Очистка природного цеолита от естественных долгоживущих радионуклидов ²³⁸U, ²²⁶Ra, ³²³Th, ⁴⁰K, ²³⁵U

Тодор Михалев,

аспирант, заведующий лабораторией экологии университета «Профессор доктор Асен Златаров», г. Бургас, Болгария.

Введение

Одними из самых опасных для здоровья человека являются излучения, вызванные полураспадом радиоактивных изотопов. В биосфере Земли содержится около 60 природных радионуклидов, половина которых – продукты распада урана и тория [1]. У различных радиоактивных изотоповразличный период полураспада в очень широком диапазоне: для ²³⁸U он составляет 4,5.10⁹ лет, для ²²⁶Ra – 1,590 лет [2]. Только 0,7% урановых ядер принадлежат изотопу 235U, остальное – 238U [3]. Некоторые из них обладают интенсивностью, вредной для здоровья человека, другая часть может быть удалена путем десорбции различных химических веществ. Природные цеолиты – это инертные ископаемые материалы, которые в процессе формирования загрязняются радиоактивными элементами. Удаление радиоактивных изотопов из природных цеолитов является значительным прогрессом в использовании природных цеолитов в медицинской практике.

Эксперимент

В ходе эксперимента был использован болгарский природный цеолит (клиноптилолит) из месторождения вс. Бели Пласт в северо-восточных Родопах. Химический состав в % по массе следующий: SiO₂ – 66,6%, Al₂O₃ – 11,41%, Fe₂O₃ – 0,8%, MgO – 0,06%, СаО – 2,8%, Na₂O– 0,22%, K₂O – 2,9%. Содержание клиноптилолита доходит до 90%. Соответственно, для целей эксперимента, цеолит претерпел следующую обработку: измельчение в дробилке модели «Retsch», просеян через вибрационное сито модели «Retsch». Был сделан гранулометрический анализ (таблица 1) лазерным гранулометром модели «Analysette 22, Compact», FRITSCH – GmbH. Подготовленный таким образом цеолит был использован в ходе эксперимента.

При проведении эксперимента с исходным природным цеолитом был сделан гамма-спектрометрический анализ естественных долгоживущих радионуклидов в [Bq.kg^-1]., гамма-спектрометром «SELENA», результаты которого показаны в таблице 2.

Затем были выполнены две стадии промывки 5% раствором NaCl. Стадии промывки включают следующие этапы: смешивание 1000 мл 5% раствора NaCl с предварительно взвешенными на технических весах 500 мг природного цеолита в анализной бутылке емкостью 2.1. После их смешивания и размешивания для осуществления реакции следует последующее промывание дейонизированной водой. После каждого цикла цеолит высушивается на 105°C в сушильной камере модели «J.P.SELECTA,s.a». После промывки вышеописанным способом измеряется специфическая активность естественных долгоживущих радионуклидов ²³⁸U, ²²⁶Ra, ³²³Th, ⁴⁰K, ²³⁵U.

Таблица 1.

Гранулометрический анализ природного цеолита.

Таблица 2.

Специфическая активность естественных долгоживущих радионуклидов химически необработанного природного цеолита в [Bq.kg^-1].

Результаты и обсуждение

В таблице 2 представлены результаты специфической активности долгоживущих радионуклидов необработанного природного цеолита. Чтобы сделать сравнительную оценку радиоактивного излучения, было сделано измерение почвенной пробы, взятой в г. Бургасе, результаты измерения представлены в таблице 3. Данные показывают, что радионуклиды в природном цеолите, в отличие от почвы, имеют:²³⁸U– 4,7, ²²⁶Ra – 5,8, ³²³Th – 4,3, ⁴⁰K – 1,1, ²³⁵U- 8,1 раз более высокие величины, чем те, которые измерены в почве из г. Бургаса.

В таблице 4 показаны величины долгоживущих радионуклидов после двукратной промывки 5% раствором NaCl. Данные показывают, что степень очистки отдельных долгоживущих радионуклидов следующая: ²³⁸U– 24,7%, ²²⁶Ra – 24,5 %,³²³Th – 8,49 %,⁴⁰K – 2,87%, ²³⁵U – 20,9 %. Исходя из полученных данных, можно сделать рассуждения о степени очистки природного цеолита. При полученных таким образом результатах степень очистки недостаточна, несмотря на то, что для ²³⁸U, ²²⁶Ra, ²³⁵U она значительна. Вероятная причина – их выпадение в осадок в виде хлоридов. В несколько меньшей степени выпадают в осадок в виде хлоридов и ³²³Th, ⁴⁰K. И здесь можно задаться вопросом, почему ²³⁸U, ²²⁶Ra, ²³⁵U осаждаются больше, а ³²³Th, ⁴⁰K – меньше, с учетом факта, что все радионуклиды показывают, что осаждаются с NaCl. В структуре природного цеолита естественные радионуклиды являются адсорбированными примесями в каналах цеолита. Одна из причин – энергия положительного заряда радионуклидов в природном цеолите. При цеолите наблюдается наличие некомпенсированного отрицательного заряда в алюмокислородном тетраэдре. Благодарение несовпадению валентности и координационного числа алюмиевого тетраэдра [AlO₄]^5- в цеолите, имеется единичный отрицательный заряд и в целом он представляет собой большой комплексный анион. Существенно то, что заряд этого комплекса сфокусирован по его периферии, а расфокусирован по его внутренним связям Al – O. Энергия, с которой привлекаются природный цеолит и радионуклиды, разная. Это обуславливает разную степень десорбции естественных долгоживущих радионуклидов.

Таблица 3.

Специфическая активность естественных долгоживущих радионуклидов в почве из г. Бургаса в [Bq.kg^-1].

Таблица 4.

Специфическая активность естественных долгоживущих радионуклидов в обработанном 5 % раствором NaClприродномцеолите в [Bq.kg^-1].

Выводы

1.                  Был проведен эксперимент с 5% NaCl для очистки природного цеолита от естественных радионуклидов.

2.                  Степень очистки отдельных долгоживущих радионуклидов следующая: ²³⁸U – 24,7%, ²²⁶Ra – 24,5 %, ³²³Th – 8,49 %, ⁴⁰K – 2,87%, ²³⁵U – 20,9 %.

3.                  Энергия, с которой привлекаются природный цеолит и радионуклиды, разная. Это обуславливает разную степень десорбции естественных долгоживущих радионуклидов.

Литература

1.                  Попиц Р.К., Пенчев В.Д., Живот в радиация (Жизнь в радиации), София – 1989 г.

2.                  Близнаков Г.М., Митов И.Г., Въведение в химичните проблеми на околната среда и в екологичното право, стандартизация и мониторинг (Введение в химические проблемы окружающей среды и в экологическое право, стандартизацию и мониторинг) – С., 2001 г.

3.                  Симеонова П., Ловчинов В., Увод във физиката на околната среда (Введение в физику окружающей среды) – C., 2008.

Поступила в редакцию 22.09.2015 г.