Научная статья на тему 'Фосфатные сорбенты на основе доломита для извлечения радионуклидов кобальта и стронция из модельных растворов морской воды'

Фосфатные сорбенты на основе доломита для извлечения радионуклидов кобальта и стронция из модельных растворов морской воды Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
381
71
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОРБЕНТЫ / SORBENTS / ФОСФАТЫ CA-MG / CA-MG PHOSPHATES / ДОЛОМИТ / DOLOMITE / 60CO / 85SR / ЖИДКИЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ / LIQUID RADIOACTIVE WASTES / МОРСКАЯ ВОДА / SEAWATER

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Китикова Наталья Владиленовна, Иванец Андрей Иванович, Шашкова Ирина Лукинична, Радкевич Артем Валерьянович, Шемет Людмила Васильевна

Изучены процессы поглощения радионуклидов 60Со и 85Sr из модельных растворов морской воды в интервале солесодержания 0-35 г/л фосфатными сорбентами различного состава, полученными из природного доломита. Установлено, что эффективность фосфатных сорбентов зависит от условий фосфатирования доломита, которые определяют химический и фазовый состав сорбентов, их кислотно-основные свойства и, как следствие, различные селективносорбционные свойства по отношению к радионуклидам 60Со и 85Sr в водных растворах и модельных растворах морской воды. Наиболее эффективным сорбентом радионуклидов 60Со и 85Sr является образец, состоящий из средних фосфатов кальция, магния имагнийаммонийфосфата (ФД-2), что обусловлено щелочными свойствами поверхности. Установлена высокая сорбционная селективность сорбента ФД-2 по отношению к радионуклиду 60Со, который сохраняет сорбционные характеристики к радионуклиду 60Со в растворах с максимальным солесодержанием 35 г/л ( K d 0,4 × 104 см3/г, степень извлечения 88 %). Высокие селективно-сорбционные свойства данного сорбента сохраняются при извлечении радионуклидов 60Со, 137Cs и 85Sr из многокомпонентного раствора.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Китикова Наталья Владиленовна, Иванец Андрей Иванович, Шашкова Ирина Лукинична, Радкевич Артем Валерьянович, Шемет Людмила Васильевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Phosphate sorbents based on dolomite for cobalt and strontium radionuclides removal from modeling seawater solutions

The processes of radionuclides 60Co and 85Sr uptake from modeling seawater solutions with salt content 0-35 g/L by phosphate sorbents produced from natural dolomite have been studied. It has been considered that the efficiency of phosphate sorbents depends on the dolomite phosphating conditions which determine the chemical and phases composition of sorbents, acid-base properties and consequently various selective-sorption properties with respect to radionuclides 60Со and 85Sr in aqueous and modeling seawater solutions. The most effective sorbent of radionuclides 60Со and 85Sr is a sample consisting of tertiary phosphates of calcium, magnesium and magnesium ammonium phosphate (FD-2) due to alkaline surface properties. The high sorption selectivity of the FD-2 sorbent with respect to the 60Co radionuclide was established. The sorbent retains almost completely the sorption characteristics with respect to radionuclide 60Co in solutions with a maximum salt content of 35 g/L ( K d 60Co 0,4× 104 cm3/g, 88 % degree of recovery). High selective-sorption properties of this sorbent are retained when the radionuclides 60Со, 137Cs and 85Sr are extracted from the multicomponent solution.

Текст научной работы на тему «Фосфатные сорбенты на основе доломита для извлечения радионуклидов кобальта и стронция из модельных растворов морской воды»

11. Касиков А. Г. Использование жидкостной экстракции в новых гидрометаллургических процессах переработки медно-никелевого сырья Кольской горно-металлургической компании // Цветные металлы. 2012. № 7. С. 29-35.

12. Пат. 2630988 Рос. Федерация, МПК С 01 В 17/90, С 22 В 15/00, 23/00, 3/26 (2006.01). Способ переработки сернокислого раствора, содержащего примесные элементы / Касиков А. Г., Петрова А. М., Багрова Е. Г.; Инт химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН. № 2016150231/02; заявл. 20.12.2016; опубл. 15.09.2017, Бюл. № 26.

