6 (34) 6. ЩОДО ЗАСТОСУВАННЯ БЕНТОНІТОВИХ ГЛИН ЧЕРКАСЬКОГО РОДОВИЩА ДЛЯ УБЕЗПЕЧЕННЯ ЗАХОРОНЕННЯ РАВ У ПОВЕРХНЕВИХ / ПРИПОВЕРХНЕВИХ СХОВИЩАХ НИЗЬКОАКТИВНИХ ВІДХОДІВ: ДОСЛІДЖЕННЯ СОРБЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БЕНТОНІТІВ

УДК 621.039.74 • Випуск 6 (34) / 2021  • 33-44 сторінки

Шабалін Б.Г., Ярошенко К.К., Марініч О.В., Колябіна І.Л., Міцюк Н.Б., Бугера С.П.

Шабалін Б.Г., д.г.н., с.н.с., зав. відділу, Державна установа «Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України», ORCID: 0000‑0002‑6425‑5999, b_shabalin@ukr.net

Ярошенко К.К., к.т.н., н.с., Державна установа «Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України», ORCID: 0000‑0002‑7180‑4642, igns.yaroshenko@gmail.com

Марініч О.В., к.г.н., кер.групи, Державне спеціалізоване підприємство “Центральне підприємство з поводження з радіоактивними відходами”, ORCID: 0000‑0002‑2389‑9341, olhamarinich@gmail.com

Колябіна І.Л., к.г.н., с.н.с., Інститут геологічних наук Національної академії наук України, ORCID: 0000‑0002‑6120‑4491, kolira_igns@i.ua

Міцюк Н.Б., м.н.с., Державна установа «Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України», ORCID: 0000‑0003‑3875‑007X, nmitsiuk@gmail.com

Бугера С.П., н.с., Державна установа «Інститут геохімії навколишнього середовища Національної академії наук України», ORCID: 0000‑0001‑9968‑7591, sergii.bugera@gmail.com

Анотація

Статтю присвячено вивченню бар’єрних властивостей бентонітових глин Черкаського родовища (Україна) як найбільш перспективного матеріалу для ізолюючих бар’єрів поверхневих та приповерхневих сховищ низькоактивних радіоактивних відходів. Наведено опис Черкаського родовища бентонітів, зокрема найбільш перспективного ІІ шару Дашуківської ділянки та склад і властивості природного та модифікованого содою (ПБА-20) бентоніту, які можуть бути використані для забезпечення безпеки довгострокового зберігання та захоронення РАВ. Наведено зображення скануючого електронного мікроскопа (СЕМ) зразків, визначено їх хімічний та мінеральний склад. Встановлено, що досліджуваний бентоніт за класифікацією є Al‑Fe‑монтморилонітом, а основними породоутворюючими мінералами є монтморилоніт (75 ± 3 мас. %) та кварц (20 – 25 мас. %). Інфрачервоні спектри бентонітів у діапазоні 4000 – 400 см-1 є типовими для діоктаедричних Al-смектитів та практично однакові у природного та модифікованого зразків. Дериватографічний аналіз (ДТА) зразків бентонітів дає можливість дійти висновку, що модифікований бентоніт ПБА-20 має більшу термічну стійкість порівняно з природним, а загальна втрата маси зразків складає близько 10,31% та 17,8% відповідно. У процесі експериментального дослідження сорбції 137Cs з модельного розчину вод Чорнобильської зони відчуження (ЧЗВ) (мінералізація – 0,2 г/дм3) встановлено, що рівновага у системі сорбент-розчин встановлюється протягом 12 – 14 год, а ступінь сорбції модифікованим бентонітом ПБА-20 складає до 93%, природним бентонітом – на 7 – 10% менше. Аналіз коефіцієнтів розподілу (Kd) також свідчить про вищу ефективність Na-модифікованого бентоніту в порівнянні з природним та про те, що іонний обмін є основним механізмом сорбції цезію. Збільшення рН вихідного розчину призводить до незначного збільшення ступеня сорбції. Ступінь сорбції 137Cs Na-модифікованим бентонітом практично не залежить від початкової концентрації Ca2+ (від 16 до 160 мг/дм3) та Na+ у розчині (від 6 до 60 мг/дм3), тоді як для природного бентоніту спостерігається зменшення ступеню сорбції 137Cs при збільшенні концентрації Na+. Таким чином, бентонітові глини Черкаського родовища (Дашуківська ділянка, II шар) завдяки своїм бар’єрним властивостям можуть бути рекомендовані для влаштування протиміграційних інженерних бар’єрів сховищ РАВ, зокрема поверхневих / приповерхневих сховищ I та II черг комплексу виробництв «Вектор».

 Ключові слова: бентоніт, модифікований содою бентоніт, Черкаське родовище, радіоактивні відходи, ізоляційні властивості, цезій, стронцій, сорбція.

Стаття

Література

  1. ЗАКОН УКРАЇНИ «Про внесення змін до деяких законів України щодо вдосконалення законодавства у сфері поводження з радіоактивними відходами» № 208-ІХ від 17 жовтня 2019 року. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/208-20#Text (дата звернення 23.07.2021 р.).
  2. Наказ МОЗ від 02.02.2005 No. 54 Про затвердження державних санітарних правил “Основні санітарні правила забезпечення радіаційної безпеки України”. 167 с.
  3. On nuclear and radiation safety in ukraine for 2019. SNRIU. Kyiv, Ukraine. 2020. 71 p.

