CC BY
17ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Задвернюк Галина Петр1вна
Кандидат геолог1чних наук, старший науковий ствробтник ДУ «1нститут геохгмИ навколишнього середовища НАН Украгни» проспект Палладта 34а, Кигв, 03680, Украгна E-mail: zadvernyuk@ukr.net
ПРИРОДН1 ТА МОДИФ1КОВАН1 БЕНТОН1ТОВ1 ГЛИНИ ЯК КОМПОНЕНТИ
ГЕОХ1М1ЧНИХ БАР'СРШ
Бентонiтовi глини широко застосовуються у рiзних галузях промисловосп та сiльського господарства, зокрема, для отримання залiзорудних окатишiв, бурових i тампонажних розчинiв, а також для очищення та осв^лення вин, сокiв, для виготовлення кормових добавок та ш. У сферi захисту довкiлля бентонiтовi глини, в основному, використовуються як герметики i сорбенти. Будiвельним матерiалам, якi мютять глини вiддають перевагу при створенн герметичних систем у сховищах радюактивних вiдходiв.
Завдяки високiй здатностi до набухання, бентошти використовують як гiдроiзоляцiйнi бар'ери. Висока здатнiсть до набухання сприяе зменшенню проникностi. У випадку використання ix для захоронення радiоактивних вiдходiв одним i3 найважливiших критерпв е висока сорбцiйна здатнiсть поеднана з низькою водопроникнiстю, оскiльки шкiдливi речовини завдяки процесам дифузп можуть проникати через гiдравлiчнi системи.
Використання бентоштового буферу як iнженерного бар'еру передбачаеться у багатьох сучасних проектах глибинних тдземних сховищ високоактивних вiдходiв. Iзоляцiйнi властивостi бентонiту обумовленi низькою водопроникшстю, здатнiстю до набухання, пластичшстю, високою сорбцiйною емнiстю i зумовлеш високим вмiстом монтморилонiту (> 60 %). Внаслщок насичення бентонiту тдземною водою вiн набухае i герметизуе трiщини у породах.
У тдземних сховищах високоактивних вiдходiв iнженернi бар'ери у виглядi бентонiтового буферу здатш сповiльнювати вихiд високорухливих радiонуклiдiв у пщземш води на декiлька тисяч роюв i повнiстю забезпечити iзоляцiю актинiдiв, якi е небезпечними для навколишнього середовища [1].
Експериментальш дослщження свiдчать про те, що природш глини е ефективними сорбентами деяких радюнуклвдв iз розчинiв, найчастiше радюцез^ та радiостронцiю [2-4]. Сорбцiя даних радюнуклвдв вiдбуваеться за рахунок наявних в структурi глин обмiнних катюшв натрiю, магнiю, кальцiю та шших. Для пiдвищення iонообмiнних характеристик глини модифшують за допомогою хiмiчного або термiчного методу.
Показано [5], що модифшування поверхнi глин ферроцiанiдом шкелю дозволяе збiльшити сорбцiю цезiю iз сольових розчинiв [5].
Модифiкування бентошту содою, в результатi чого вщбуваеться замiна природних катiонiв Ca i Mg на Na, приводить до збшьшення сорбцшно'1' здатностi до Sr i Cs [4].
Традицiйнi мшеральш бар'ери, якi вибирають завдяки ix природнiй грубостi i високiй природнш довговiчностi, можуть трiскатися внаслiдок осщання чи висушування. Для уникнення цього бентошти модифшують полiмерами. Так, в Идерландах на основi бентонiту i полiакриламiду створено матерiал пiд назвою трiзопласт [6]. Його отримують змшуванням бентонiт-полiмерного компоненту з мiнеральним наповнювачем, наприклад, тском. У поеднаннi з водою утворюеться мiцна, щiльна павутиноподiбна гелева структура в результатi хiмiчних зв'язкiв мiж частинками глини, тском i полiмером. Це приводить до суттевого покращення властивостей бар'еру, оскшьки, пiсок надае трiзопласту механiчноi мщносп, бентонiт-полiмерний гель - необхiдноi еластичносп i гiдравлiчних (гiдротехнiчних) характеристик. 20
Для експериментсв використовували бентоштову глину Черкаського родовища (Украша), мiнеральний склад яко'1 представлений, в основному, монтморилонiтом (7095%) та домiшками високодисперсних кальциту та кварцу. Для !х модифшацп використовували анiоннi та катiоннi полiакриламiди (ПАА) виробництва "HENGFLOK" (Китай).
Таблица 1. Характеристики ПАА, що використовували для модифшацп
Марка ПАА Тип ПАА Ступiнь гiдролiзу, % Молекулярна масса х 106
А60712 Анюнний 7 12
А61414 14 14
А62414 24 14
А62424 24 24
А64026 40 26
К83912 Катiонний 39 12
К84812 48 12
К85610 56 10
Попередньо проводили активування бентошту содою, в результатi чого, вщбувалася замiна мiжшарових катiонiв Ca i Mg на Na. Потсм у бентонiтовий гель вводився розчин полiакриламiду, сумiш перемiшували i витримували 24 години, а потсм висушували за 40 °С.
Сорбцiя радюцез^ вивчалась при спiввiдношенню бентонiту до розчину актившстю 33, 5 Бк/мл як 1:100.
Сорбцiя радiостронцiю проводилась при актившстю вихщного розчину 6,5 Бк/мл i спiввiдношенню бентонiту до розчину як 1:100.
Вивчення набухання бентонтв проводили на зразках, маса яких складала (100±5) мг. Процес набухання здшснювався у водi до припинення приросту маси.