Сведения об авторах Касиков Александр Георгиевич

кандидат химических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия Kasikov@chemy .kolasc .net.ru Багрова Елена Георгиевна

инженер, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия Kasikov@chemy.kolasc.net.ru Петрова Анна Михайловна

кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия Petrova_am@mail.ru Щелокова Елена Анатольевна

кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева

ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия

shchelokova@chemy.kolasc.net.ru

Kasikov Alexandr Georgievich

PhD (Chemistry), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Kasikov@chemy.kolasc.net.ru

Bagrova Elena Georgievna

Engineer, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Kasikov@chemy.kolasc.net.ru Petrova Anna Mihailovna

PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Petrova_am@mail.ru Shchelokova Elena Anatol'evna

PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia schelokova@chemy.kolasc.net.ru

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.279-285 УДК 541.83 + 544.58

ФОСФАТНЫЕ СОРБЕНТЫ НА ОСНОВЕ ДОЛОМИТА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ КОБАЛЬТА И СТРОНЦИЯ ИЗ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ МОРСКОЙ ВОДЫ

Н. В. Китикова1, А. И. Иванец1, И. Л. Шашкова1, А. В. Радкевич2, Л. В. Шемет2, А. М. Зарубо2

1 Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь

2 Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — Сосны НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь

Аннотация

Изучены процессы поглощения радионуклидов 60Со и 85Sr из модельных растворов морской воды в интервале солесодержания 0-35 г/л фосфатными сорбентами различного состава, полученными из природного доломита. Установлено, что эффективность фосфатных сорбентов зависит от условий фосфатирования доломита, которые определяют химический и фазовый состав сорбентов, их кислотно-основные свойства и, как следствие, различные селективно-сорбционные свойства по отношению к радионуклидам 60Со и 85Sr в водных растворах и модельных растворах морской воды. Наиболее эффективным сорбентом радионуклидов 60Со и 85Sr является образец, состоящий из средних фосфатов кальция, магния и

магнийаммонийфосфата (ФД-2), что обусловлено щелочными свойствами поверхности. Установлена высокая сорбционная селективность сорбента ФД-2 по отношению к радионуклиду 60Со, который сохраняет сорбционные характеристики к радионуклиду 60Со в растворах с максимальным солесодержанием 35 г/л (Kd 0,4 х 104 см3/г, степень извлечения 88 %). Высокие селективно-сорбционные свойства данного сорбента сохраняются при извлечении радионуклидов 60Со, 137Cs и 85Sr из многокомпонентного раствора. Ключевые слова:

сорбенты, фосфаты Ca-Mg, доломит, 60Co, 85Sr, жидкие радиоактивные отходы, морская вода.

PHOSPHATE SORBENTS BASED ON DOLOMITE FOR COBALT AND STRONTIUM RADIONUCLIDES REMOVAL FROM MODELING SEAWATER SOLUTIONS

N. V. Kitikova1, A. I. Ivanets1, I. L. Shashkova1, A. V. Radkevich2, L. V. Shemet2, A. М. Zarubo2

11nstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus

2 Joint Institute for Power and Nuclear Research — Sosny of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Republic Belarus

Abstract

The processes of radionuclides 60Co and 85Sr uptake from modeling seawater solutions with salt content 0-35 g/L by phosphate sorbents produced from natural dolomite have been studied. It has been considered that the efficiency of phosphate sorbents depends on the dolomite phosphating conditions which determine the chemical and phases composition of sorbents, acid-base properties and consequently various selective-sorption properties with respect to radionuclides 60Со and 85Sr in aqueous and modeling seawater solutions. The most effective sorbent of radionuclides 60Со and 85Sr is a sample consisting of tertiary phosphates of calcium, magnesium and magnesium ammonium phosphate (FD-2) due to alkaline surface properties. The high sorption selectivity of the FD-2 sorbent with respect to the 60Co radionuclide was established. The sorbent retains almost completely the sorption characteristics with respect to radionuclide 60Co in solutions with a maximum salt content of 35 g/L (Kd 60Co 0,4 х 104 cm3/g, 88 % degree of recovery). High selective-sorption properties of this sorbent are retained when the radionuclides 60Со, 137Cs and 85Sr are extracted from the multicomponent solution. Keywords:

sorbents, Ca-Mg phosphates, dolomite, 60Co, 85Sr, liquid radioactive wastes, seawater.

