Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений
Десорбция радиоактивных изотопов
При прогнозировании дальности распространения радиоактивных продуктов деления тяжелых ядер необходимо учитывать не только сорбционную способность радиоизотопов, но и их десорбцию. Особенно большое значение для прогнозирования приобретает десорбция при периодическом загрязнении водоносного горизонта радиоактивными веществами.
Степень десорбции радиоактивных изотопов зависит в значительной степени от механизма поглощения отдельных радиоэлементов горной породой. Так, хорошо будут десорбировать радиоактивные изотопы тех элементов, которые сорбируются породой по физико-химическому механизму поглощения. Кроме того, степень извлечения радиоактивных изотопов зависит от солевого состава раствора, а также природы катионов, присутствующих в десорбирующем растворе. МсНепгу (1956) установлена следующая последовательность вытеснения радиостронция с почвы некоторыми катионами:
Cs+ > NH4+ ^ К+ > Na+ > Li+
В. И. Спицын и В. В. Громов (1958), изучая вопросы десорбции радиостронция, установили, что катионы по их способности вытеснять стронций с монтмориллонита молено расположить в следующий ряд:
Ва2+ > Са2+ > Mg2+ > Н+ > NH4+ > К+ > Na+
Christenson и др. (1958), исследуя поглощение ллуто - ния-239, цезия-137 и стронция-90 туфом и последующую десорбцию их растворами солей кальция и магния, показали, что плутоний-239 и цезий-137 прочно удерживаются туфом, в то время как етронций-90 легко десорбируется этими растворами.
Наряду с этими данными в литературе имеется несколько работ (Roberts и др., 1961; Shulz и др., 1958; Squire, 1960), в которых отмечается, что при длительном загрязнении горных пород радиоактивными веществами стронций-90 может частично переходить из обменной формы в необменную благодаря включению его в кристаллическую решетку присутствующих в породах глинистых минералов, фосфатов, сульфатов, карбонатов и других малорастворимых соединений. Необменный стронций «е извлекается из породы даже при обработке 6 N НС1, его можно обнаружить только при сплавлении породы с содой при 900° и последующем радиохимическом выделении его.
Amphlett и др. (1956) установили, что радиоцезий, поглощенный почвой, может быть извлечен из нее только 3—6 N НС1. Этот факт говорит о том, что цезий в микроконцентрациях прочно фиксируется почвой. Таким же путем радиоизотопы цезия поглощаются вермикулитом и иллитом, но на монтмориллоните цезий сорбируется ионообменно.
Некоторые данные по десорбции радиоизотопов получены В. И. Спицыным и др. (1958). Ими было найдено, что с суглинка, поглотившего около 4 мг-экв цезия на 100 г грунта, было смыто только 11% от этого количества. На супеси было сорбировано 1,25 мг-экв цезия на 100 г породы. При последующей обработке супеси водой десорбировалось около 30% цезия.
При обработке грунтов, поглотивших радиоизотопы стронция, цезия, рутения, редкоземельных элементов, цир - копия и ниобия, щелочным раствором, содержащим 200 г/л азотнокислого натрия и 4—8 г/л гидроокиси натрия, часть радиоизотопов переходит в раствор, при этом с грунтов де - сорбируются в основном радиоизотопы стронция и рутения.
Vlamis и др. (1950) и В. М. Клечковский (1956) показали, что цирконий и ниобий очень хорошо удерживаются глиной и почвой и не выщелачиваются нейтральными солями и даже некоторыми активными реагентами, такими, как разбавленные соляная, серная и уксусная кислоты. Цирконий и ниобий хорошо выщелачиваются щавелевой и лимонной кислотами.
А. А. Титлянова (1962), изучая поведение цезия и рубидия в почвах, установила, что процент десорбции цезия и рубидия зависит от поглощенного почвой количества этих элементов. Макроколичества цезия и рубидия (10 мг - экв/л) поглощались почвой ионообменно, поэтому десорби- ровались хорошо. С уменьшением концентрации приблизительно на один порядок процент десорбции падал и оставался постоянным (для дерново-луговой почвы), у цезия до концентрации n - Ю-2 мг-экв/л на 100 г, а у рубидия до 3- Ю-4 мг-экв/100 г почвы. При этих концентрациях цезий и рубидий поглощаются почвой не только ионообменно, но и химически. При дальнейшем уменьшении концентрации до п • Ю-3 мг-экв/100 г почвы процент десорбции цезия опять резко снижался и оставался постоянным до концентрации его в почве Ю-5 мг-экв/100 г. При этих концентрациях цезий сорбировался специфически. При этом отмечалась связь между количеством «фиксированного» цезия и содержанием гумуса в почве. В прокаленной, лишенной гумуса, почве процент десорбции оставался постоянным начиная с концентрации цезия, равной Ю-1 мг-экв/100 г почвы. Ю. А. Кокотов и др. (1962) исследовали влияние ряда солей, азотной кислоты и комплексообразователей на десорбцию церия-144 с почв. Было установлено, что наилучшими десор - бентами являются трилон Б, азотная кислота и лимоннокислый натрий.
Приведенные выше материалы по сорбции и по десорбции радиоизотопов показывают, что механизм поглощения горной породой радиоизотопов большей части исследованных элементов зависит от концентрации и химического состояния радиоизотопов в растворе, от химического состава растворов, от минералогического состава и сложения горных пород, от содержания органических веществ в горных породах и ряда других факторов.