Развитие методологии исследования химического состояния и нарушенного радиоактивного равновесия изотопов 238 U и 234 U в природных минеральных композициях

• Автор: Пучкова, Елена Виталиевна
• Шифр специальности: 02.00.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 174 с.

1.1. Формы вхождения урана в горные породы и минералы

1.1.1. Микроскопические и субмнкроскопичсскис выделения собственных минералов урана.

1.1.2. Изоморфные примеси урана в акцессорных минералах

1.1.3. Формы молекулярного рассеяния урана.

1.2. Изучение состояния окисления урана в минерашх.

1.2.1. Изучение состояния окисления урана методами растворной

. химии

1.2.2. Инструментальные методы изучения состояния окисления урана. .

1.2.2.1. Магнитометрия

1.2.2.2. Инфракрасная спектроскопия.

1.2.2.3. Электронная спектроскопия .

1.2.2.4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия РФС
1.2.2.5. Метод химического сдвига рентгеновских линий.
1.3. Изотопы урана в природе
1.3.1. Физикохимические факторы, приводящие к нарушению радиоактивного равновесия в природных системах
1.3.2. Анализ некоторых концепций фракционирования изотопов в природе
1.3.2.1. Модели фракционирования изотопов с участием жидкой фазы
1.3.2.2. Модель фракционирования изотопов без участия жидкой
1.3.3. Валентные формы изотопов урана и состояние радиоактивного
равновесия в минератах
1.3.4. Кинетика фракционирования изотопов и и и
Глава 2. Описание эксперимента
2.1. Изучаемая горная порода и составляющие ее минера лы.
2.1.1. Разделение мстасомагита на составляющие минсраиные
фракции.
2.2. Описшшс ииструментатьных методов исследования минеральных компонентов метасоматита.
2.2.1. Микроренггеноспектральный анатш .
2.2.2. Рентгенофлуоресцентный анатш.
2.2.3. Метод химических сдвигов эмиссионных рентгеновских линий.
2.2.3.1. Развитие метода химического сдвига рентгеновских линий для идентификации состояния урана в минералах с содержанием урана п .
2.3. Радиохимический анатш
2.3.1. Кислотное разложение образцов
2.3.2 Выщелачивание потопов урана и тория из минератов.
2.3.3. Регулирование окислительновосстановительных потенциалов в системе минерал кислота.
2.3.4. Выделение фракций урана, тория и разделение 1У и
иУ1.
2.3.5. Измерение активности потопов урана и тория методом аспектрометрии, обработка аспекгров М
2.3.6. Проведение расчетов и оценка погрешности результатов.
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение
3.1. Состав выделенных минеральных фракций
3.2.Изучение фазносителей урана в силикатных минералах
метасоматкта
3.3. Исследование химического состояния урана в минеральных
компонентах метасоматита М
3.4. Изучение изотопного состава и состояния радиоактивного равновесия в метасоматите и его минеральных компонентах
3.5. Изучение поведения атомов отдачи 2Ми и 0ТЪ при инконгруентном растворении эгирина альбита и пирохлора.
3.5.1. Анализ величин отношений активностей изотопов 4иш1 в содовых вытяжках ПО
3.5.2. Сравнительное изучение величин отношений активностей изотопов 4ии и 0тъ8и в солянокислых вытяжках
3.5.3. Изучение взаимосвязи между состоянием окисления изотопов урана и величиной отношения активностей изотопов Ьи в эгирине
3.6. Изучение состояния радиоактивного равновесия в различных урансодержащих химических и минеральных фракциях эгирина и альбита
3.6.1. Селективная экстракция химических и минеральных фракций
3.6.2. Изучение состояния радиоактивного равновесия в выделенных фракциях. Анализ физикохимических факторов определяющих нарушение радиоактивного равновесия
3.7. Кинетические характеристики процесса выщелачивания изотопов 8и и Г из минеральных компонентов метасоматита Развитие дифференцированного способа расчета констант
выщелачивания изотопов урана из минералов
3.7.1. Описание используемой кинетической модели.
3.7.2. Оценка констант выщелачивания изотопов ти и из минеральных компонентов метасоматита с использованием
традиционной методологии.
3.7.3. Исключение вклада фракции подвижного урана в значения констант выщелачивания изотопов урана
3.7.4. Расчет констант выщелачивания изотопов урана из выветренных зон минералов.
3.8. Некоторые прикладные аспекты
3.8.1. Оценка свойств силикатных минералов как матриц радиоактивных отходов РАО
3.8.2. Пирохлор как минеральная матрица РАО.
Выводы.
Список цитированной литературы