В процессе эксплуатации предприятий атомной промышленности (атомных электростанций, судов атомного флота, специализированных химико-металлургических комбинатов) накапливается огромное количество жидких радиоактивных отходов (ЖРО) сложного солевого и радионуклидного состава, поэтому минимизация объёма таких отходов и переведение их в форму, пригодную для экономически приемлемого и экологически безопасного захоронения, являются одними из важнейших и актуальных задач предприятий атомной промышленности [1]. Среди радионуклидов наиболее высокую опасность для человека и окружающей среды представляют долгоживущие радионуклиды 137Cs (тш = 30,2 лет), 90Sr (тш = 28,8 лет) и 60Co (тш = 5,3 лет).

Чрезвычайно высокий научный и практический интерес для решения данных задач представляют сорбционные материалы, обладающие высокой емкостью и селективностью по отношению к извлекаемым катионам. Как свидетельствуют многочисленные исследования, к таким материалам относятся фосфаты кальция, среди которых наибольшей известностью пользуются природные фосфаты и гидроксиапатит. Вместе с тем, наши предыдущие работы показали, что фосфаты кальция и магния неапатитовой структуры значительно превосходят гидроксиапатит по емкости поглощения ионов целого ряда двух- и трехвалентных металлов [2-6] благодаря комплексу протекающих процессов, включающих ионный обмен, растворение — осаждение, топохимическое взаимодействие на границе раздела фаз. Отличительной особенностью фосфатных сорбентов является их высокая радиационная устойчивость, возможность их использования в широком диапазоне рН очищаемых растворов, низкая растворимость образующихся фосфатов, что обеспечивает прочное удержание радионуклидов. Кроме этого, фосфатные материалы легко подвергаются цементированию.

Производство синтетических фосфатов кальция и магния является достаточно дорогостоящим, однако применение природного сырья может способствовать его удешевлению. В частности, в качестве источника кальция и магния может быть использован доломит, широко распространенный во многих странах.

Целью настоящей работы было изучение процесса поглощения радионуклидов 60Со и 85 Sr из модельных растворов морской воды в интервале концентраций солесодержания 0-35 г/л фосфатными сорбентами различного состава.

Объектами исследования являлись фосфатные сорбенты, полученные различными способами из природного доломита месторождения Руба (Витебская область, Республика Беларусь). Для облегчения процесса фосфатирования доломит подвергали предварительной термической активации при температуре 800 °С. Термообработанный материал по химическому составу представляет собой смесь MgO-и CaCO3. Условия

дальнейшего фосфатирования и состав полученных материалов на основании проведенного химического и рентгенофазового анализов приведены в таблице и на рис. 1.

Условия получения сорбентов и их состав [3]

Образец Условия получения Химический состав, ммоль/г Брутто состав

предварительное растворение фосфатирующий агент Ca Mg PO4

ФД-1 - H3PO4 (С = 20 %) 3,91 1,99 4,93 Ca2Mg(HPO4)s-8,7H2O [3]

ФД-2 HNO3 H3PO4 + NH4OH (pH 10) 1,84 3,07 3,78 CaMg1,5(NH4)(PO4)2l2,5H2O [3]

ФД-3 - NaHPO4 5,27 5,09 1,56 Ca0,6Mg:(PO4)y(HPO4)1,6-r (CaCOs)4,7(MgO)5,1-x7,8H2O [4]

Рис. 1. Дифрактограммы фосфатных сорбентов ФД-1 (а); ФД-2 (б) и ФД-3 (в)

Как видно из представленных данных, на основе доломита варьированием условий синтеза могут быть получены фосфатные соединения, отличающиеся формой фосфатного аниона — гидрофосфаты (ФД-1), средние (ФД-2) и смешанные фосфаты (ФД-3), молярными соотношениями Ca/Mg и (Ca + Mg) / P, а также наличием примесных фаз (ФД-2, ФД-3). Некоторое несоответствие представленных дифрактограмм соединений их брутто составам объясняется тем, что средние фосфаты кальция и магния, как правило, представляют собой рентгеноаморфные соединения, характеризующиеся рефлексами низкой интенсивности, в то время как магнийаммонийфосфат представляет собой соединение с высокой степенью кристалличности.

