab state with special emphasis on uranium content, speciation and mobility
Lieberman et al. Coal fly ash as a potential fixation reagent for radioactive wastes
Liu et al. Migration chemistry and behaviour of iodine relevant to geological disposal of radioactive wastes. A literature review with a compilation of sorption data
Stille et al. REE mobility in groundwater proximate to the natural fission reactor at Bangombé (Gabon)
Saunders et al. Modeling of radionuclide and heavy metal sorption around low-and high-pH waste disposal sites at Oak Ridge, Tennessee
Landa Naturally occurring radionuclides from industrial sources: characteristics and fate in the environment
Wade et al. Tier 1 risk assessment of selected radionuclides in sediments of the Mooi River catchment
Korychenskyi et al. Speciation and mobility of uranium in tailings materials at the U-production legacy site in Ukraine
RU2586072C1 (en) Method of localising radioactive contaminants
Andersson et al. Sorption of radionuclides in geologic systems
Emerson et al. Plutonium binding affinity to sediments increases with contact time
Krejzler et al. Adsorption of strontium, europium and americium (III) ions on a novel adsorbent Apatite II
Heuel-Fabianek Partition coefficients (Kd) for the modelling of transport processes of radionuclides in groundwater
Olsen et al. Chemical, geological, and hydrological factors governing radionuclide migration from a formerly used seepage trench: a field study. Environmental Sciences Division publication No. 2202
Cheremisina et al. Problems of protection of urban areas from radionuclides strontium-90 and caesium-137 after technological disasters
Seliman et al. Remobilization of 60 Co, 85 Sr, 137 Cs, 152 Eu, and 241 Am from a Contaminated Soil Column by Groundwater and Organic Ligands
Fernandes et al. Critical analysis of the waste management performance of two uranium production units in Brazil—part I: Poços de Caldas production centre
Merkel et al. Remediation of sites contaminated by radionuclides
Nieder et al. Health Risks Associated with Radionuclides in Soil Materials
RU2069905C1 (en) Method for localizing radioactive contaminants of soil and ground water
Brady et al. Soil radionuclide plumes
Rachkova First Data on the Efficiency of the Conservation of the Near-Surface Radioactive Waste Repository at the Former Radium Extraction Plant

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170530