Российские ученые использовали отходы горной промышленности для синтеза вещества, удерживающего радиоактивные изотопы

Статья об этом опубликована в престижном журнале Microporous and Mesoporous Materials. Мирное использование атомной энергии сопровождается образованием значительного количества радиоактивных отходов. В частности, в них содержатся трансурановые элементы и продукты их деления с большим периодом полураспада (изотопы цезия, стронция, бария, радия), что превращает их переработку и утилизацию в сложные и опасные процессы.

На сегодняшний день для извлечения радионуклидов из отходов предложены такие методы: химическое или электрохимическое осаждение, анионный и катионный обмен и вакуумное испарение. Наиболее перспективный метод — помещение радиоизотопов прямиком в кристаллическую решетку твердых веществ с их последующим преобразованием в минералоподобную керамику «синрок»-типа (Synroc от synthetic rock). Подобные керамики способны хранить значительное количество радионуклидов на протяжении сотен и даже тысяч лет. Такая технология является самой долговечной и безопасной.

Один из наиболее перспективных сорбентов на сегодняшний день — IONSIV-911 – синтетический аналог открытого в Хибинском массиве минерала ситинакита с химической формулой KNa2[Ti4O5(OH)(SiO4)2]4H2O. Кристаллическая структура ситинакита состоит из параллельных цепочек кластеров TiO₆-октаэдров, объединенных в каркас одиночными тетраэдрами SiO₄. Каркас структуры образует систему широких каналов, которые заполнены катионами натрия и калия и молекулами воды. Данные катионы легко обмениваются в кислых и щелочных водных растворах на радионуклиды Sr, Ba и Cs.

Коллектив ученых из Апатитов, Сыктывкара и Самары предложил использовать новый экологичный метод синтеза ситинакита. Для этого был использован лейкоксеновый (кремний-титановый) концентрат из республики Коми и лопаритовый концентрат из Мурманской области. Ученые применили ранее разработанный в Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья КНЦ РАН метод синтеза титаносиликата и исследовали различные экспериментальные условия образования материала со структурой ситинакита из выбранных природных материалов и его свойства.

В качестве темплата (вещества, благодаря которому образуется требуемая сложная структура) для синтеза был использован гидратированный осадок, полученный оригинальным фтор-аммониевым методом переработки лейкоксенового концентрата Ярегского месторождения (Республика Коми).

Использование в качестве прекурсора отходов обогащения лейкоксенового концентрата позволяет снизить температуру гидротермального синтеза с 250 до 210 градусов Цельсия и получить титаносиликат с увеличенной удельной поверхностью 192 м2 / г, не влияя на фазовый состав.

Результаты исследования показали, что полученные титаносиликаты позволяют эффективно извлекать катионы Sr, Ba и Cs из жидких радиоактивных отходов с последующей их иммобилизацией в стабильной керамической матрице. Использование чистых прекурсоров увеличивает сорбционную способность, но значительно увеличивает стоимость, что является несомненным недостатком для промышленного производства. 

КНЦ РАН

76 статей

Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.

Показать больше