ВПЛИВ ІОНІВ Ca²⁺ НА ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД ТА СОРБЦІЙНУ ЗДАТНІСТЬ ЩОДО ¹³⁷Cs ЧЕРКАСЬКИХ БЕНТОНІТІВ (УКРАЇНА)

Анотація

Безпека приповерхневих сховищ радіоактивних відходів ґрунтується на системі інженерних і природних бар’єрів. Значна деградація інженерної бар’єрної системи, що складається з цементованих матриць відходів, покритих цементною сумішшю, бетонних відсіків і конструкцій у підвалі сховища, може спричинити перенесення радіонуклідів зі сховища з інфільтрацією в ґрунтові води. Змішування цементу і бетону з водою призводить до утворення низки різних продуктів гідратації з подальшим вилуговуванням іонів Са²⁺ та утворенням гідроксильних іонів (OH^-), що впливає на лужність водного середовища і сорбційні властивості бентонітів як компонентів протиміграційного бар’єру в основі приповерхневих сховищ. У статті наведено результати експериментального дослідження впливу концентрації іонів Са²⁺ та величини рН модельного розчину (аналогічного складу підземних вод майданчика «Вектор» у Чорнобильській зоні відчуження) на елементний склад і сорбційні властивості природного (ПБ) і Na-модифікованого (ПБА-20) бентонітів Черкаського родовища щодо ¹³⁷Cs у співвідношенні тверда речовина : розчин як 1 : 100. Геохімічне моделювання показує, що додавання CaCl₂ до модельного розчину та кінцеве лужне рН призводять до осадження твердих речовин, головним чином оксидів, гідроксидів, оксигідроксидів Fe (гематит, гетит, лимоніт), карбонатів Ca (кальцит, арагоніт, доломіт). Оцінено їх роль в адсорбції Cs. Концентрація структурних елементів (Si, Al) в бентонітах практично не змінюється при збільшенні концентрації іонів Са²⁺ в модельному розчині, що свідчить про стабільність структури бентоніту в цих умовах. При цьому в іонообмінному комплексі бентонітів виявлено збільшення концентрації Са та зменшення концентрації Na у порівнянні з вихідним природним бентонітом. Це призводить до перетворення Na-модифікованого бентоніту з Na, Ca-форми в Ca, Na-форми. Сумарна сорбційна здатність бентонітів ПБ та ПБА-20 щодо іонів Cs⁺ при підвищеній концентрації іонів Ca²⁺ та рН розчину дещо знижується, але зберігає високі значення ступеня абсорбції (> 90 %). Сумарна адсорбція іонів Cs⁺ бентонітами ПБ та ПБА-20 з модельного розчину підземних вод із додаванням CaCl₂ від 16 до 960 мг/дм³ та підвищенням рН0 від 7,4 до 11,8 зменшується зі збільшенням іонної сили, зокрема за рахунок конкуренції з іонами Са²⁺ та Na⁺. Бентоніти ПБ та ПБА-20 Черкаського родовища залишаються надійним компонентом футеровки фундаменту сховища завдяки основній функціональній властивості – високій поглинальній здатності щодо ¹³⁷Cs, який є важливим дозоутворюючим радіонуклідом короткоживучих низько- та середньоактивних відходів.