ПОВЕДЕНИЕ УРАНА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕМ ХРАНЕНИИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ КОНВЕРСИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Аннотация
Проведен комплекс физико-химических исследований твердых радиоактивных отходов (РАО) приповерхностного хранилища конверсионного уранового производства. Установлено, что состав отходов представлен преимущественно соединениями кальция: гипсом, кальцитом и фторидом кальция. Уран содержится во всем объеме РАО. При этом по глубине залегания шлама он сконцентрирован неравномерно. Содержание урана в отходах составляет 0,005-0,65 масс.%. При формировании твердой фазы отходов уран преимущественно адсорбировался на поверхности основных компонентов шлама, часть его осаждалась в виде кальцийсодержащего уиксита Ca2(UO2)2(Si2O5)3·10H2O, уранофана-альфа Ca(UO2)2(SiO3OH)2·5H2O и уранкалкарита Ca(UO2)3CO3(OH)6·3H2O. Изотопный состав урана, содержащегося в отходах хранилища, в пределах погрешности соответствует нормальному изотопному составу природного урана. Приповерхностное хранилище постоянно подвержено воздействию естественных природных факторов. Инфильтрация атмосферных осадков приводит к выщелачиванию из твердых РАО ряда компонентов, в том числе и урана. При этом он переходит в раствор в виде [(UO2)2CO3(OH)3]-, [UO2(CO3)2]2-, [UO2(CO3)3]4- и Ca2UO2(CO3)3. Последующая миграция урана с инфильтрующимися водами способствует его распространению в пределах всего шламового поля, включая рекультивационный слой грунта и приповерхностный водоем. В отдельных областях хранилища содержание урана в рекультивационном слое грунта достигает 0,043 масс.%. Концентрация урана в прудке составляет 17,97 мг/дм3. Химический состав вод прудка характеризуется высоким содержанием хлорид-ионов (1,29 г/дм3), кальция (630 мг/дм3), сульфат-ионов (224 мг/дм3), гидрокарбонатов (122 мг/дм3). Водоем связан с грунтовыми водами, что повышает угрозу выхода загрязняющих веществ за пределы хранилища.
Для цитирования:
Скрипченко С.Ю., Титова С.М., Наливайко К.А., Семенищев В.С. Поведение урана при формировании и последующем хранении твердых радиоактивных отходов конверсионного производства. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 77-86. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6925.
Литература
Boekhout F., Gerard M., Kanzari A., Michel A., Déjeant A., Galoisy L., Calas G., Descostes M. Uranium migration and retention during weathering of a granitic waste rock pile. Appl. Geochem. 2015. V. 58. P. 123-135. DOI: 10.1016/ j.apgeochem.2015.02.012.
Yin M., Sun J., He H., Liu J., Zhong Q., Zeng Q., Huang X., Wang J., Wu Y., Chen D. Uranium re-adsorption on uranium mill tailings and environmental implications. J. Hazard. Mater. 2021. V. 416. N 126153. DOI: 10.1016/j.jhazmat. 2021.126153.
Strok M., Smodis B. Partitioning of natural radionuclides in sediments around a former uranium mine and mill. J. Radio-anal. Nucl. Chem. 2013. V. 297. P. 201-207. DOI: 10.1007/ s10967-012-2364-z.
Srivastava R.R., Pathak P., Perween M. Environmental and Health Impact Due to Uranium Mining. In: Uranium in Plants and the Environment. Cham: Springer Internat. Publ. 2020. P. 69-89. DOI: 10.1007/978-3-030-14961-1_3.
Strok M., Smodis B. Fractionation of natural radionuclides in soils from the vicinity of a former uranium mine Zirovski vrh, Slovenia. J. Environ. Radioact. 2010. V. 101. P. 22-28. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2009.08.006.
Sharma R.K., Putirka K.D., Stone J.J. Stream sediment geochemistry of the upper Cheyenne River watershed within the abandoned uranium mining region of the southern Black Hills, South Dakota, USA. Environ. Earth. Sci. 2016. V. 75. N 823. DOI: 10.1007/s12665-016-5522-8.
Martin A., Landesman C., Lepinay A., Roux C., Champion J., Chardon P., Montavon G. Flow period influence on uranium and trace elements release in water from the waste rock pile of the former La Commanderie uranium mine (France). J. Environ. Radioact. 2019. V. 208-209. N 106010. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2019.106010.