Различие в катионном и анионном составе сорбентов находит отражение в особенностях их кислотно-основных характеристик в растворах с различным значением рН. Изменение рН исходных растворов после контакта с сорбентами позволяет определить такое важное свойство поверхности сорбента, как рН точки нулевого заряда (рНтнз). При изменении рН раствора меняется также заряд анионов и катионов на поверхности сорбента, что существенно сказывается на способности сорбента связывать тот или иной ион. Как известно, участок равновесных значений рН на горизонтальном плато соответствует значениям рНтнз (рис. 2). Для исследуемых сорбентов полученные значения рНтнз возрастают в ряду ФД-1 < ФД-3 < ФД-2, составляя значения 7,2, 7,34 и 8,4 соответственно.

5

pHo

Рис. 2. Влияние рН исходных растворов (рН0) с солесодержанием 35,0 г/л на изменение рН растворов после контакта с сорбентами (рН/)

Извлечение радионуклидов 60Со и 858г из водных растворов и модельных растворов морской воды концентрацией 5,0-35,0 г/л изучали в статических условиях при комнатной температуре, соотношение твердой и жидкой фазы составляло т : V = 0,1 : 50 г/мл, навески сорбентов выдерживали в растворе 24 ч, рН 8,0 ± 0,5. Исходный раствор готовили растворением хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов МС1 (М = К, №) или МСЪ (М = Mg, Са) и MgSO4•6H2O в дистиллированной воде [5]. Состав модельного раствора с солесодержанием 35,0 г/л примерно соответствует составу реальной морской воды.

9

8

6

Сорбционные способности сорбентов оценивали по степени извлечения (5", %) и коэффициенту

распределения (К^ см3/г) радионуклидов 6"Со и рассчитьшаемых по формулам (1) и (2):

А. . — А

1Г111 -"сц

s =■

к, =

А

init

'^illit А

eq

eq

X 100%

V х —

т

(1)

(2)

где Ainit и Aeq (кБк/л) активности растворов до и после взаимодействия с растворами соответственно (MKS АТ1315 Y, ß-spectrometer, Atomtex, Беларусь).

Эксперименты по извлечению радионуклидов из многокомпонентной смеси 60Со + 85 Sr + 137Cs осуществляли из водного раствора при продолжительности контакта с сорбентами 2 ч.

Для установления характера химических и фазовых процессов, происходящих при контакте сорбентов с радионуклидами кобальта и стронция, проводили рентгенографическое исследование сорбентов, насыщенных в растворах нитратов кобальта и стронция (С = 1000 мг/л) в течение 24 ч в водном и солевом растворе.

Результаты исследований показали, что сорбенты существенно отличаются по своей активности в процессах поглощения радионуклидов 60Со и 85Sr из водных и солевых растворов. Максимальную сорбционную активность все изученные сорбенты проявили в процессах извлечения радионуклида 60Со (рис. 3, а, б).

L

3 2 1 0

(а)

0 г/л 5 г/л □ 35 г/л

ФД-1

ФД-2

ФД-3

100 80 vc60

О4

^40 20 0

(б) ■

0 г/л

1

1

ФД-1

ФД-2

ФД-3

(в)

-гй-U0 г/л

~ | —05т/я-

(г)

I

U0 г/л -05т/я-

Рис. 3. Сравнительная характеристика фосфатных сорбентов по коэффициенту распределения (а, в) и степени извлечения (б, г) радионуклидов 60Со (а, б) и 858г (в, г) из модельных растворов морской воды различной концентрации

Среди сорбентов наиболее высокие сорбционные показатели получены для сорбента ФД-2, представляющего собой смесь средних фосфатов кальция, магния и магнийаммонийфосфата. Степень извлечения радионуклида 60Со на данном сорбенте достигает 98 % из водного раствора, в то время как для сорбентов ФД-1 и ФД-3 соответствующие значения составляют 76 и 87 %. При этом сорбент ФД-2 сохраняет селективно-сорбционные свойства в солевых растворах. При увеличении концентрации солевого фона от 5 до 35 г/л степень извлечения радионуклида 60Со уменьшается до 95 и 88 % соответственно, т. е. всего на 3-10 % по сравнению с водным раствором. В то же время для двух других сорбентов степень извлечения 60Со из модельных растворов с солесодержанием 5 и 35 г/л снижается до 48 и 12 % для ФД-1, а для ФД-3 — до 58 и 30 %. Значения Кл при использовании сорбента ФД-2 в водном растворе составляет 2,4 х 104 см3/г, а в модельных солевых растворах концентрацией 5 и 35 г/л — 1,1 х 104 и 0,4 х 104 см3/г соответственно. Для ФД-1 соответствующие значения К составляют 1,6 х 103, 0,5 х 103 и 0,1 х 103 см3/г, для ФД-3 — 3,7 х 103, 0,7 х 103 и 0,2 х 103 см3/г. Согласно представленным данным, по сорбционным показателям сорбенты ФД-1 и ФД-3 мало отличаются друг от друга, в то время как сорбенту ФД-2 они уступают более чем на порядок. В целом по эффективности в процессе поглощения радионуклида 60Со сорбенты располагаются в ряд ФД-2 > ФД-3 > ФД-1.