Это создает большие трудности при экспериментальных исследованиях урана в природных объектах, что выражается в загрязнении мономинеральных фракций набором посторонних фаз, представляющих собой смесь различных кристаллохимических и валентных форм урана, не входящих в структуры отобранных минералов, а расположенных по границам зерен, плоскостям спайности, мельчайшим трещинам и капиллярам и связанных генетически с подвижным ураном. Анализ состояния окисления урана в растворах обычно сводится к определению доли четырех или шестивалентного урана, поскольку 1ГУ в водных растворах малоустойчив. Изучение состояния окисления изотопов урана требует разделения валентных форм 1У и иУ1 и измерения аакгивности нуклидов 2Ми и 1 в каждой из них. У и иП или выделения хотя бы одной из форм. Анализ такого рода в настоящее время не представляет значительной научной проблемы, поскольку изотопный обмен между 1Д1У и иУ1 во многих рабочих средах достаточно хорошо изучен , , с. Имеются схемы разделения и1У и иУ1 в растворах в достаточно широком диапазоне величин ЕЬ, в частности, в системах РеШЛе и ряде других ,,. Однако, несмотря на достаточно совершенный аппарат анализа, сложность проблемы заключается в потере информации, связанной с перенесением результатов анализа жидких фаз на растворенные твердые тела. Если придерживаться модели только двух валентных форм урана, присутствующих в образце, то переведение образца в раствор должно проводиться таким образом, чтобы соотношение и1У и иУ1 при этом переходе сохранилось неизменным. Этого удается достичь только в простейших случаях, а именно для очень легкорастворимых соединений урана. Однако, существует большое число урансодержащих минералов, растворение которых требует жестких процедур обработки проб нагревания, применения концентрированных растворов кислот или щелочей, окисления и т. В таких случаях, согласно рекомендациям некоторых авторов ,, процедуру полного разложения пробы можно заменить более мягкой обработкой минерала или породы раствором 6 мольл НС1 в токе С в течение часа с нагреванием или без такового в зависимости от содержания железа в образце. Считается, что та часть урана, которая переходит в раствор за это время, адекватно отражает степень окислснности урана в природных образцах. Предлагаемый подход требует учета присутствия в растворе окислителей таких как РеШ, Се1У, УУ и т. ЩУ. Поэтому, независимо от того происходит ли полное или частичное извлечение урана из минералов, необходим контроль оксрсдпотснциала, устанавливающегося при переведении образца в раствор, и его коррекция с помощью какоголибо восстановителя окислителя. Практическое осуществление такого контроля будет рассмотрено в разделе работы, посвященном описанию эксперимента часть 2, 2. Другая проблема, которую следует учитывать при переведении валентных форм урана в раствор, связана со значительным различием в способности к растворению оксидных соединений четырех и шестивалентного урана, что определяет неравномерный переход в жидкую фазу соответствующих валентных форм при инконгруентном растворении проб. Как было показано в предыдущем разделе, минеральные агрегаты дискретны на уровне десятков нанометров, тогда как химические исследования проводятся с гранулометрическими фракциями, имеющими размеры микрометров, десятков микрометров и более. Таким образом, исследователь изначально имеет дело не с мономинеральными образцами, а, как правило, с полиминеральными композициями, компоненты которых могут переходить в раствор с различной скоростью. Если речь идет об урансодержащих системах, то наблюдаемое при инконгруентном растворении соотношение четырех и шестивалентного урана в растворе является функцией времени растворения. Легче всего в раствор переходят минералы группы урановых слюдок, труднее силикаты, титанаты, танталониобаты 1. Уран, включенный в кристаллические структуры циркона, монацита, флюорита, ксенотима, переходит в раствор в весьма малой степени. Особой спецификой растворения обладают оксиды урана, что связано с особенностями их микростроения.