Perdrial N., Vázquez-Ortega A., Wang G., Kanematsu M., Mueller K.T., Um W., Steefel C.I., O'Day P.A., Cho-rover J. Uranium speciation in acid waste-weathered sediments: The role of aging and phosphate amendments. Appl. Geochem. 2018. V. 89. P. 109-120. DOI: 10.1016/j.apgeochem. 2017.12.001.
Cuvier A., Pourcelot L., Probst A., Prunier J., Le Roux G. Trace elements and Pb isotopes in soils and sediments impacted by uranium mining. Sci. Total Environ. 2016. V. 566-567. P. 238-249. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.04.213.
Yin M., Sun J., Chen Y., Wang J., Shang J., Belshaw N., Shen C., Liu J., Li H., Linghu W., Xiao T., Dong X., Song G., Xiao E., Chen D. Mechanism of uranium release from uranium mill tailings under long-term exposure to simu-lated acid rain: Geochemical evidence and environmental implication. Environ. Pollut. 2019. V. 244. P. 174-181. DOI: 10.1016/ j.envpol.2018.10.018.
Liu B., Peng T., Sun H., Yue H. Release behavior of uranium in uranium mill tailings under environmental conditions. J. Environ. Radioact. 2017. V. 171. P. 160-168. DOI: 10.1016/ j.jenvrad.2017.02.016.
Fuhrmann M., Benson C.H., Likos W.J., Stefani N., Michaud A., Waugh W.J., Williams M.M. Radon fluxes at four uranium mill tailings disposal sites after about 20 years of service. J. Environ. Radioact. 2021. 237. 106719. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2021.106719.
Hancock G.R. A method for assessing the longterm integrity of tailings dams. Sci. Total Environ. 2021. V. 779. N 146083. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.146083.
Rana N.M., Ghahramani N., Evans S.G., McDougall S., Small A., Take W.A. Catastrophic mass flows resulting from tailings impoundment failures. Eng. Geology. 2021. V. 292. N 106262. DOI: 10.1016/j.enggeo.2021.106262.
Othmane G., Allard T., Morin G., Selo M., Brest J., Llorens I., Chen N., Bargar J.R., Fayek M., Calas G. Uranium association with iron-bearing phases in mill tailings from Gunnar, Canada. Environ. Sci. Technol. 2013. V. 47. P. 12695-12702. DOI: 10.1021/es401437.
Meshalkin V.P., Tananaev I.G. Actual directions of using modern functionalized materials in radioecology of World ocean. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 8. P. 24-34 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216408.6430.
Titova S., Skripchenko S., Smirnov A., Rychkov V. Processing of chloride-containing productive solutions after uranium in-situ leaching by ion exchange method. Indones. J. Chem. 2019. V. 19. N 1. DOI: 10.22146/ijc.34460.
Yorkshire A.S., Stennett M.C., Walkley B. Provis J.L., Townsend L.T., Haigh L.T., Hyatt N.C., Mottram L.M., Corkhill C.L. Spectroscopic identification of Ca-bearing ura-nyl silicates formed in C–S–H systems. Sci. Rep. 2023. V. 13. N 3374. DOI: 10.1038/s41598-023-30024-0.
Chen F., Ewing R.C., Clark S.B. The Gibbs free energies and enthalpies of formation of U6+ phases; an empirical method of prediction. Am. Mineralogist. 1999. V. 84. N 4. P. 650-664. DOI: 10.2138/am-1999-0418.
Bishop J.L., Lane M.D., Dyar M.D., King S.J., Brown A.J., Swayze G.A. Spectral properties of Casulfates: Gypsum, bassanite, and anhydrite. Am. Mineralogist. 2014. V. 99. N 10. P. 2105-2155. DOI: 10.2138/am-2014-4756.
Kozhukhova N.I., Lebedev M.S., Vasilenko M.I., Goncharova E.N. Toxic effect of fly ash on biological environment. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2019. V. 272. N 022065. DOI: 10.1088/1755-1315/272/2/022065.
Gunasekaran S., Anbalagan G., Pandi S. Raman and infra-red spectra of carbonates of calcite structure. J. Raman Spectrosc. 2006. V. 37. P. 892-899. DOI: 10.1002/jrs.1518.
Obuzdina M.V., Rush E.A. Creation of new sorption materials based on zeolites of Eastern Transbaikalia and their technical and economic assessment. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 3. P. 107-114. DOI: 10.6060/ivkkt.20226503.6470.