В процессах извлечения радионуклида 858г более высокие показатели также получены на сорбенте ФД-2, а минимальные — на ФД-1 (рис. 3, в, г). Так, степень извлечения радионуклидов из водного раствора сорбентом ФД-2 составила 84 %, из модельного раствора с минимальным солесодержанием 5 г/л этот показатель уменьшился вдвое (42 %), а из наиболее насыщенного раствора (35 г/л) — в три раза (26%). Для сорбента ФД-1 степень извлечения 858г в аналогичных условиях резко понизилась до 29, 11 и 3 %. Максимальное значение Кл радионуклида 858г из водного раствора на сорбенте ФД-2 на порядок ниже, чем радионуклида

60Со (2,7 х 103 см3/г), и в солевом растворе концентрацией 35 г/л уменьшается еще на один порядок — до 0,2 х 103 см3/г. Для сорбента ФД-3 эти показатели составили 6,3 х 102 и 0,4 х 102 см3/г, а для ФД-1 — 2,1 х 102 и 0,1 х 102 см3/г. Отличие сорбционно-селективных свойств сорбентов наглядно демонстрируют дифрактограммы продуктов сорбции, полученных при взаимодействии сорбентов с растворами нитратов стабильных солей кобальта и стронция, содержащих макроколичества ионов Со2+ и 8г2+ (рис. 4).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

350 н 300 250 200 150 100 50 0

. (в) 50%

□ MgO

* Co3(PO4)2x8H2O

10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 60

2Q,град

¡¡5 100- < ♦

s 50- 4

0-» wA^-JvJ

■ CaHPO x2H O

2Q, град

(д)

(е)

, MgNH4PO4x6H2O Í CaSrs(PO4)6(OIH)2

10 20 30 40 50

2Q, град

i---1-'-1-'-1-'-1---

10 20 30 40 50

2Q, град

J*Ju

MgO

^OÜJJL^.

10 20 30 40 50 60

2Q, град

CaCO

Рис. 4. Дифрактограммы сорбентов ФД-1 (а, г), ФД-2 (б, д) и ФД-3 (в, д) после контакта с растворами Co(NÜ3)2 (а-в) и Sr(NÜ3)2 (г-е)

На дифрактограммах образцов ФД-1 и ФД-2 после взаимодействия с ионами Со2+ практически полностью исчезают рефлексы исходных фаз фосфатов кальция и магния, за исключением небольшой примеси СаНРО4-2Н2О в составе ФД-1 (рис. 4, а-в), а фазовый состав продуктов представлен фосфатом кобальта Со3(РО4)28Н2О. В составе продуктов сорбции сорбента ФД-3 в отличие от первых двух сорбентов наряду с рефлексами фосфата кобальта наблюдается сохранение фаз карбоната кальция и оксида магния. При этом содержание фосфата кобальта по данным рентгенографии составляет 26,4 %, что соответствует содержанию кальциево-магниевых фосфатов в ФД-3. Полученные данные свидетельствуют о том, что нефосфатные фазы практически не принимают участие в поглощении кобальта из раствора, а фосфаты магния полностью реагируют с ионами кобальта, превосходя по сорбционной активности фосфаты кальция. Протекающие процессы можно представить следующими схемами:

2МеНР04 + 3Со2+ ^ Соз(Р04)2 + 2Ме2+ + 2Н+, (3)

(Me)3(PÜ4)2 + 3Со2+ ^ Соз(Р04)2 + 3Ме+, (4)

2MgNH4PÜ4 + 3 Со2+ ^ Соз(Р04)2 + 2Mg2+ + 2NH4+, (5)

где Ме — Ca и Mg.