Стутнь набухання визначали за формулою: т - тп
'0
^ = т0 , (1)
де: ж - стутнь набухання за масою, вщн. од., т - маса зразку тсля набухання; то маса вихщного зразку.
Стутнь набухання за об'емом розраховували за наступною формулою:
V - V
П = К , (2)
де: п - спутнь набухання за об'емом, вiдн. од., Уо - початковий об'ем зразку; V-кшцевий об'ем зразку.
Внаслщок вивчення сорбцп 137Cs було встановлено, що бентошти, модифiкованi анюнним ПАА значно краще сорбують радюнуклщи, нiж бентонiти, модифiкованi катiонним ПАА.
Сорбщя 137Cs бентонiтами, модифiкованими анюнними ПАА наведена у таблицi 2.
Таблиця 2. Сорбщя 137Cs модифiкованими бентоттами
№ Концентращя Сорбщя, %
п/п ПАА, % Марка ПАА
А 60712 А 61414 А 62414 А 62424 А 64026
1. 0,07 98,8 98,8 98,8 84,2 98,8
2 0,09 96,5 - 98,8 97,3 -
3 0,10 98,8 - 98,8 98,8 -
4 0,13 98,8 - 97,1 92,8 -
5 0,17 93,4 - 96,7 98,8 -
6 0,21 98,8 96,4 98,8 98,8 92,8
" - " - вимiрювання не проводились.
Сорбц1я радюнуклщу ^-формою бентон1ту - 95,5%.
Дослiдження показали, що за концентраци полiмеру до 1 % сорбцшна здатнiсть модифшованого бентонiту по вiдношенню до 90Бг була високою (97,5 %) i не залежала нi вiд молекулярно'1 маси полiмеру, нi вiд його ступеня гiдролiзу.
Встановлено, що набухання бентонтв, модифiкованих анiонними ПАА бшьше, нiж бентонiтiв, модифiкованих катюнними ПАА i залежить вiд концентраци, ступеня riдролiзу i молекулярно'1 маси полiмеру.
Набухання бентонiту, модифiкованого анiонним ПАА зi ступенем гiдролiзу 7% i молекулярною масою 12* 106 представлено в таблиц 3.
Таблиця 3 Набухання бентотту, модифiкованого анiонним ПАА марки А60712 у
водi
№ п/п чО % «Т П ь т о ь ч ¡2 Початкова маса зразку, мг Початковий об'ем зразку, см3 Маса зразку пiсля взаемоди з водою, мг Об'ем зразку тсля взаемоди з водою, см3 Стутнь набухання за масою, вщн. од. Стутнь набухання за об'емом, вщн. од.
1 0,07 103 4,6х10-2 665 0,6 6,5 17,0
2 0,07 101 4,5 х10-2 725 0,7 7,2 15,6
3 0,09 101 4,5х10-2 695 0,7 6,9 15,6
4 0,09 101 4,5х10-2 765 0,8 7,6 17,8
5 0,10 99 4,4х10-2 765 0,7 7,7 15,9
6 0,10 103 4,6х10-2 855 0,8 8,3 17,4
7 0,13 101 4,5х10-2 995 1,0 9,9 22,2
8 0,13 101 4,5х10-2 905 1,0 9,0 22,2
9 0,17 102 4,5х10-2 945 1,05 10,7 21,1
10 0,17 102 4,6х10-2 1095 0,95 9,4 22,8
11 0,21 103 4,6х10-2 935 0,95 9,1 20,7
12 0,21 98 4,4х10-2 935 1,00 9,5 22,7
Таким чином, бентотти, модифiкованi полiакриламiдами мають високi сорбцiйнi властивостi по вщношенню до 137Cs i 90Бг.
Встановлено, що модифшащя бентонiтiв полiмерами приводить до пщвищення 1'х набухання. Стутнь 1'х набухання залежить вiд концентраций ступеню гiдролiзу i молекулярно'1' маси полiмеру.
Показано, що перспективними для практичного застосування в бар'ерних матерiалах можуть бути модифшоваш бентошти, яю мiстять до 0,5 % анюнних ПАА з низьким ступенем гiдролiзу i невеликою молекулярною масою.
Л1тература
1. Лаверов, Н.П. Изоляционные свойства бентонитового буфера в условиях подземного хранилища высокоактивных отходов /Н.П. Лаверов, Б.И. Омельяненко, С.В. Юдинцев // Геология рудных месторождений. - 2004. - Т. 46. - №1. - С. 27-42.
2. Сабодина, М.Н., Сорбционные свойства бентонитовых глин по отношению к некоторым радионуклидам / М.Н. Сабодина, С.Н. Калмыков, Ю.А. Сапожников // Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН». - 2004. - №1.
3. Милютин, В.В. Исследование сорбции радионуклидов цезия, стронция, урана и плутония на природных и модифицированных глинах / В.В. Милютин, В.М. Гелис, Н А. Некрасова, О.А Кононенко // Радиохимия. - 2012. - Т. 54. - № 1. - С. 71-74.
4. Кулешова, М.Л. Поглощающие свойства бентонитовых глин как материала для иммобилизации радионуклидов при захоронении РАО / М.Л. Кулешова, В.И.Сергеев, Т.Г.Шимко, Н.Н. Данченко // ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ-2013, секция Геология, http://geo.web.ru/conf/.
5. Милютин, В.В. Сорбция радионуклидов цезия из водных растворов на природных и модифицированных глинах / В.В. Милютин, А.И. Везенцев, П.В. Соколовский, Н.А. Некрасова // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2014. - Т. 14. - Вып. 5. - С. 879-883.
6. http//www.trisoplast.nl/default.php?pageid=2.