Smirnova D.N., Grishin I.S., Smirnov N.N. Comparison of sorption properties of silicon-carbon adsorbents synthesized by various methods. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 12. P. 44-52 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226512.6694.
Saikia B.J. Spectroscopic estimation of geometrical structure elucidation in natural SiO2 crystal. J. Mat. Phys. Chem. 2014. V. 2. N 2. P. 28-33. DOI: 10.12691/JMPC-2-2-3.
Cejka J. 12. Infrared spectroscopy and thermal analysis of the uranyl minerals. In: Uranium: Mineralogy, Geochemistry, and the Environment (Reviews in Mineralogy & Geochemistry). Berlin, Boston: De Gruyter. 1999. V. 38. P. 521-622. DOI: 10.1515/9781501509193-017.
Chernorukov N.G., Knyazev A.V., Nipruk O.V. Synthesis and study of uranosilicates of the uranophane-kasolite group. Radiochem. 2007. V. 49. P. 340-345. DOI: 10.1134/ S1066362207040030.
Lin J., Sun W., Desmarais J., Chen N., Feng R., Zhang P., Li D., Lieu A., Tse J.S., Pan Y. Uptake and speciation of uranium in synthetic gypsum (CaSO4·2H2O): Applications to radioactive mine tailings. J. Environ. Radioact. 2018. V. 181. P. 8-17. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2017.10.010.
Walker S.M., Becker U. Uranyl (VI) and neptunyl (V) in-corporation in carbonate and sulfate minerals: Insight from firstprinciples. Geochim. Cosmochim. Acta. 2015. V. 161. P. 19-35. DOI: 10.1016/j.gca.2015.03.002.
Boguslavsky A., Gaskova O., Naymushina O. Assessment of geochemical barriers at preservation of low-level radioactive waste storages. E3S Web Conf. 2019. V. 80. N 03011. DOI: 10.1051/e3sconf/20198003011.
Doudou S., Vaughan D.J., Livens F.R., Burton N.A. Atomistic Simulations of Calcium Uranyl (VI) Carbonate Adsorption on Calcite and Stepped-Calcite Surfaces. Environ. Sci. Technol. 2012. V. 46. N 14. P. 7587-7594. DOI: 10.1021/ es300034k.
Qafoku N.P., Lawter A.R., Gillispie E.C., McElroy E., Smith F.N., Sahajpal R., Cantrell K., Freedman V. Chap. 3 - Calcium carbonate minerals as scavengers of metals and radionuclides: Their role in natural attenuation and remediation. In: Advances in Agronomy. Academic Press. 2022. V. 176. P. 115-152. DOI: 10.1016/bs.agron.2022.07.003.
Gaskova O.L., Boguslavsky A.E., Shemelina O.V. Urani-um release from contaminated sludge materials and uptake by subsurface sediments: Experimental study and thermodynamic modeling. Appl. Geochem. 2015. V. 55. P. 152-159. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2014.12.018.
Ram R., Kalnins C., Pownceby M.I., Ehrig K., Etschmann B., Spooner N., Brugger J. Selective radionuclide cosorption onto natural minerals in environmental and anthropo-genic conditions. J. Hazard. Mater. 2021. V. 409. N 124989. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.124989.
Wang P., Tan K., Li Y., Xiao W., Liu Z., Tan W., Xu Y. The adsorption of U(VI) by albite during acid in-situ leaching mining of uranium. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2022. V. 331. N 5. P. 2185-2193. DOI: 10.1007/s10967-022-08254-9.
Jiménez-Reyes M., Almazán-Sánchez P. T., Solache-Ríos M. Radioactive waste treatments by using zeolites. A short review. J. Environ. Radioact. 2021. V. 233. N 106610. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2021.106610.
Dong W., Wan J. Additive Surface Complexation Modeling of Uranium (VI) Adsorption onto Quartz-Sand Dominated Sediments. Environ. Sci. Technol. 2014. V. 48. N 12. P. 6569-6577. DOI: 10.1021/es501782g
Saleh A.S., Lee J.Y., Jo Y., Yun J.I. Uranium (VI) sorption complexes on silica in the presence of calcium and carbonate. J. Environ. Radioact. 2018. V. 182. P. 63-69. DOI: 10.1016/ j.jenvrad.2017.11.006.
Morrs L.R., Edelstein N.M., Fuger J. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Netherlands: Springer Dordrecht. 2010. 856 p. DOI: 10.1007/978-94-007-0211-08.