Согласно данным рентгенофазового анализа, в продуктах сорбции сорбентов ФД-1 и ФД-3 после взаимодействия с ионами Sr2+ также исчезли рефлексы гидрофосфата магния (рис. 4, г, е), а интенсивность рефлексов магнийаммонийфосфата в составе ФД-2 существенно уменьшилась (рис. 4, д). Так же как и при взаимодействии с ионами кобальта, на дифрактограмме сорбента ФД-3 сохранились рефлексы нефосфатных фаз. Отличительной особенностью дифрактограмм осадков после взаимодействия с ионами Sr2+ является отсутствие новых стронцийсодержащих фаз и сохранение фазы гидрофосфата кальция в составе ФД-1. Это объясняется сравнительно низкой концентрацией ионов Sr2+ и невысоким их поглощением сорбентами, что недостаточно для образования новой фазы или ее детектирования используемым методом. С другой стороны, для фосфатов стронция характерна слабоокристаллизованная структура. Присутствие на дифрактограмме гидрофосфата кальция обусловлено его низкой активностью в процессах взаимодействия с ионами Sr2+[2]. Появление слабых рефлексов Са-Sr апатита можно объяснить протеканием гетерогенной химической реакции между слабоокристаллизованным фосфатом кальция и ионами Sr2+ [6]:

3Саз(Р04)2 + 8Sr2+ + Н2О ^ Са2Sr8(PÜ4)6(ОН)2 + 7Са2+ + 2Н+. (6)

Наличие хорошо окристаллизованной фазы фосфата кобальта и образование рентгеноаморфного продукта с ионами стронция могут быть обусловлены различным механизмом взаимодействия фосфатных сорбентов с ионами кобальта и стронция. Так, фосфаты кобальта могут образоваться в процессе растворения

магнийфосфатных фаз и осаждения новой фосфатной фазы, а взаимодействие с ионами стронция может протекать на границе раздела фаз вследствие реакций замещения и ионного обмена.

Различие в сорбционно-селективных свойствах сорбентов по отношению к радионуклидам обусловлены как их химическим составом, так и кислотно-основными свойствами [5]. Как уже отмечалось, увеличение сорбционной активности сорбентов происходит в ряду ФД-2 > ФД-3 > ФД-1, что симбатно уменьшению щелочных свойств и, соответственно, рНтнз сорбентов (рис. 2).

Высокие сорбционные показатели фосфатных сорбентов позволяют проводить извлечение радионуклидов из мультикомпонентного раствора. В ходе пробного эксперимента по извлечению радионуклидов из их смеси (рис. 5) установлено, что в многокомпонентных растворах практически сохраняются закономерности селективно-сорбционных свойств по отношению к радионуклидам, полученные в однокомпонентных водных растворах. Так, при использовании наиболее активного сорбента — ФД-2 — степень извлечения 60Со достигает 98 % при Kd 2,6 х 104 см3/г, 85Sr — 75 % и Kd 1,5 х 103 см3/г, что фактически соответствует этим показателям при сорбции из однокомпонентных растворов. Это свидетельствует о независимом поглощении радионуклидов сорбентом, что может быть объяснено тем, что радионуклиды присутствуют в растворе в микроконцентрациях — 108-10-12 моль/л, и следовательно, их содержание многократно меньше количества сорбционных центров. Кроме того, можно предположить, что поглощение различных радионуклидов происходит разными компонентами сорбента, что снижает конкуренцию между радионуклидами. Наибольшее отклонение от показателей в однокомпонентных растворах наблюдается при проведении сорбции на сорбенте ФД-1.

(а)

100

80

□ ФД-1 60 О4

□ ФД-2 gq 40

□ ФД-3 20

Sr-85

Cs-137

Co-60

(б)

□ ФД-1

□ ФД-2

□ ФД-3

Sr-85

Cs-137

Co-60

0

Рис. 5. Сравнительная характеристика фосфатных сорбентов по коэффициенту распределения (а) и степени извлечения (б) радионуклидов 60Со, 137Cs и 85Sr из водного раствора

Таким образом, проведенные исследования показали, что сорбенты, полученные кислотным и бескислотным фосфатированием термообработанного доломита, обладают различными селективно-сорбционными свойствами по отношению к радионуклидам 60Со и 85Sr в водных растворах и модельных растворах морской соли. Эффективность фосфатных сорбентов на основе доломита зависит от условий фосфатирования доломита, которые определяют химический и фазовый состав сорбента и их кислотно-основные свойства. Наиболее эффективным сорбентом радионуклидов 60Со и 85Sr является образец, состоящий из средних фосфатов кальция, магния и магнийаммонийфосфата, что обусловлено щелочными свойствами поверхности. Высокие селективно-сорбционные свойства данного сорбента сохраняются при извлечении радионуклидов 60Со, 137Cs и 85Sr из многокомпонентного раствора.