URL:https://snriu.gov.ua/storage/app/sites/1/docs/Annual%20Reports/Annual%20reports%20SNRIU/Annnual_Report_2019_EN.pdf

  1. Monitoring of geological disposal facilities. Technical and societal Aspects. NEA Report № NEA/RWM/R(2014)2. Paris, France. 72 р.URL: https://one.oecd.org/document/NEA/RWM/R(2014)2/en/pdf (дата звернення 23.07.2021 р.).
  2. Шабалін Б.Г., Лавриненко О.М., Косоруков П.О., Бугера С.П. Перспективи використання природних смектитових глин України для створення геологічного сховища радіоактивних відходів. Мінерал. журнал. 2018. Т. 40, № 4. С. 65-78.
  3. Шабалін Б. Г. Перспективи застосування бентонітової сировини і матеріалів на її основі в атомній енергетиці України для підвищення екологічної безпеки під час поводження з радіоактивними відходами. Екологічна безпека та технології захисту довкілля. 2019. № 1. С. 60–69.
  4. Ярошенко К.К., Шабалін Б.Г., Колябіна І.Л., Бондаренко Г.М. Кінетика сорбції 90Sr І 137Csбентонітовими глинами Черкаського і Горбівського родовищ з модельних розчинів  рідких радіоактивних відходів. Збірник наукових статей ХV Міжнародної науково-практичної конференції “Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення” (9 – 13 вересня 2019 р. м. Харків, Україна). С. 309–314.
  5. Грим Р. Минералогия и практическое использование глин. Москва : Мир, 1967. 512 с.
  6. Дриц В.А., Коссовская А.Г. Геокристаллохимия породообразующих октаэдрических смектитов. Литология и полезные ископаемые. 1980. №10. С. 3–23.
  7. PDF-2. Powder diffraction file, 2003. Datebase.
  8. Тарасевич Ю.И. Определение ИК спектров глинистых минералов и адсорбированных на них веществ. Укр. Хим. Журн. 1968. Т. 34, № С. 439–446.
  9. Okumura M., Kerisitb S., Bourgc I. C. et al. Radiocesium interaction with clay minerals: Theory and simulation advances Post–Fukushima. Journal of Environmental Radioactivity. 2018. Vol. 189. pp. 135–145.
  10. Essington M.E. Soil and Water Chemistry. New York: CRC Press, 2004. 534 p.
  11. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их структурные свойства. Состав, строение и формирование свойств. Москва: ГЕОС, 2013. 576 с.
  12. Коноплев А.В., Коноплева И.В. Определение характеристик равновесной селективной сорбции радиоцезия почвами и донными отложениями. Геохимия. 1999. № 2. С. 207–214.
  13. Крупская В.В., Закусин С.В., Тюпина Е.А, Чернов М.С. Особенности сорбции цезия в бентонитовых барьерных системах при захоронении твердых радиоактивных отходов. Горный журнал. 2016. № 2. С. 81–87.
  14. Санжарова Н.И., Сысоева А.А., Исамов Н.Н., Алексахин Р.М., Кузнецов В.К., Жигаева Т.Л. Роль химии в реабилитации сельскохозяйственных угодий, подвергшихся радиоактивному загрязнению. Российский химический журнал. 2005. Т. 49, № 3. С. 26–34.
  15. Тарасевич Ю.И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов. Київ : Наукова думка, 1988. 248 с.
  16. Эрдеи-Груз Т. Явления переноса в водных растворах. Москва : Мир, 1976. 592 с.
  17. Давыдов Ю.П., Вороник Н.И., Шатило Н.Н., Давыдов Д.Ю. О формах нахождения радионуклидов в почвах, загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Радиохимия. 2002. Т. 44, № 3. С. 285–288.
  18. Сабодина М. Н. Закономерности поведения радионуклидов при создании техногенногеохимического барьера на основе глин : автореф. дис. …канд. хим. наук : 02.00.14. Москва, 2008. 27 с.
  19. Критерии приемки радиоактивных отходов на захоронение в специально оборудованном приповерхностном хранилище твердых радиоактивных отходов (СОПХТРО). Первый этап эксплуатации СОПХТРО. Прием РАО от ЗПЖРО и ЗПТРО ГСП ЧАЭС для захоронения в два симметричных отсека СОПХТРО. 2009 г.
  20. Laine, H. and Karttunen, P. (2010), Long-term stability of bentonite – a literature review. Working Report 2010-53, Posiva Oy, Eurajoki, Finland, 132 р.Available from https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/43/066/43066643.pdf
  21. Neff D., Elisabeth M.V., Hostis V. et al. Preservation of historical buildings: understanding of corrosion mechanisms of metallic rebars in concrete . Proceedings of “Metal 2007” ICOM-CC. Vol. 4. “Study and conservation of composite artefacts”. 2008. Р. 30–35.Available from https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02119980/document
  22. 14th Natural Analogue Working Group Workshop (NAWG14) (2015), Abstract Book, Geological Survey of Finland, Olkiluoto, Finland, 169 p. Available from https://tupa.gtk.fi/julkaisu/opas/op_061.pdf