Литература

1. Management of low and intermediate level radioactive wastes with regard to their chemical toxicity, IAEA-TECDOC-1325, Vienna, 2002. 71 p.

2. Sorption of strontium ions from solutions onto calcium and magnesium phosphates / A. I. Ivanets et al. // Radiochemistry. 2014. Vol. 56. P. 32-37.

3. Ivanets A. I., Kitikova N. V., Shashkova I. L. Sorption wastewater treatment from metal ions using modified phosphate dolomite // Environ. Sci. Eng. Vol. 4: Water Pollution. New Delhi: Studium Press, 2015. P. 284-312.

4. Исследование взаимодействия одно-, двух- и трехзамещенных ортофосфатов натрия с термоактивированным доломитом / А. И. Иванец и др. // ЖПХ. 2015. Т. 88, № 11. С. 41-46.

5. Batch study of 85Sr adsorption from synthetic seawater solutions using phosphate sorbents / N. V. Kitikova et al. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2017. DOI 10.1007/s10967-017-5592-4.

6. Effect of phase composition on sorption behavior of Ca-Mg phosphates towards Sr (II) ions in aqueous solution / I. L. Shashkova et al. // J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2017. Vol. 80. P. 787-796.

Сведения об авторах Китикова Наталья Владиленовна

кандидат химических наук, Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь

kitikova@mail.ru

Иванец Андрей Иванович

доктор химических наук, доцент, Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь andreiivanets@yandex.ru

Шашкова Ирина Лукинична

кандидат химических наук, Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь shashkova@igic .bas-net.by Радкевич Артем Валерьянович

ученый секретарь, Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — Сосны НАН Беларуси,

г. Минск, Республика Беларусь

artem-rav@yandex.by

Шемет Людмила Васильевна

младший научный сотрудник, Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — Сосны НАН Беларуси,

г. Минск, Республика Беларусь

shemet. 1992@mail.ru

Зарубо Александр Михайлович

научный сотрудник, Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — Сосны НАН Беларуси,

г. Минск, Республика Беларусь

zarubaalex@gmail.com

Kitikova Natalja Vladilenovna

PhD (Chemistry), Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus kitikova@mail.ru Ivanets Andrei Ivanovich

Dr. Sc. (Chemistry), Associate Professor, Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus andreiivanets@yandex.ru Shashkova Irina Lukinichna

PhD (Chemistry), Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus shashkova@igic.bas-net.by Radkevich Artyom Valerjanovich

Scientific Secretary, Joint Institute for Power and Nuclear Research — Sosny of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus artem-rav@yandex.by Shemet Lyudmila Vasiljevna

Junior Researcher, Joint Institute for Power and Nuclear Research — Sosny of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Republic of Belarus shemet. 1992@mail.ru Zarubo Alexander

Researcher, Joint Institute for Power and Nuclear Research — Sosny of the National Academy of Sciences of Belarus,

Minsk, Republic of Belarus

zarubaalex@gmail.com

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.285-289 УДК 621.762.242

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ СПЛАВА Mo-W

ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ СЛОЖНЫХ ОКСИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПАРАМИ МАГНИЯ В. Н. Колосов, М. Н. Мирошниченко, Т. Ю. Прохорова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия

Аннотация

Исследована возможность получения порошков сплава Мо-W восстановлением парами магния сложных оксидов MgWo,зМоo,7O4 и CaWo,зМоo,7O4 при температуре 750 °C и остаточном давлении аргона 5-10 кПа. Получены порошки сплава Мо-W с рассчитанным рентгенографическим способом средним размером кристаллитов 10-35 нм. При восстановлении обоих оксидов наблюдалось разделение продуктов реакции, заключающееся в отложении вне реакционной зоны основной массы оксида магния. Показано, что при повышении остаточного давления масса отложений MgO вне реакционной зоны возрастает. Ключевые слова:

пары, магний, восстановление, вольфрам, молибден, порошок, сплав Мо-W.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.